STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN PENDINGIN (AC SPLIT) 1PK DENGAN PENAMBAHAN ALAT AKUMULATOR MENGGUNAKAN REFRIGERAN MC-22 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik MUHAMMAD JASA NASUTION NIM. 130421035 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan anugerah-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikantugas Sarjana ini dengan sebaik mungkin. Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun judul Tugas Sarjana ini adalah STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN PENDINGIN (AC SPLIT) 1PK DENGAN PENAMBAHAN ALAT AKUMULATOR MENGGUNAKAN REFRIGERAN MC-22. Dalam penulisan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik moral maupun materi dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir.Tekad Sitepu, MT. Selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 4. Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, ST. MT selaku dosen pembanding 1. 5. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc selaku dosen pembanding 2. 6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 7. Kedua orang tua saya yang selalu memdoakan dan berusaha mendukung saya baik moril maupun materil selama pengerjaan tugas sarjana ini. 8. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada teman - teman seperjuangan Angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan satu - persatu yang telah membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih belum sempurna. Hal ini dikarenakan terbatasnya pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran-saran yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan tugas sarjana ini. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat bagi pembaca dan peneliti lainnya. Medan, April 2016 Penulis, Muhammad Jasa Nasution
ABSTRAK Sistem pengkondisian udara merupakan proses mengkondisikan udara suatu ruangan sehingga mencapai temperatur dan kelembapan yang diharapkan. Penggunaan alat akumulator merupakan cara yang efektif untuk meningkatkan performansi sistem pendingin. Penggunaan alat akumulator pada sistem pendingin agar refrigeran dalam fasa uap-cair tidak masuk ke dalam kompresor. Penelitian dilakukan pada air conditioning (AC) Split 1-PK dengan kapasitas 9000 Btu/h. Pengujian dilakukan dengan mengambil data ukuran tekanan pada sisi masuk kompresor atau sisi keluaran akumulator (P 1 ), sisi keluar kompresor (P 2 ), sisi keluar kondensor (P 3 ), sisi masuk evaporator (P 4 ), serta suhu di sisi masuk kompresor atau sisi keluaran akumulator (T 1 ), sisi keluar kompresor (T 2 ), sisi keluar kondensor (T 3 ) dan sisi masuk evaporator (T 4 ),. Dari hasil pengujian diperoleh peningkatan performansi sistem pendingin yang ditandai dengan meningkatnya kapasitas pendinginan sekitar 15,19642 kj/kg, semakin berkurangnya daya kompresor sekitar 0,037 kw, serta peningkatan COP sebesar 8,77% dari AC standar. Kata kunci: Sistem Pengkondisian Udara, Performansi, Akumulator. ABSTRACT
Air conditioning systems is process air customize a room so as to achieve the expected temperature and humidity. The use of a accumulator is an effective way to increase the performance of the cooling system. The use of a accumulator on cooling system so that the refrigerant in a liquid-vapor phase did not enter into the compressor. Research done on the air conditioning (AC) Split 1-PK with a capacity of 9000 Btu/h. The test is done by taking the data size of the pressure on the incoming side of the compressor or the ouput side of the accumulator (P 1 ), the sides out of the compressor (P 2 ), out side condenser (P 3 ), and incoming side evaporator (P 4 ), as well as the temperature at the compressor inlets or the ouput side of the accumulator (T 1 ), out side of the compressor (T 2 ), out side condenser (T 3 ), and incoming side evaporator (T 4 ). The test results obtained from performance improvement of the cooling system which is characterized by increasing the cooling capacity of about 15,19642 kj/kg, the reduction in compressor power of about 0,037 kw, and as well as increased COP of 8,77% by standart. Keywords: Performance, Air conditioning systems, Accumulator. DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR SIMBOL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 2 1.5 Metode Penulisan... 3 1.6 SistematikaPenulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pengkondisian Udara/AC... 5 2.2 Komponen Sistem Pendingin Ruangan... 6 2.2.1 Kompresor... 6 2.2.2 Kondensor... 7 2.2.3 Flow Control / Katub Ekspansi... 8 2.2.4 Evaporator... 9 2.2.5 Refrigrant... 10 2.2.6 Fan Motor... 12 2.3 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan... 12 2.3.1 Jenis jenis Pendingin Ruangan... 13 2.4 Termodinamika Sistem Refrigerasi... 17 2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap... 18 2.4.2 Siklus Kompresi Uap Aktual... 21 2.4.3 Siklus Kompresi Uap Standar dan Modifikasi... 22 2.5 Akumulator... 23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat... 25 3.2 Alat dan Bahan... 25 3.3 Langkah-Langkah Eksperimen... 31 3.3.1 Set Up Peralatan... 31 3.3.2 Pengujian Sistem Refrigerasi Tanpa Modifikasi... 32 3.3.3 Pengujian Sistem Refrigerasi Setelah Modifikasi... 34 3.4 Flowchart Penelitian... 38 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Perbandingan Performansi AC... 39 4.1.1 AC Standar... 39 4.1.1.1 Hasil Pengujian AC Standar... 39 4.1.1.2 Perhitungan Performansi AC Standar... 40 4.1.2 AC Setelah Dimodifikasi... 51 4.1.2.1 Hasil Pengujian AC Setelah Dimodifikasi... 51 4.1.2.2 Perhitungan Performansi... 52 4.1.3 AnalisaPerformansi... 62 4.1.3.1 Hubungan Waktu dengan Daya Kompresor... 62 4.1.3.2 Hubungan Waktu Dengan Kapasitas Pendinginan... 64 4.1.3.3 Hubungan Waktu Dengan COP... 66 4.2Penghematan Konsumsi Listrik AC... 67 4.2.1 Konsumsi Listrik AC Standar... 67 4.2.2 Konsumsi Listrik Setelah Dimodifikasi... 68 4.2.3 Biaya Modifikasi dan Keuntungan Setelah Modifikasi... 69 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 70 5.2 Saran... 71 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kompresor... 7 Gambar 2.2 Kondensor... 8 Gambar 2.3 Pipa Kapiler... 9 Gambar 2.4 Evaporator... 10 Gambar 2.5 Tabung Musicool MC-22... 11 Gambar 2.6. Fan Motor... 12 Gambar 2.7 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan... 13 Gambar 2.8 AC Window... 14 Gambar 2.9 Wall Type... 15 Gambar 2.10 Floor Type... 15 Gambar 2.11 Cassette Type... 16 Gambar 2.12 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap... 18 Gambar 2.13 Diagram P-h Siklus Komresi Uap... 18 Gambar 2.14 Sistem Kompresi Aktual dan Siklus Standart... 21 Gambar 2.15 Sistem refrigerasi kompresi uap setelah modifikasi... 22 Gambar 2.16 Siklus kompresi uap standar dan modifikasi... 22 Gambar 2.15 akumulator (accumulator)... 24 Gambar 3.1 Rangkaian AC Split... 25 Gambar 3.2 refrigeran Musicool MC-22... 26 Gambar 3.3 Akumulator... 26 Gambar 3.4 Pipa Tembaga... 27 Gambar 3.5 Kawat Las... 27 Gambar 3.6 Tang Ampere... 27 Gambar 3.7 Manifold Gauge... 28 Gambar 3.8 Thermometer... 28 Gambar 3.9 Pompa Vakum... 29 Gambar 3.10 Pentil Selang Manifold Gauge.... 29 Gambar 3.11 Flaring... 29 Gambar 3.12 Cutter... 30 Gambar 3.13 Selang Penghubung... 30 Gambar 3.14 Alat Las... 30
Gambar 3.15 Tang ampere dipasang pada kabel kompresor... 31 Gambar 3.16 Akumulator yang dipasang pada sistem... 34 Gambar 3.17 Proses Pengisian Refrigeran MC-22... 36 Gambar 3.18 Proses Pengambilan Data... 36 Gambar 3.19. Sketsa Rangkaian Pengujian Tanpa Modifikasi... 37 Gambar 3.20. Sketsa Rangkaian Pengujian Setelah Modifikasi... 37 Gambar 3.21 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian... 38 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor Pengujian Paagi Hari... 62 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor Pengujian Siang Hari... 62 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor Pengujian Malam Hari... 63 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Kapasitas Pendinginan Pengujian Pagi Hari... 64 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Kapasitas Pendinginan Pengujian Siang Hari... 64 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Kapasitas Pendinginan Pengujian Malam Hari... 65 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Coeficient Of Prestasi (COP) Pengujian Siang Hari... 66 Gambar 4.8 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Coeficient Of Prestasi (COP) Pengujian Sore Hari... 66 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Coeficient Of Prestasi (COP) Pengujian Malam Hari... 67 DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Pagi Hari AC Standar... 38 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Siang Hari AC Standar... 38 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Malam Hari AC Standar... 39 Tabel 4.4 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Pagi Hari AC Standar... 41 Tabel4.5 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP Pengujian Pagi Hari AC Standar... 44 Tabel 4.6 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Siang Hari AC Standar... 44 Tabel4.7 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP Pengujian Siang Hari AC Standar... 47 Tabel 4.8 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Malam Hari AC Standar... 47 Tabel 4.9 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP Pengujian Malam Hari AC Standar... 49 Tabel 4.10 Data Hasil Pengujian Pagi Hari Setelah Dimodifikasi... 50 Tabel 4.11 Data Hasil Pengujian Siang Hari Setelah Dimodifikasi... 50 Tabel 4.12 Data Hasil Pengujian Malam Hari Setelah Dimodifikasi... 51 Tabel 4.13 Enthalpi Pada Setiap Tekanan Pengujian Pagi Hari Setelah Dimodifikasi... 53 Tabel4.14 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP Pengujian Pagi Hari Setelah Dimodifikasi... 56 Tabel 4.15Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Siang Hari Setelah Dimodifikasi... 56 Tabel 4.16 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP Pengujian Siang Hari Setelah Dimodifikasi... 58 Tabel 4.17 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian MalamHari
Setelah Dimodifikasi... 58 Tabel 4.18 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP Malam Hari Setelah Dimodifikasi... 60
DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan p Tekanan Psi T Suhu C h Enthalpi kj/kg I Kuat Arus A ER Kapasitas Pendinginan kj/kg Wc Kerja Kompresor kw Qc Panas Yang Dilepas Kondensor kw Qe Kapasitas Evaporator kw h1 Enthapi Refrigeran Keluar Evaporator kj/kg h2 Enthalpi Keluar Kompresor kj/kg h3 Enthalpi Keluar kondensor kj/kg h4 Enthalpi Keluar Pipa Kapiler kj/kg COP KoefisienPrestasi (coefisien of performance) P Daya Kompresor W V Tegangan V cos θ Faktor Daya LajuAliran Massa kg/s