Analisa Waktu Simpan Air Terhadap Kinerja AC Split 1 PK dengan Alat Penukar Kalor Tipe Serpentine

ANALISA WAKTU SIMPAN AIR TERHADAP KINERJA AC SPLIT

SATU PK DENGAN ALAT PENUKAR KALOR DENGAN TIPE SERPENTINE

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

TULUS H. TAMBUNAN NIM. 120421013

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala anugerah dan Kasih-Nya yang memberikan kesempatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik.

Skripsi berjudul “ANALISA WAKTU SIMPAN AIR TERHADAP KINERJA AC SPLIT 1 PK DENGAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE

SERPENTINE”, disusun untuk memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Atas kerjasama yang baik dari semua pihak, penulis telah berhasil dengan baik menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini. Skripsi ini ditulis guna memenuhi salah satu pesyaratan pendidikan Sarjana Ekstensi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran – saran kepada penulis mulai dari awal penyusunan proposal hingga peneliti sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini.

2. Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU serta kepada seluruh Bapak dan Ibu dosen beserta staf pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. selaku Penguji I

4. Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. selaku Penguji II.

5. Ayah dan Ibu serta keluarga yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Sumatera Utara. 6. Bapak Johannes Asran selaku ketua Engginering Hotel Antares, Bapak

Antares Lainnya yang telah banyak membimbing penulis di lapangan dalam melakukan pengujian dari awal hingga akhir.

7. Rekan-rekan satu tim skripsi, Jesayas O. F. Sitinjak , Sumantri Haloho yang banyak meluangkan waktu untuk bertukar pikiran dang juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis.

8. Ucapan terima kasih kepada seluruh teman-teman mahasiswa Teknik Mesin Ekstensi 2012 yang tidak bisa disebutkan satu persatu, para abang alumni dan semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dalam menyelesaikan skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kekurangan baik dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini.

Kiranya isi skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya pengetahuan dalam ilmu teknik khususnya Perpindahan Panas.

Medan, 31 Agustus 2015 Penulis

TULUS H. TAMBUNAN

ABSTRAK

Sekitar tiga per empat penggunaan energi di dunia masih dengan bahan bakar fosil. Banyaknya gas buang yang dihasilkan oleh industri-industri besar yang menggunakan energi fosil menyebabkan pemanasan global semakin bertambah buruk. Konsumsi paling banyak akan bahan bakar fosil adalah penggunaan listrik. Mengingat iklim di Indonesia cukup panas, hampir setiap rumah menggunakan AC untuk menciptakan temperatur yang nyaman untuk manusia yang tinggal di dalamnya. Selain itu mulai dibutuhkannya pemanas air. Dengan memanfaatkan panas buang AC untuk memanaskan air, kita dapat menghemat konsumsi listrik yang digunakan oleh water heater. Sistem ini dikenal dengan Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWater). Penelitian ini adalah penelitian ekperimental yang menggunakan suatu alat uji sistem AC dengan penambahan bak penampungan dengan metode pengumpulan data yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh lama penyimpanan air panas dalam bak water heater selama AC Split 1 PK dijalankan untuk mendinginkan ruangan terhadap kinerja AC, kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dan daya aktual kompressor. Alat Penukar Kalor tipe serpentine dibuat dari pipa tembaga ¼ inch dengan panjang 4 m. Pengujian mesin ini dilakukan selama 60 menit dengan mencatat data setiap 5 menit untuk data perhitungan. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa dengan AC Split-AirConWater dapat memanaskan air dari suhu 31,4 oC- 61,1 oC untuk 35 L selama 1 jam. Dan COP yang diperoleh rata-rata dalam 1 hari adalah 3,287. Angka ini mengalami penurunan 2% dari COP standar yang rata-ratanya sebesar 3,38. Dan pada kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air memiliki nilai tertinggi 1999,433 J/s dan nilai terendah 585,2 J/s. Kemudian pada daya aktual kompressor cenderung stabil dengan nilai tertinggi 710,6 W dan nilai terendah 617,1 W.

ABSTRACT

About three-quarters of the world's energy use is still with fossil fuels. The amount of exhaust gases produced by major industries that use fossil fuels causes global warming is getting worse. The consumption of most fossil fuels is the use of electricity. Given the climate in Indonesia is quite hot, almost every house uses air conditioning to create a comfortable temperature for humans who live in them. Additionally began heating needs air.Dengan utilize waste heat for heating water conditioning, we can save electricity consumption used by the water heater. This system is known as Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWa ter). This study is experimental which uses a test apparatus air -conditioning system with additional tank with a data collection method which aims to determine the effect of storage time of hot water in a tub of water heater for AC Split 1 PK run to cool the room to the performance of air conditioning, heat needed for heat the water and the actual compressor power. Serpentine-type Heat Exchanger tool made of ¼ inch copper pipe with a length of 4 m. Engine testing was conducted for 60 minutes by recording data every 5 minutes for data calculation. Results of this study can be concluded that with AC Split-AirConWater can heat the water of a temperature of 61.1 ° C to 31.4 OC 35 L for 1 hour. And COP were obtained on average in one day is 3,287. This figure decreased 2% from the COP standard of the average of 3.38. And the heat required to heat the water has the highest value 1999.433 J / s and the lowest value of 585.2 J / s. Then the actual compressor power tend to be stable with the highest value and the lowest value of 710.6 W 617.1 W.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR SIMBOL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Peneitian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penelitian ... 2

1.5 Metode Pengumpulan Data ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pengkondisian Udara ... 5

2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi uap ... 6

2.3.1 Komponen-komponen AC Split dan fungsinya ... 9

2.4 Refrigeran ... 19

2.4.1 Sampel Produk Refrigeran ... 22

2.4.2 Aplikasi Refrigeran ... 22

2.5 Jenis-jenis Pemanas Air di Pasaran ... 23

2.5.1 Pemanas Air Listrik ... 23

2.5.2 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas ... 23

2.5.3 Pemanas Air Tenaga Surya ... 24

2.5.4 Air conditioning Water Heater ... 25

2.6 Perhitungan kinerja sistem refrigerasi ... 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu ... 30

3.2 Bahan ... 30

3.2 Alat Ukur Yang Digunakan ... 30

3.4 Peralatan yang Digunakan ... 27

3.5 Langkah Pembuatan Water Heater dengan menggunakan Alat Penukar Kalor Tipe Serpentine ... 31

3.5.1 Pembuatan Rumah Kondensor dan Kompressor ... 32

3.5.2 Pembuatan Bagian Water Heater ... 32

3.5.3 Pembuatan Rumah Kondensor dan Kompressor ... 32

3.6 Prosedur Pengujian. ... 40

3.7 Prosedur Pengolahan Data dalam Penelitian ... 42

3.8 Flowchart Penelitian ... 43

BAB IV ANALISA DATA 4.1 Analisa Karakterisasi Split-AirConWater ... 45

4.1.1 Pengujian pada Siang Hari ... 45

4.1.2 Pengujian pada Sore Hari... 47

4.1.3 Pengujian pada Malam Hari ... 49

4.2 Pengolahan Data-Data ... 51

4.2.1 Perhitungan Daya Kompressor (Qkomp)………... 51

4.2.2 Perhitungan COP ... 53

4.2.3 Perhitungan Kalor yang Dibutuhkan untuk memanaskan Air (Q) ... 58

4.3 Pengujian AC dengan kondisi standard ... 59

4.3.1 Pengujian Siang Hari ... 59

4.3.2 Pengujian Sore Hari ... 63

4.3.3 Pengujian Malam Hari... 67

4.4 Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar .. 71

4.4.1 Pengujian Siang Hari ... 71

4.4.2 Pengujian Sore Hari ... 72

4.5 Analisis Biaya ... 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 79

5.2 Saran ... 80

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

2.1 Instalasi Air Conditioner Split... 6

2.2 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar ... 7

2.3 P-h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar ... 7

2.4 Siklus Kompresi Uap Aktual dan Siklus Standar ... 8

2.5 Gambar 2.5 Split system ... 9

2.6 Gambar 2.5 Split system ... 10

2.7 Evaporator ... 11

2.8 Motor Stepper ... 12

2.9 Saringan Udara ... 12

2.10 Kontrol Panel Elektrik, Remote Kontrol dan Sensor Suhu (Thermistor) .. 13

2.11 Talang Air ... 13

2.12 Unit Outdoor... 14

2.13 Kondensor... 15

2.14 Kompresor tipe torak ... 17

2.15 Kompresor tipe rotary ... 18

2.16 Kapasitor Kompresor ... 19

2.17 Kipas (fan) ... 19

2.18 Accumulator ... 20

2.20 Refrigeran R 22 ... 23

2.21 Pemanas Air Listrik ... 24

2.22 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas ... 25

2.23 Prinsip Kerja Pemanas Air Tenaga Surya ... 26

2.24 Pemanas Air Tenaga Surya ... 26

2.25 Siklus Air Conditioning Water Heater ... 27

2.26 Temperatur Penggunaan air di rumah tangga ... 28

3.1 Pipa Tembaga ... 31

3.2 Refrigeran R22 Dupont... 32

3.3 Bak penampungan air panas ... 32

3.4 Pipa Sambungan Siku ... 33

3.5 Clamp Meter ... 33

3.6 Manifold Gauge ... 34

3.7 Alat Pengukur Suhu ... 34

3.8 Pompa Vakum ... 35

3.9 Pentil Selang Manifold Gauge ... 36

3.10 Flaring Tool ... 36

3.11 Tube Cutter ... 36

3.12 Pengerjaan Rangka dan bodi Kondensor-Kompresor... 37

3.13 Dimensi Tempat Kondensor-Kompressor ... 37

3.15 Pipa tembaga yang telah disambung/di-las ... 38

3.16 Alat penukar kalor tipe serpentine ... 38

3.17 Pemasangan APK pada bak air ... 38

3.18 Alat Pengujian ... 39

3.19 Skema Alat Pengujian... 39

3.20 Desain Alat Pengujian ... 40

3.21 Pemasangan manifold gauge, pengukur suhu dan clamp meter. .... 41

3.22 Proses pengisian Freon Dupont R-22 ... 41

4.1 Skema Alat Pengujian ... 44

4.2 Grafik temperatur Split-AirConWater pada siang hari ... 45

4.3 Grafik tekanan pada siang hari Split-AirConWater ... 46

4.4 Grafik temperatur pada sore hari Split-AirConWater ... 47

4.5 Grafik tekanan pada sore hari Split-Air ConWater ... 48

4.6 Grafik temperatur pada malam hari Split-AirConWater ... 49

4.7 Grafik tekanan pada malam hari Split-AirConWater ... 50

4.8 Grafik Daya Kompresor terhadap waktu pada Split-AirConWater .. 52

4.9 Grafik COP system terhadap waktu pada Split-AirConWater ... 57

4.10 Grafik Q air terhadap waktu pada Split-AirConWater ... 58

4.11 Grafik Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar pada siang hari ... 72

pada sore hari ... 73

4.13 Grafik Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

DAFTAR TABEL

2.1 Temperatur Pengembunan dan Tekanan Pengembunan dari

Beberapa Refrigeran ... 16

2.2 Jenis-jenis Refrigeran Holocarbon ... 23

2.3 Aplikasi Penggunaan Refrigeran Holocarbon ... 24

4.1 Data Pengujian AC Split-Air ConWater pada Siang Hari ... 46

4.2 Data Pengujian AC Split-Air ConWater pada Sore Hari ... 48

4.3 Data Pengujian AC Split-Air ConWater pada Malam Hari ... 50

4.4 Data Perhitungan Qkomp pada AC Split-Air ConWater ... 52

4.5 Data Perhitungan mref pada AC Split-AirConWater ... 53

4.6 Data Perhitungan href pada AC Split-AirConWater ... 54

4.7 Data Perhitungan Qev pada AC Split-AirConWater ... 55

4.8 Data Perhitungan Wc pada AC Split-AirConWater ... 56

4.9 Data Perhitungan COP pada AC Split-Air ConWater ... 56

4.10 Data Perhitungan Q air pada AC Split-AirConWater ... 58

4.11 Data Pengujian AC Standard Siang Hari ... 60

4.12 Tabel perhitungan AC kondisi standard pada Siang Hari ... 63

4.13 Nilai Entalphi dari tiap waktu dan tekanan ada siang hari ... 63

4.14 Data Pengujian AC Standard Sore Hari ... 64

4.16 Nilai Entalphi dari tiap waktu dan tekanan pada sore hari ... 67

4.17 Data Pengujian AC Standard Malam hari ... 68

4.18 Perhitungan AC dengan alat penukar kalor pada Malam Hari... 71

4.19 Nilai entalpi dari tiap tekanan dan waktu Malam Hari ... 71

4.20 Data Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

pada siang hari ... 72

4.21 Data Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

pada sore hari ... 73

4.22 Data Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

pada malam hari ... 74

4.23 Biaya Pembelian Bahan Teknik ... 75

DAFTAR SIMBOL

Simbol Arti Satuan

p Tekanan Psi

T Suhu °C

h Enthalpi kJ/kg

I Kuat Arus A

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

qr Dampak Refrigerasi kJ/kg

COP KoefisienPrestasi (coefisien of performance)

P Daya Kompresor W

V Tegangan V

cos θ Faktor Daya

ABSTRAK

Sekitar tiga per empat penggunaan energi di dunia masih dengan bahan bakar fosil. Banyaknya gas buang yang dihasilkan oleh industri-industri besar yang menggunakan energi fosil menyebabkan pemanasan global semakin bertambah buruk. Konsumsi paling banyak akan bahan bakar fosil adalah penggunaan listrik. Mengingat iklim di Indonesia cukup panas, hampir setiap rumah menggunakan AC untuk menciptakan temperatur yang nyaman untuk manusia yang tinggal di dalamnya. Selain itu mulai dibutuhkannya pemanas air. Dengan memanfaatkan panas buang AC untuk memanaskan air, kita dapat menghemat konsumsi listrik yang digunakan oleh water heater. Sistem ini dikenal dengan Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWater). Penelitian ini adalah penelitian ekperimental yang menggunakan suatu alat uji sistem AC dengan penambahan bak penampungan dengan metode pengumpulan data yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh lama penyimpanan air panas dalam bak water heater selama AC Split 1 PK dijalankan untuk mendinginkan ruangan terhadap kinerja AC, kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dan daya aktual kompressor. Alat Penukar Kalor tipe serpentine dibuat dari pipa tembaga ¼ inch dengan panjang 4 m. Pengujian mesin ini dilakukan selama 60 menit dengan mencatat data setiap 5 menit untuk data perhitungan. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa dengan AC Split-AirConWater dapat memanaskan air dari suhu 31,4 oC- 61,1 oC untuk 35 L selama 1 jam. Dan COP yang diperoleh rata-rata dalam 1 hari adalah 3,287. Angka ini mengalami penurunan 2% dari COP standar yang rata-ratanya sebesar 3,38. Dan pada kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air memiliki nilai tertinggi 1999,433 J/s dan nilai terendah 585,2 J/s. Kemudian pada daya aktual kompressor cenderung stabil dengan nilai tertinggi 710,6 W dan nilai terendah 617,1 W.

ABSTRACT

About three-quarters of the world's energy use is still with fossil fuels. The amount of exhaust gases produced by major industries that use fossil fuels causes global warming is getting worse. The consumption of most fossil fuels is the use of electricity. Given the climate in Indonesia is quite hot, almost every house uses air conditioning to create a comfortable temperature for humans who live in them. Additionally began heating needs air.Dengan utilize waste heat for heating water conditioning, we can save electricity consumption used by the water heater. This system is known as Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWa ter). This study is experimental which uses a test apparatus air -conditioning system with additional tank with a data collection method which aims to determine the effect of storage time of hot water in a tub of water heater for AC Split 1 PK run to cool the room to the performance of air conditioning, heat needed for heat the water and the actual compressor power. Serpentine-type Heat Exchanger tool made of ¼ inch copper pipe with a length of 4 m. Engine testing was conducted for 60 minutes by recording data every 5 minutes for data calculation. Results of this study can be concluded that with AC Split-AirConWater can heat the water of a temperature of 61.1 ° C to 31.4 OC 35 L for 1 hour. And COP were obtained on average in one day is 3,287. This figure decreased 2% from the COP standard of the average of 3.38. And the heat required to heat the water has the highest value 1999.433 J / s and the lowest value of 585.2 J / s. Then the actual compressor power tend to be stable with the highest value and the lowest value of 710.6 W 617.1 W.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman sekarang ini permasalahan global yang sering diperbincangkan oleh masyarakat Internasional dan khususnya masyarakat Indonesia adalah krisis ekonomi dan pemanasan global. Perkembangan teknologi semakin maju dan digunakan dalam berbagai bidang kehidupan manusia. Krisis ekonomi dan keuangan pada akhir tahun 2008 membuat konsumsi energi global merosot pada tahun 2009. Perekonomian yang pulih kembali menyadarkan bahwa dunia kembali menghadapi masalah mendasar mengenai kebutuhan akan energi dimasa yang akan datang.

Lebih dari tiga per empat kebutuhan energi dunia masih dipenuhi bahan bakar fosil. Minyak tetap menjadi tulang punggung, dengan konsumsi sebanyak 85 juta barrel minyak per hari pada tahun 2008. Jumlahnya diprediksi naik 1 persen per tahun. Tahun 2030 dunia akan membutuhkan 105 juta barrel minyak per hari. Jumlah penduduk dunia terus meningkat setiap tahunnya, sehingga peningkatan kebutuhan energy pun tak dapat dielakkan. [1]

Pemanasan global (global warming) pada dasarnya merupakan fenomena peningkatan temperatur global dari tahun ke tahun karena terjadinya efek rumah kaca (greenhouse effect) yang disebabkan oleh meningkatnya emisi gas-gas seperti karbondioksida (CO2), metana (CH4), dinitrooksida (N2O) dan CFC sehingga energi matahari terperangkap dalam atmosfer bumi. [2]

Kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat seiring dengan keberhasilan pembangunan yang dilaksanakan. Hal ini juga berarti kebutuhan akan daya listrik juga meningkat. Hal ini dapat dilihat dari semakin banyaknya rumah dan apartemen yang menggunakan AC sekaligus pemanas air elektrik maupun pemanas air dengan tata surya. Namun panas yang dihasilkan pada sistem

pendinginan tersebut dddibuang begitu saja ke lingkungan. Padahal energi kalor yang terbuang dari sistem pendinginan dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air.

Salah satu aplikasi konservasi energi yang nyata pada daerah residensial adalah dengan Air Conditioner Water Heater. Air Conditioner Water Heater memang bukan merupakan suatu sistem yang baru, sistem ini telah dikembangkan lebih dari 50 tahun sebelumnya. Air Conditioner Water Heater bekerja dengan cara memanfaatkan panas buang dari sistem AC untuk memanaskan air. Cara ini dapat berlangsung dengan suatu alat penukar kalor yang tiddak membutuhkan tenaga tambahan, tetapi memanfaatkan sebesarnya energi yang ada dalam sistem. Dengan sistem ini, kita dapat dua keuntungan sekaligus, efek pendinginan ruangan dan efek pemanasan air yang hemat energi.

Dalam hal ini, Penulis ingin meningkatkan pemakaian System Air Conditioner Water Heater di masyarakat karena biaya yang ddiperlukan sangat kecil dan dapat mengurangi konsumsi listrik yang berdampak pada penghematan energi dan pengurangan efek pemanasan global.

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun yang menjadi tujuan penelitian ini antara lain adalah :

a. Untuk mengetahui kinerja AC Split 1 PK terhadap pengaruh waktu simpan air pada tabung water heater dengan tipe serpentine.

b. Untuk mengetahui kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dan daya aktual kompresor pada AC yang dikombinasikan dengan water heater dengan tipe serpentine.

1.3 Batasan Masalah

Pembatasan masalah pada skripsi ini adalah :

a. Unit Air Condditioning yang digunakan memiliki daya 1 PK b. Refrigerant yang digunakan adalah R22 dupont

c. Pengukuran yang terdapat pada pengujian meliputi pengukuran temperatur air, refrigran dan ruangan. Serta pengukuran tekanan refrigeran di dalam sistem Air Conditioning

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapatkan dari penelitian ini antara lain :

a. Pengembangan teknologi alternative mesin pendingin yang dapat mendinginkan ruangan sekaligus dapat memanaskan air.

b. Mengurangi pemakaian bahan bakar minyak bumi dan gas untuk memanaskan air untuk kebutuhan sehari-hari.

c. Untuk mengurangi pemanasan global yang disebabkan oleh udara panas yang keluar dari kondensor AC ruangan.

1.5 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam karya tulis ini dilakukan dengan : 1. Studi literatur dari beberapa buku referensi dan catatan kuliah mengenai Perpindahan Panas

2. Melakukan Pengamatan dan pengambilan data secara langsung pada proses pengujian Alat Penukar Kalor pada saat alat beroperasi di lingkungan kantor engineering Hotel Antares Medan.

3. Informasi dan masukan dari pembimbing maupun dengan pihak-pihak yang memahami materi tentang perancangan Alat Penukar Kalor di lingkungan Universitas Sumatera Utara (USU).

1.6 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :

a. Bab I : Pendahuluan

Bab ini berisikan latar belakang yang melandasi penulisan skripsi, tujuan pengujian, batasan masalah, manfaat pengujian, dan sistematika penulisan

b. Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan penjelasan mengenai jenis wa ter heater yang ada di pasaran, prinsip kerja Air Conditioning Water Heater serta dasar teori perhitungan alat penukar kalor. Dasar teori ini diambil dari beberapa buku, jurnal, dan situs-situs di internet.

c. Bab III : Metodologi Penelitian

Bab ini berisikan desain awal, perancangan dan instalasi alat pengujian, gambar instalasi alat pengujian, dan prosedur pengambilan data.

d. Bab IV : Hasil dan Analisa pengujian

Bab ini berisikan tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan, perhitungan, dan penganalisaan dengan menggunakan perumusan dari berbagai literature yang mendukung dan memasukkannya kedalam bentuk table, dan grafik.

e. Bab V : Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan penutup berupa kesimpulan dan saran yang diperoleh selama proses pengujian dilakukan.

f. Daftar Pustaka

Daftar pustaka berisikan literature-literatur yang digunakan pada saat proses penyusunan skripsi dilakukan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pengkondisian Udara

Air conditioner atau yang biasa di sebut AC merupakan sebuah alat yang mampu mengondisikan udara. Dengan kata lain, AC berfungsi sebagai penyejuk udara. Penggunaan AC dimaksudkan untuk memperoleh udara yang dingin dan sejuk serta nyaman bagi tubuh kita, AC lebih banyak di gunakan di wilayah yang beriklim tropis dengan kondisi temperature udara yang relative tinggi seperti di Indonesia. AC bisa di golongkan dengan barang mewah karena harganya yang cukup mahal dan daya listrik yang digunakan cukup besar. Namun, bagi sebagian orang AC sudah tidak lagi lagi termasuk barang mewah karena manfaatnya untuk mengatur siklus temperature udra yang memberi efek pada kenyaman tubuh. Dalam penggunanya AC tidak hanya menyejukan udara tetapi bisamengatur kebersihan dan kelembaban uduara di dalam ruangan sehingga tercipta kondisi udara yang berkualitas,sehat,dan nyamn bagi tubuh.

Pengkondisian udara pada bangunan berukuran sedang atau besar kebanyakan pengkodisian udara yang digunakan sebagai kenyamanan (comfort air conditioning).Untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman bagi orang yang berada didalam suatu ruangan. System pendingin dimusim panas telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi bangunan besar diseluruh dunia. Diwilayah yang suhu panasnya tidak terlalu tinggi, bangunan besar perlu didinginkan untuk menyerap kalor yang dikeluarkan oleh orang,lampu-lampu, dan peralatan listrik lainnya. Dengan berkembangnyainformasi dan teknologisekarang ini banyak dijumpai mesin pendingin ruangan dengan menggunakan hidrokarbon atau musicool yang ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon dibandingkan refrigerant sintetik.

Refrigerasi mulai muncul pada awal abad keMechanics Journal oleh penulis anonim. Paten pertama mesin refrigerasi tercatatnama Thomas Harris dan John Long yang dipublikasikan di Great Britain pada tahun1790. Siklus refrigerasi

merupakan kebalikan dari siklus carnot yang membutuhkan kerja untuk memindahkan kalor dari memiliki temperatur lebih tinggi.

Sistem refrigerasi ini sering dimanfaatkan untuk mengkondisikan keadaan udara dalamsuatu ruang tertentu, seperti ruang kantor, atau ruang penyimpanan barang. Selain berfungsi sebagai pengkondisi udara manfaat lain bisa dirasakan selama bertahun pada berbagai bidang industri seperti industri manufaktur, industri perminyakan, industri kimia, dan industri pangan.

Sistem pengkondisian udara pada AC split yang umum dipakai terdiri dari kompresor,kondensor,evaporator,katup ekspansidan serta refrigerant sebagai fluida pendinginnya.Susunan atau rangkaian komponen untuk AC Split diletakkan sedemikian rupa seperti terlihat pada gambar 2.1 dibawah berikut.

Gambar 2.1. Instalasi Air Conditioner Split

2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap

Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan jenis mesin pendingin yang paling sering digunakan saat ini. Mesin pendingin ini terdiri dari empat komponen utama yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Dalam siklus ini uap refrigeran bertekanan rendah akan ditekan oleh kompresor sehingga menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi, dan kemudian uap refrigeran bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrigeran bertekanan tinggi dalam kondensor. Kemudian cairan refrigeran tekanan tinggi

tersebut tekanannya diturunkan oleh katup ekspansi agar cairan refrigeran tekanan rendah tersebut dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrigeran tekanan rendah. Susunan keempat komponen tersebut secara skematik dapat ditunjukkan pada gambar 2.1. Pada gambar 2.2 menunjukan P-h diagram Siklus Kompresi Uap Standar.

Gambar 2.2 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar

Gambar 2.3 P-h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar

Siklus Kompresi Uap Aktual

Pada kenyataannya siklus kompersi uap mengalami penyimpangan dari kompresi uap standar, seperti ditunjukkan pada gambar 2.3. Perbedaan penting siklus kompresi siklus uap aktual dari siklus standar adalah :

2. Adanya proses dibawah dingin (sub cooling) cairan yang meninggalkan kondensor sebelum memasuki katup ekspansi.

3. Pendinginan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki kompresor.

4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik).

5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.

Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi proses ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah analisis secara teoritik.

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap Aktual dan Siklus Standar

2.3 Sistem AC split

Prinsip kerja AC split maupun pada mesin pendingin model lainnya adalah sama yaitu menyerap panas udara didalam ruangan yang inginkan, kemudian melepaskan panas keluar ruangan. Jadi pengertian AC split adalah seperangkat alat yang mampu mengkondisikan suhu ruangan menjadi lebih rendah suhunya dibanding suhu lingkungan sekitarnya.

Pada Air Conditioner udara ruangan terhisap disirkulasikan secara terus-menerus oleh blower (pada indoor unit) melalui sirip evaporator yang mempunyai suhu yang lebih dingin dari suhu ruangan, saat udara ruangan bersirkulasi

melewati evaporator, udara ruangan yang bertemperatur lebih tinggi dari evaporator diserap panasnya oleh bahan pendingin/refrigeran (evaporator), kemudian kalor yang diterima evaporator dilepaskan ke luar ruangan ketika aliran refrigerant melewati condenser (unit outdoor).

Jadi, temperatur udara yang rendah atau dingin yang kita rasakan pada ruangan sebenarnya adalah sirkulasi udara di dalam ruangan, bukan udara yang dihasilkan oleh perangkat AC split. Unit AC hanyalah tempat bersirkulasinya udara ruangan yang sekaligus menangkap kalor (panas) pada udara ruangan yang bersirkulasi melewati evaporator hingga mencapai temperatur yang diinginkan.

2.3.1 Komponen-komponen AC split dan Fungsinya 2.3.1.1Bagian Indoor

Gambar 2.6 Unit Indoor

Ket. : 1. Base 13. Face Plate 2. Cross Flow Fan Axletree 14. Step Motor 3. Cross Flow Fan 15. Armor Tubing 4. Cross Flow Fan Fixed Plate 16. Plate

5. Electric Heater 17. Motor Cabinet 6. Evaporator Assembly 18. Motor Platen 7. Room Temperature Sonde Frame 19. Motor

8. Louver 20. Electric Box Small Coverplate

9. Outlet Part 21. Electric Box Cover 10. Screw Cover 22. Electric Control Plate 11. Middle Frame 23. Electric Box

Pada bagian outdoor AC split secara umum terdapat komponen utama, yaitu : a. Evaporator

Pada mesin pendingin AC split evaporator terbuat dari pipa tembaga dengan panjang dan diameter tertentu yang dibentuk berlekuk-lekuk agar menghemat tempat dan lebih efektif menyerap panas dari udara ruangan yang bersirkulasi melaluinya. Karena pipa evaporator menjadi rendah (dingin) dengan kisaran suhu hingga mencapai 50C dengan begitu, suhu udara ruangan akan menjadi rendah (dingin) ketika melewati evaporator.

Gambar 2.7 Evaporator

b. Motor Blower dan Motor Pengatur Aliran Udara (motor stepper) Motor Blower berfungsi untuk mensirkulasikan udara dalam ruangan, sehingga udara ruangan dapat bersirkulasi melewati evaporator, setelah udara melewati evaporator aliran udara diarahkan ke ruangan oleh pengatur aliran udara (motor stepper). Blower akan bekerja sampai temperature udara ruangan sesuai keinginan. Dengan kata lain blower akan berhenti kerja (off) ketika temperature udara ruangan mencapai suhu yang kita inginkan (setting suhu pada pengaturan remote control AC split).

Gambar 2.8 Motor Stepper

c. Saringan (filter) Udara

Pada indoor AC Split Saringan (filter udara) berfungsi menyaring udara yang melewati evaporator, sehingga udara yang bersirkulasi dalam ruangan menjadi lebih bersih. Pada unit AC Split model baru juga dilengkapi dengan filter anti bakteri atau anti racun untuk menangkal bibit penyakit dan menyaring polutan berbahaya bagi tubuh manusia yang terbawa melalui udara ruangan.

Gambar 2.9 Saringan Udara

d. Kontrol Panel Electric, Remote Kontrol dan Sensor Suhu (Thermistor)

Pada bagian indoor AC Split terdapat Kontrol Electric dan sensor suhu (thermistor) yang berfungsi mengatur kerja blower, motor pengatur aliran udara,

compressor, fan outdoor dan fungsi timer. Dan remote berfungsi untuk memberi perintah ke modul, mengatur suhu sesuai keinginan, dll.

Gambar 2.10 Kontrol Panel Elektrik, Remote Kontrol dan Sensor Suhu (Thermistor)

e. Talang Air

Berfungsi sebagai penampung air yang dihasilkan dari kondensasi di evaporator lalu dibuang melalui selang.

2.3.1.2Bagian Outdoor

Gambar 2.12 Unit Outdoor

Keterangan :

1. Front Grille Guard 12. Outdoor unit Top Panel 2. Grille Guard Clip 13. Outdoor unit Back Net

3. Grille Guard Face Panel 14. Electric Installation Board Assembly 4. Small Handle 15. Outdoor unit Large Handle

5. Outdoor unit Fan Blade 16. Outdoor unit Right Panel 6. Outdoor unit Motor 17. Low-Pressure Valve 7. Motor Support 18. High-Pressure Valve 8. Outdoor unit Base 19.Valve Installation Panel 9. Air conditioner Compresssor

10. Partition Board

11. Air conditioner Condenser

Pada bagian outdoor AC split secara umum terdapat komponen utama, yaitu : a. Kondensor

Ketika refrigerant keluar melewati bagian indoor AC Split (evaporator), kalor (panas) udara ruangan yang terbawa akan dilepaskan di bagian kondensor.

Serupa dengan evaporator, kondensor terbuat dari pipa tembaga yang dibuat berkelok-kelok dan dilengkapi sirip-sirip yang bertujuan untuk melepas kalor udara berjalan dengan efektif dan kalor (panas) udara yang terbawa oleh refrigerant (Freon) lebih cepat dilepaskan atau dibuang ke udara bebas (luar ruangan).

Gambar 2.13 Kondensor

Untuk mencairkan uap refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari kompresor) diperlukan usaha melepaskan kalor sebanyak kalor laten pengembunan dengan cara mendinginkan uap refrigerant itu. Jumlah kalor yang dilepaskan oleh uap refrigerant kepada air pendingin atau udara pendingin di dalam kondensor sama dengan selisih entalpi uap refrigerant pada seksi masuk keluar kondensor. Jumlah kalor yang dilepaskan di dalam kondensor sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh refrigerant di dalam evaporator dan kalor yang ekivalen dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresor.

Pada waktu mesin refrigerasi mulai bekerja, temperature benda yang harus didinginkan masih tinggi, sehingga temperature penguapannya juga tinggi.Oleh karena itu kalor pengembunannya juga bertambah besar.Dengan demikian, dalam perancangan kondensor hal tersebut sangat diperhitungkan.

Faktor penting yang menentukan kapasitas kondensor dengan pendingin udara adalah

 Luas permukaan yang didinginkan dan sifat perpindahan kalornya.

 Perbedaan suhu antara bahan pendingin dengan udara luar.

 Sifat dan karateristik bahan pendingin yang dipakai.

Laju perpindahan kalor yang dibutuhkan didalam kondensor merupakan fungsi dari kapasitas refrigerasi, suhu penguapan serta suhu pengembunan.Uap refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan mendinginkannya dengan air pendingin (atau dengan udara pendingin pada sistem dengan pendinginan udara) yang ada pada temperature normal. Dengan kata lain, uap refrigerant menyerahkan panasnya (kalor laten pengembunan) kepada air pendingin (atau udara pendingin) didalam kondensor. Sehingga mengembun dan menjadi cair. Jadi, karena air (udara) pendingin menyerap panas dari refrigerant, maka ia akan menjadi panas waktu keluar dari kondensor. Selama refrigerant mengalami perubahan dari fasa uap ke fasa cair, dimana terdapat campuran refrigerant dalam fasa uap dan cair, tekanan (tekanan pengembunan) dan temperaturenya (temperature pengembunan) konstan.Oleh Karena itu temperaturnya dapat dicari dengan mengukur tekanan.Table 2.1 menunjukkan hubungan antara temperature pengembunan (kondensasi) dan tekanan pengembuanan (kondensasi).

Tabel 2. 1. Temperatur pengembunan dan tekanan pengembunan dari beberapa refrigerant.[4]

Temperatur Tekanan (Lebih) Pengembunan

Pengembunan (kg/cm)

(0C) R12 R22 R500 R502

30 6,55 11,23 7,94 14,04

35 7,60 12,92 9,19 15,93

40 8,74 14,76 12,06 17,99

b. Kompressor

Kompressor AC Split berfungsi mensirkulasikan aliran refrigerant. Dari compressor refrigerant (Freon) akan dipompa dan dialirkan menuju komponen utama AC Split yaitu kondenser, pipa kapiler, evaporator, dan kembali lagi ke compressor. Refrigerant secara terus menerus melewati 4 komponen utama AC.

Berikut ini jenis kompresor beserta keterangannya :

1. Kompresor Bolak-Balik (Reciprocating Compressor )

Kompresor bolak-balik merupakan jenis yang banyak dipakai., Kompresor ini dapat bersilinder tunggal atau ganda. Dinamakan kompresor bolak-balik karena gerak toraknya maju mundur dalam silindernya.Panjang gerakan dari torak tersebut disebut langkah (stroke) atau panjang langkah. Panjang langkah ini biasanya sama dengan diameter silinder.

Kapasitas kompresor tergantung dari faktor-faktor, antara lain : jumlah silinder, panjang langkah, jumlah putaran per menit dan lain-lain, Gerak dari torak yang bolak-balik ini didapat dari poros engkol yang menerima gerakan dari motor listrik Untuk cara kerjanya, perjalanan refrigerant dari dan masuk ke kompresor diatur oleh katup pembuang (discharge) dan klep pengisap (suction). Refrigeran keluar melalui katup pembuang dan masuk melalui katup penghisap.Apabila torak bergerak menjauhi katup maka langkah ini disebut suction-stroke dan tekanan aka berkurang.Oleh karena tekanan didalam kompresor lebih rendah dari tekanan saluran hisap, maka uap refrigerant masuk kedalam kompresor.

Gambar 2. 14. Kompresor tipe torak

2. Kompresor Rotari (Rotary Compressor)

Baling-baling/vane bergerak maju mundur secara radial dalam slot rotor mengikuti kontur dinding silinder saat rotor berputar. Sudu didorong oleh gaya sentrifugal yang timbul saat rotor berputar sehingga selalu rapat dengan dinding silinder. Hal tersebut akan mengakibatkan refrigerant yang masuk melalui suction

port terkompresi dan kemudian dikeluarkan melalui discharge port. Untuk menjamin kerapatan antara sudu dengan dinding silinder dipasang pegas pada slot rotor. Untuk menjaga air sudu tidak cepat aus, maka biasanya diujung sudu yang bersinggungan dengan casing digunakan logam lain. Kapasitas kompresor untuk ukuran rotor dan casing sama yang sama adalah fungsi jumlah sudu. Semakin banyak sudunya, makin besar kapasitasnya tetapi perbandingan kompresinya lebih rendah dan volume vane lebih besar.

Gambar 2. 15. Kompresor tipe rotary

c. Kapasitor Kompresor

Running kapasitor merupakan komponen yang sangat penting untuk kompresor satu fase karena memiliki fungsi sebagai pembeda fase antara lilitan utama dan lilitan bantu, selain itu running kapasitor juga berfungsi untuk menentukan putaran (sesuai jarum jam atau sebaliknya tergantung pada

penempatan kapasitor). Running kapasitor banyak digunakan pada mesin pendingin.Kapasitor juga dapat difungsikan sebagai starting kapaitor.

Gambar 2. 16. Kapasitor Kompresor

d. Kipas (Fan)

Pada bagian kondensor AC split juga dilengkapi dengan kipas (fan). Fungsinya adalah membuang panas pada kondensor ke udara bebas.

Gambar 2.17 Kipas (fan)

e. Accumulator

Accumulator pada mesin pendingin berfungsi sebagai penampung sementara refrigerant cair bertemperatur rendah dan campuran minyak pelumas evaporator. Selain itu, accumulator berfungsi mengatur sirkulasi aliran bahan refrigerant agar bisa keluar-masuk melalui saluran isap compressor. Untuk mencegah agar refrigerant cair tidak mengalir ke kompressor, accumulator

mengkondisikan wujud refrigerant yang masuk ke compressor tetap dalam wujud gas. Sebab, ketika wujud refrigerant berbentuk gas akan lebih mudh masuk ke dalam kompressor dan tidak merusak bagian dalam kompressor.

Gambar 2.18 Accumulator

f. Pipa Kapiler

Pipa Kapiler/Katup ekspansi pada unit AC Split berfungsi menurunkan tekanan refrigerant sehingga merubah wujud refrigerant cair menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup ekspansi/Pipa kapiler dan memasuki evaporator.

Gambar 2.19 Pipa Kapiler

2.4 Refrigeran

Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi) atau mesin pengkondisian udara.Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke udara sekeliling di luar benda.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 8 kelompok yaitu sebagai berikut:

1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC).Jika hanya sebagian saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon (HCFC).Refrigeran halokarbon yang tidak mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC).

2. Kelompok refrigeran senyawa organik cyclic.

Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:

a. R-C316 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane b. R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane c. R-318 C4F8 octafluorocyclobutane

3. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.

Kelompok refrigeran ini merupakan refrigeran campuran yang bisa terdiri dari campuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara destilasi.

4. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.

Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan

refrigeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.

5. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa

Kelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya. Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua digit. Sebagai contoh butana (C4H10), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.

6. Kelompok refrigeran senyawa anorganik.

Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrigeran ini adalah:

 R-702 : hydrogen  R-704 : helium  R-717 : amonia  R-718 : air  R-744 : O2  R-764 : SO2

7. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.

Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap didepan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran halokarbon.

Gambar 2. 20 Refrigeran R 22

2. 4. 1. Sampel Produk Refrigeran 1. Refrigeran Halocarbon (CFC)

Tabel 2. 2. Jenis-jenis refrigerant halocarbon (CFC) [5]

Refrigeran Titik didih

Jenis

Kompresor Temperatur Penguapan Temperatur

(0C) Pengembunan

R 11 23,8 Sentrifugal Tinggi Biasa

(Pendinginan udara) (Pendinginan air, udara

R 12 -298 Torak,Putar Tinggi-rendah Biasa

(Pembekuan,pendinginan (Pendinginan air, udara

ruangan)

R 13 -814 Torak,Putar

Temperatur sangat

rendaah Pendinginan biner R 21 8,9 Torak,Putar Tinggi (Pendinginan) Tinggi ( pendinginan

udara

R 22 -408 Torak,Putar Tinggi-rendah Biasa (Pendinginan air,

(refrigerasi, pendinginan udara

R 113 47,6 Sentrifugal Tinggi (Pendinginan) Biasa (Pendinginan air,

udara

R 502 -456 Torak,putar Tinggi-rendah Biasa (Pendinginan air,

(refrigerasi, pendinginan udara

2. 4. 2 Aplikasi Refrigeran

Tabel 2. 3 Aplikasi Penggunaan refrigerant Halocarbon (CFC) [6]

Refrigeran Penggunaan

R 11 Pendinginan air sentrifugal

R 13 Refrigerasi temperatur sangat rendah R 21 Pendingin kabin alat pengangkat

R 113 Pendingin air sentrifugal ukuran kecil

R 502 Unit temperatur rendah

2.5 Jenis-jenis Pemanas Air di Pasaran 2.5.1 Pemanas Air Listrik

Prinsip kerja pemanas air listrik adalah dengan cara mengalirkan air dalam tangki berisolasi yang dilengkapi dengan elemen pemanas yang akan memanaskan air karena adanya listrik. Pemanas air listrik dilengkapi dengan adanya ther mosta t sehingga sistem dapat mati/hidup secara otomatis. Ketika air panas ddigunakan, supply air akan masuk ke dalam tangki yang menyebabkan turunnya temperatur air di tangki. Penurunan temperatur akan mengaktifkan sistem pemanas sampai temperatur air panas tertentu tercapai. Kekurangannya adalah dibutuhkan energi listrik yang besar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.

2.5.2 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas

Prinsip kerjanya adalah dengan melewatkan air melalui pipa-pipa kedalam sebuah tangki yang diisolasi sekelilingnya, kemudian pada bagian bawah tangki tersebut dibakar dengan menggunakan gas, untuk menghasilkan air panas. Untuk memperluas bidang perpindahan panas diperlukan agar input energi lebih besar sehingga temperatur yang diperoleh lebih tinggi. Selain itu digunakan pula pipa-pipa tembaga untuk mempercepat perpindahan panas.

Gambar 2.22 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas [8]

2.5.3 Pemanas Air Tenaga Surya

Tipe ini merupakan tipe ramah lingkungan karena menggunakan radiasi panas matahari sebagai sumber energinya, tetapi untuk harga alat ini jauh lebih mahal dibandingkan dengan tipe lainnya. Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan energi radiasi matahari yang diserap oleh absorber, kemudian air panas ditampung di dalam tangki yang diisolasi. Fluida mengalir dengan cara memanfaatkan perbedaan massa jenis air di dalam tangki. Beberapa sistem

pemanas telah dilengkapi dengan heater tambahan sehingga dapat memanaskan air walaupun tidak ada sinar matahari. Pemanas air tenaga surya yang paling umum adalah jenis pemanas air tenaga surya plat datar(flat plate solar water heater). Kekuranganya adalah pemasangan yang lebih rumit (diletakkan di atas atap rumah) dan panas yang dihasilkan akan tegantung dari panas matahari yang ada.Apabila panas matahari yang ddi butuhkan tidak cukup untuk memanaskan air yang ada, maka pemanas listrik yang ada bekerja untuk memanaskan air. Jadi dibutuhkan energi listrik tambahan lagi.

Gambar 2.23 Prinsip Kerja Pemanas Air Tenaga Surya

2.5.4 Air Conditioning Water Heater

Air Conditioning Water Heater adalah sistem yang memanfaatkan pans buang dari sistem pendinginan untuk memanaskan air. Sebagian kalor dari refrigan yang sudah dikompresi oleh kompresor ddigunakan untuk memanaskan air dengan bantuan alat penukar kalor. Penukar kalor inilah yang sangat menentukan kinerja dari Air Conditioning Water Heater.

Gambar 2.25 Siklus Air Conditioning Water Heater

Prinsip kerja Air Conditioner Water Heater adalah [9]:  Proses 1-2 :

Uap refrigerant dihisap kompresor kemudian ditekan sehingga tekanan dan temperature refrigeran naik.

 Proses 2-2 :

Panas refrigerant ditransfer kepada air didalam penukar kalor sehingga air mengalami kenaikan temperature sedangkan refrigeran mengalami penurunan dan sebagian telah berubah fasa menjadi cairan.

 Proses 2-3 :

Refrigeran didinginkan pada konddensor seperti pada siklus pendinginan biasa.

 Proses 3-4 :

Refrigeran keluar kondensor dan penukar kalor digabungkan sebelum diekspansi. Cairan refrigeran dengan tekanan dan temperatur tinggi diekspansikan sehingga mengalami penurunan tekanan dan temperatur.  Proses 4-1 :

Refrigeran di evaporator dalam keadaan temperatur rendah sehingga dapat menyerap kalor ruangan. Cairan refrigeran menguap secara berangsur-angsur karena menerima kalor sebanyak kalor laten penguapan. Selama proses penguapan di dalam pipa terddapat campuran refrigeran fase cair dan uap.

Secara teoritis dengan penggunaan Air Conditioner Water Heater dapat meningkatkan jumlah kalor yang dapat dibuang yang berarti dapat menambah beban pendinginan (cooling load) yang dapat dipinddahkan dengan kerja kompresor yang sama. Namun perlu diperhatikan jika beban pendinginan tidak ditambah, akan mengakibatkan refrigeran yang masuk ke dalam kompresor masih berada dalam kubah uap (berfasa campuran antara liquid dan vapor) sehingga dapat merusak kompressor.

Berdasarkan standar temperatur air panas untuk kepentingan mandi dan mencuci tangan, maka temperatur yang harus dicapai oleh sistem Split-AirCon-Water adalah 40–450C.

2.6 Perhitungan kinerja Sistem Refrigerasi

Dasar – dasar perhitungan perfomansi siklus kompresi uap standar a) Kerja kompresi ( wc )

Untuk menghitung kerja kerja kompresi adalah sebagai berikut : wc = h2– h1... (2.1)

Dimana :

wc = Kerja Kompresi (kJ/kg)

h1 = Entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 = Entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

b) Efek refrigerasi ( qr )

Untuk menghitung kerja kerja kompresi adalah sebagai berikut : qr = h1– h4... (2.2)

Dimana :

qr = Besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg) h1 = Entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) h4 = Entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

c) Koefisien prestasi ( COP )

COP disebut dengan koefisien prestasi dipergunakan untuk menyatakan perfomansi dari siklus refrigeransi. Untuk mencari COP menggunakan Persamaan sebagai berikut:

COP =

��... (2.3)

d) Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air

Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Qwater = �x Cp x ∆T…....( 2.4 ) Dimana :

ρ = Massa air ( kg/m3 ) V = Volume air (m3) t = Waktu (s)

�p= Kalor spesifik air (J/kg.K)

Tawal = Temperatur air awal (˚C), Takhir= Temperatur air akhir (˚C)

Daya aktual kompresor

Daya aktual kompresor dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

P aktual = V . I . Cos θ….(2.5)

Dimana :

P = Daya aktual kompresor (watt) I = Arus Listrik ( Ampere ) V = Tegangan listrik ( Volt )

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3. 1. Tempat dan Waktu

Tempat penelitian atau pengujian dilakukan di Kantor Engineering Hotel Antares Indonesia, Jalan Sisinga Mangaraja Medan. Waktu penelitian atau pengujian selama 3 bulan.

3. 2. Bahan

Pada penelitian ini, bahan pengujian yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Pipa tembaga

Pipa tembaga banyak dimanfaatkan di industri pendingin karena memiliki konduktivitas termal yang baik dan ketahanan terhadap korosi.

Gambar 3. 1. Pipa Tembaga

2. Refrigeran

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Refrigeran yang digunakan pada pengujian ini adalah R22 Dupont.

Gambar 3. 2 Refrigeran R22 Dupont

3. Triplek dan Besi Siku

Sebagai bahan utama untuk rangka dari rumah atau tempat kondensor dan kompresor

4. Bak penampungan air panas

Bak penampungan yang digunakan adalah bak yang terbuat dari fiberglass, hal ini dimaksudkan agar dapat menyimpan air dengan suhu tinggi tanpa kehilangan panas seiring waktu.

Gambar 3.3 Bak penampungan air panas

5. Pipa Sambungan Siku

Digunakan untuk membentuk pipa-pipa tembaga yang akan dibentuk menjadi seperti pipa tipe serpentine.

Gambar 3.4 Pipa Sambungan Siku

3. 3. Alat Ukur Yang Digunakan

Alat-alat ukur yang digunakan pada pengujian alat penukar kalor ini adalah sebagai berikut :

1. Clamp Meter (Tang Ampere)

Merupakan alat ukur praktis yang bisa dipergunakan dengan mudah saat pengukuran kuat arus, tanpa harus memutus atau membuat kabel jumper guna mengetahui berapa besaran kuat arus yang mengalir pada beban rangkaian elektronik atau listrik.

Gambar 3.5 Clamp Meter

2. Manifold Gauge Fungsi manifold :

 Mengetahui tekanan rendah pada sebuah sistem pendingin.

 Mengetahui tekanan tinggi pada sebuah sistem pendingin.

 Mengetahui adanya kebocoran pada sistem.

Jumlah manifold gauge yang digunakan pada pengujian mesin ini sebanyak 5 manifold.

Gambar 3. 6 Manifold Gauge

3. Pengukur Suhu/Temperatur

Untuk mengukur suhu suatu benda yang diinginkan, alat pengukur suhu yang digunakan untuk pengujian mesin ini sebanyak 6 pengukur.

Gambar 3.7 Alat Pengukur Suhu

3. 4. Peralatan Yang Digunakan 1. Sistem Air Conditioner

Air Conditioner yang digunakan dalam pengujian ini adalah tipe split dengan daya sebesar 1 PK. Unit indoor, yang terdiri dari evaporator, dan unit outdoor, yang terdiri dari kompressor, kondensor, dan pipa kapiler. Seluruh jalur pemipaan (pipping) refrigerant yang ada diisolasi untuk mencegah kebocoran thermal yang dapat menurunkan performa AC.

Spesifikasi AC :

1 PK

 Model : S09LS-1

 LG Model : HS-C096QDA3  Power input : 795 Watt

 Voltage/Freq : 220-240 V/50 Hz  Current : 4.1 A

 Refrigerant : R-22 (0.41 kg) 2. Pompa Vakum

Pompa vakum digunakan untuk memvakumkan alat mesin pendingin agar tidak ada kotoran yang tertinggal didalam sistem pendingin

Gambar 3. 8 Pompa Vakum

Spesifikasi Pompa Vakum : Merek : ROBINAIR

Model No. : 15601

Kapasitas : 142 l/m

Motor HP : ½

Volt : 110-115 V / 220-250 V

3. Pentil Selang Manifold Gauge

Pentil digunakan sebagai tempat selang manifold gauge agar tekanan dapat dibaca tanpa ada kebocoran dan dapat dibongkar pasang sehingga lebih

Gambar 3. 9 Pentil Selang Manifold Gauge

4. Las Tembaga dan Las Besi

Untuk menyambung pipa tembaga, menyambungkan pentil selang manifold dan me-las keperluan lainnya.

5. Flaring Tool

Berfungsi untuk mengembangkan ujung pipa agar dapat disambung dengan pipa lain atau sambungan berulir.

Gambar 3. 10 Flaring Tool

6. Pemotong pipa tembaga (Tube Cutter)

3. 5. Langkah Pembuatan Water Heater dengan menggunakan Alat Penukar Kalor Tipe Serpentine

3. 5. 1. Pembuatan Rumah Atau Tempat Kondensor dan Kompresor Rangka dari tempat kondensor dan kompresor menggunakan besi siku ukuran 2cm x 2 cm dengan tebal 2mm dibentuk sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. Setelah rangka selesai dilas atau dibentuk kemudian pemasangan triplek setebal 8mm sebagai bodi dari rangka tersebut.

Gambar 3. 12 Pengerjaan Rangka dan bodi Kondensor-Kompresor

Gambar 3.13 Dimensi Tempat Kondensor-Kompressor

3.5.2. Pembuatan Bagian Water Heater

1. Membentuk pipa tembaga menjadi tipe serpentine

Pipa tembaga dibentuk dengan menggunakan pipa sambungan siku agar pipa tersebut dapat saling menyambung, kemudian di-las disatu sisi setiap sambungan dengan pipa.

Gambar 3. 15 Pipa tembaga yang telah disambung/di-las

Penelitian ini menggunakan desain pipa serpentine seperti yang terdapat pada gambar 3.16, dengan menggunakan pipa tembaga berdiameter ¼ inch dengan 34 laluan dan panjang 4.26 meter.

Gambar 3.16 Alat penukar kalor tipe serpentine

2. Pemasangan pipa tembaga pada bak penampungan air panas Semua pipa yang disambung dipasang di dalam bak air

3.5.3. Instalasi Alat Pengujian

Alat pengujian terdiri dari system AC dengan aliran refrigerant dihubungkan dengan penukar kalor tipe serpentine yang berada dalam bak air. Pipa outlet kompresor dan pipa inlet kondensr dipotong kemudian dihubungkan dengan alat penukar kalor. Dengan demikian, refrigerant dengan temperature tinggi yang keluar dari kompressor akan mengalir terlebih dahulu melalui alat penukar kalor lalu menuju ke kondensor.

Gambar 3.18 Alat Pengujian

Keterangan :

P1 = Tekanan keluaran Evaporator (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C) P2 = Tekanan keluaran Kompressor (Psi) T6 = Suhu ruangan (0C) P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T7 = Suhu Air (0C) P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T2 = Suhu keluaran kompressor (0C) T3 = Suhu keluaran kondensor (0C) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

Gambar 3.20 Desain Alat Pengujian

3.6 Prosedur Pengujian.

Prosedur pengujian dapat diuraikan sebagai berikut :

1. Pemasangan alat ukur 5 manifold gauge untuk mengetahui besarnya tekanan di empat titik yaitu : manifold gauge pada pipa kompresor, pada pipa sebelum

kondensor, pada pipa sesudah kondensor sebelum pipa kapiler, pada pipa kondensor setelah pipa kapiler dan pada selang pengisian posisi : pada pipa kompresor, pada pipa sebelum kondensor, pada pipa setelah refrigerant.

2. Pemasangan alat ukur temperature sebanyak 6 dengan kondensor sebelum pipa kapiler, pada pipa setelah kondensor setelah pipa kapiler, didalam dan diluar ruangan dan untuk bak penampungan air panas.

3. Pemasangan clamp meter untuk mengetahui besarnya arus listrik yang digunakan mesin pendingin.

Gambar 3. 21 Pemasangan manifold gauge, pengukur suhu dan clamp meter. 4. Proses pemvakuman dengan menggunakan pompa vakum dengan tujuan agar

kotoran-kotoran yang ada dari sisa pemotongan pipa, saat me-las dapat terbuang dan tidak terjadi penyumbatan serta dapat mnegetahui adanya kebocoran. Proses pemvakuman dilakukan selama 15-20 menit

5. Pengisian Refrigeran Dupont R-22.

Pada saat pengisian refrigerant harus menggunakan manifold (keadaan mesin pendingin telah dihidupkan) dan posisi tabung Freon harus terbalik agar yang masuk pada mesin pendingin tidak hanya oksigen (angin) saja dan ditunggu hinga tekanan konstan pada angka 60 Psi (30 menit) setelah itu pengambilan data bisa dilakukan.

6. Setelah tekanan Freon konstan (60 Psi) maka bak penampungan air panas diisi dengan air yang sebelumnya telah diukur suhunya, panas pipa tembaga akibat dari kerja kompressor lambat laun akan memanaskan air yang ada di bak penampungan air panas,

7. Proses pengambilan data dilakukan 3 kali yaitu :

 Siang hari : Pukul 13. 00

 Sore Hari : Pukul 17. 00

 Malam Hari : Pukul 21. 00

Pengambilan data dilakukan selama satu jam setiap 5 menit dan mencatat semua data dari alat pengukur secara bersamaan.

3.7 Prosedur Pengolahan Data dalam Penelitian Pengolahan data dilakukan dengan beberapa asumsi :

 Alat penukar kalor bekerja dalam keadaan steady

 Tidak ada kebocoran kalor (heat loss) ke lingkungan

 Temperatur tiap fluida seragam pada setiap bidang perpotongan pada alat penukar kalor

 Kecepatan aliran fluida terdistribusi merata pada sisi masing-masing

Nilai-nilai yang didapat dalam pengolahan data kali ini adalah :

 Kalor yang diterima air dapat dihitung dari massa air pada tangki penyimpanan dikalikan dengan massa jenis air dan perbedaan temperatur air awal & akhir. Kapasitas kalor air yang diambil adalah kapasitor kalor rata-rata temperatur masuk dan temperatur keluar air.

 Kerja kompressor didapatkan dari perkalian arus listrik yang dikonsumsi dengan tegangan listrik PLN.

 Coefficient of Performance (COP) menyatakan rasio antara manfaat yang dicapai dengan kerja/usaha yang dilakukan untuk mendapatkan manfaat tersebut.

3.8 Flowchart Penelitian

Berikut merupakan tahapan dalam pengujian pendingin kondensor:

Mulai

Studi Literatur

Studi literatur dan jurnal

Tahapan Persiapan  Survei bahan dan alat

 Gambar sketsa alat pengujian

Pembuatan Alat Penguji Pendingin Kondensor

 Perombakan Kondensor

 Pembuatan Pipa-pipa Alat Penukar Kalor

 Pembuatan rumah kondensor dan kompresor

 Pemasangan Alat Ukur



Assembling Alat Uji  Pemvakuman

 Pengujian:

 Siang Hari ( 13.00 Wib)

 Sore Hari ( 17.00 Wib)

 Malam Hari ( 21.00 Wib)

Data Output  Temperatur, Tekanan

 Efek Pendinginan, COP



Analisa  Kesimpulan

 Saran

BAB IV

ANALISA DATA PENELITIAN

Pengolahan data dilakukan sesuai dengan prosedur pengolahan data yang sudah dijelaskan pada bab III. Pengolahan data dimaksudkan untuk mendapatkan karakteristik sistem Split-Air ConWater yang diteliti. Data-data yang didapat diolah dan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Pengujian dilakukan dengan dua kondisi AC yang berbeda, yaitu :

1. Pengujian AC LG 1-PK dalam kondisi standard pabrikan, dimana data yang diambil akan dijadikan bahan perbandingan dengan Split-AirConWater.

2. Pengujian AC LG 1-PK yang telah dimodifikasi dengan menggunakan Alat Penukar Kalor.

Keterangan :

P1 = Tekanan keluaran Evaporator (Psi) T3 = Suhu keluaran kondensor (0C)

P2 = Tekanan keluaran Kompressor (Psi) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi) T6 = Suhu ruangan (0C)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T7 = Suhu Air (0C)

T2 = Suhu keluaran kompressor (0C)

Seperti dibahas pada bab III, sebelum pengujian dilakukan pemakuman selama 15-20 menit pada kondensor untuk membersihkan dari kotoran dan untuk mengetahui ada tidaknya kebocoran. Evaporator ditempatkan pada ruangan 6x5 m dengan beban yang sama antara pengujian standart dan modifikasi.

4.1 Analisa Karakterisasi Split-AirConWater 4.1.1 Pengujian pada Siang Hari

Gambar 4.2 Grafik temperatur Split-Air ConWater pada siang hari 0 20 40 60 80 100 120 T e m p e ra tu r (C e lc iu s) Waktu T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Pada siang hari, temperature air maksimum dapat mencapai 61,6 0C. Sedangkan temperature refrigerant maksimun tercapai pada 99,3 0C. kondisi ruangan akan stabil pada temperature 25 0C.

Gambar 4.3 Grafik tekanan pada siang hari Split-AirConWater

Berikut data pada pengujian siang hari.

Tabel 4.1 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Siang Hari

waktu P1 P2 P3 P4 T1 T2 T3 T4 T5 T6 A T7 13:10 54 263 240 86 28,9 99,3 35,8 12,9 36,1 28,3 3,7 31,4 13:15 54 270 245 88 28,9 97,2 36,4 13,4 36,9 27,3 3,8 34,5 13:20 55 275 250 90 28,8 94,4 36,5 13,7 36,1 26,1 3,8 38,2 13:25 54 270 245 86 28 94,6 38 12,8 35,1 26,1 3,7 42,3 13:30 52 270 245 86 28,8 95,4 37,8 12,8 35 25,9 3,7 46,4 13:35 52 270 250 88 28,4 93,8 38,5 13,1 35,8 25,8 3,8 49,2 13:40 52 275 250 87 27,9 95,1 38,8 12,8 36,4 25,6 3,8 51,4 13:45 53 275 250 86 27,9 94,2 39,2 13,1 36,3 25,6 3,8 53,5 13:50 53 275 250 86 27 96,8 39,2 13,2 36,2 25,8 3,8 56,4 13:55 53 275 250 87 26,9 95,7 39,1 13 36,8 25,8 3,8 57,8 14:00 52 275 250 86 26,4 96,8 39,3 12,6 36,4 25,7 3,8 58,8 14:05 51 268 243 83 25,6 96,4 38,2 11,9 35,6 25,7 3,7 60,2 14:10 50 265 244 84 25,5 97,2 38,6 11,8 35,5 25,5 3,7 61,6

0 50 100 150 200 250 300 T e k a n a n ( P si ) Waktu P1 P2 P3 P4

Keterangan :

P1 = Tekanan keluaran Evaporator (Psi) T2 = Suhu keluaran kompressor (0C)

P2 = Tekanan keluaran Kompressor (Psi) T3 = Suhu keluaran kondensor (0C)

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

A = Kuat Arus (Ampere) T6 = Suhu ruangan (0C)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T7 = Suhu Air (0C)

4.1.2 Pengujian pada Sore Hari

Gambar 4.4 Grafik temperatur pada sore hari Split-AirConWater

Pada sore hari, temperature air maksimum dapat mencapai 61,6 0C. Sedangkan temperature refrigerant maksimun tercapai pada 95,9 0C. kondisi ruangan akan stabil pada temperature 25 0C.

0 20 40 60 80 100 120 T e m p e ra tu r (C e lc iu s) Waktu T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Gambar 4.5 Grafik tekanan pada sore hari Split-AirConWater

Berikut data pada pengujian sore hari.

Tabel 4.2 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Sore Hari

waktu P1 P2 P3 P4 T1 T2 T3 T4 T5 T6 A T7 16:50 45 237 220 77 27,2 89,2 35,2 9,9 33,5 26,5 3,3 31,5 16:55 47 245 225 78 27,2 94,9 35,8 10 33,5 25,6 3,4 35,7 17:00 47 248 225 78 27,9 94,4 35,9 10,4 33,7 25,4 3,4 39,2 17:05 48 250 227 79 27,3 95,9 35,9 10,3 33,3 25,4 3,4 42,3 17:10 48 254 225 80 27,6 93,2 36,4 10,6 33,7 25,3 3,4 45,3 17:15 48 255 233 80 26,3 95,2 36,6 10,8 33,9 24,9 3,4 48,2 17:20 48 255 233 80 26 95,1 36,6 10,6 33,7 24,8 3,5 51,4 17:25 48 255 233 79 26 93,8 37 10,9 34,6 24,7 3,5 53,3 17:30 48 253 225 79 25,5 95 36,8 10,4 35,6 24,6 3,6 54,7 17:35 47 253 230 79 25,3 95,3 36,8 10,3 35,2 24,6 3,6 56 17:40 48 255 233 79 25,2 95,1 37,5 10,5 36,3 24,5 3,6 57,2 17:45 47 255 233 79 24,2 94,5 37,6 10,4 36,3 24,4 3,6 59,5 17:50 46 255 228 78 23,2 95 37,2 9,9 36,4 24,4 3,6 61,6

Keterangan :

P1 = Tekanan keluaran Evaporator (Psi) T2 = Suhu keluaran kompressor (0C)

P2 = Tekanan keluaran Kompressor (Psi) T3 = Suhu keluaran kondensor (0C) 0 50 100 150 200 250 300 1 6 :5 0 1 6 :5 5 1 7 :0 0 1 7 :0 5 1 7 :1 0 1 7 :1 5 1 7 :2 0 1 7 :2 5 1 7 :3 0 1 7 :3 5 1 7 :4 0 1 7 :4 5 1 7 :5 0 T e k a n a n ( P si ) Waktu P1 P2 P3 P4

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

A = Kuat Arus (Ampere) T6 = Suhu ruangan (0C)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T7 = Suhu Air (0C)

4.1.3 Pengujian pada Malam Hari

Gambar 4.6 Grafik temperatur pada malam hari Split-AirConWater

Pada sore hari, temperature air maksimum dapat mencapai 61,1 0C. Sedangkan temperature refrigerant maksimun tercapai pada 97 0C. kondisi ruangan akan stabil pada temperature 25,25 0C.

0 20 40 60 80 100 120 T e m p e ra tu r (c e lc iu s) Waktu T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Gambar 4.7 Grafik tekanan pada malam hari Split-AirConWater

Berikut data pada pengujian malam hari.

Tabel 4.3 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Malam Hari

waktu P1 P2 P3 P4 T1 T2 T3 T4 T5 T6 A T7 20:45 50 263 235 82 23 92,5 35,9 12 34 25,7 3,7 31,5 20:50 51 263 235 83 23,6 95,3 35,8 11,9 34 25,7 3,7 34,3 20:55 51 264 235 84 23 96 36,1 12,1 34,2 25,6 3,8 37,4 21:00 51 263 234 84 22,7 93,5 35,9 12 34 25,5 3,8 40,6 21:05 51 264 235 84 22,8 94,2 36,2 12 34,4 25,5 3,8 43,7 21:10 51 267 240 84 22,7 95,2 36,5 12,4 35,6 25,3 3,8 46,5 21:15 51 266 237 84 22,9 93,1 35,9 12,1 35,2 25,1 3,8 48,4 21:20 52 273 242 84 22,1 95,1 36,7 12,7 35,4 25 3,8 50,4 21:25 52 272 243 86 22,3 97 37,1 12,8 35,8 25,1 3,8 52,5 21:30 52 275 245 85 23,4 94,7 37,5 12,8 36,9 25 3,8 54,6 21:35 52 270 240 84 22,3 95,2 36,6 12,6 36,4 24,9 3,8 56,4 21:40 51 275 245 86 22,2 94,5 36,3 12,3 36,4 24,9 3,8 58,8 21:45 53 277 250 86 22,2 94,9 36,3 13,1 37,5 24,9 3,8 60,5

Keterangan :

P1 = Tekanan keluaran Evaporator (Psi) T2 = Suhu keluaran kompressor (0C)

P2 = Tekanan keluaran Kompressor (Psi) T3 = Suhu keluaran kondensor (0C) 0 50 100 150 200 250 300 T e k a n a n Waktu P1 P2 P3 P4

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

A = Kuat Arus (Ampere) T6 = Suhu ruangan (0C)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T7 = Suhu Air (0C)

Penambahan beban pendinginan pada siang hari yang diakibatkan oleh panas pada dinding-dinding, dan plafon, daripada malam hari yang cenderung dingin mempengaruhi temperatur air pada bak penyimpanan. Dengan naiknya beban pendinginan maka kalor yang diserap refrigerant akan meningkat pula sehingga menaikkan temperature refrigerant itu sendiri. Dengan naiknya temperature refrigerant maka kalor yang diserap air pun makin meningkat dan secara langsung menaikkan temperature air tersebut. Untuk pengujian Split-AirConWater dengan 1 PK menghasilkan temperature yang berkisar diantara 60 0

C. Temperatur air yang dihasilkan lebih dari cukup untuk digunakan mandi air panas. Sesuai gambar temperatur yang dibutuhkan untuk mandi sebesar 43 0C. Oleh karena itu, dibutuhkan pencampuran yang sesuai dan nyaman untuk mandi air panas.

4.2 Pengolahan Data-Data

4.2.1 Perhitungan Daya Kompressor (Qkomp)

Tabel 4.4 Data Perhitungan Qkomp pada AC Split-AirConWater

waktu Siang Sore Malam

5 0,692 0,617 0,692

10 0,711 0,636 0,692 15 0,711 0,636 0,711 20 0,692 0,636 0,711 25 0,692 0,636 0,711 30 0,711 0,636 0,711 35 0,711 0,655 0,711 40 0,711 0,655 0,711

45 0,711 0,673 0,711 50 0,711 0,673 0,711 55 0,711 0,673 0,711 60 0,692 0,673 0,711 65 0,692 0,673 0,711

Gambar 4.8 Grafik Daya Kompresor terhadap waktu pada Split-AirConWater

a. Daya kompresor paling tinggi adalah 0,711 kW, yaitu Qkomp = V × A × cos ø

= 220 × 3,8 × 0,85 = 711 W

= 0,711 kW

b. Daya kompresor paling rendah adalah 0,617 kW, yaitu: Qkomp = V × A × cos ø

= 220 × 3,3 × 0,85 = 617 W

= 0,617 kW 0.560 0.580 0.600 0.620 0.640 0.660 0.680 0.700 0.720

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

D Ay a K o m p re so r (k W ) Waktu (menit) Qkomp Siang Qkomp Sore Qkomp Malam

4.2.2 Perhitungan COP

a) Laju Aliran Massa Refrigeran (mref)

Tabel 4.5 Data Perhitungan mref pada AC Split-AirConWater

waktu Siang Sore Malam 5 0,0109 0,0105 0,0118 10 0,0116 0,0101 0,0114 15 0,0122 0,0101 0,0116 20 0,0117 0,0101 0,0120 25 0,0115 0,0105 0,0119 30 0,0121 0,0102 0,0117 35 0,0119 0,0106 0,0121 40 0,0121 0,0107 0,0119 45 0,0117 0,0108 0,0116 50 0,0119 0,0108 0,0120 55 0,0116 0,0109 0,0118 60 0,0113 0,0109 0,0120 65 0,0110 0,0108 0,0120

a. Laju aliran massa refrigerant paling tinggi terjadi pada pukul 13.20 pada siang hari dengan nilai 0,0122 kg/s, yaitu:

ṁ =

�

=

ℎ ₋ ℎ

(kg/s)

= ,

, − ,

= 0,0122 kg/s

b. Laju aliran massa refrigerant paling rendah terjadi pada pukul 16:50 pada sore hari dengan nilai 47,486 kg/s, yaitu:

ṁ =

�

=

ℎ ₋ ℎ

(kg/s)

= ,

, − ,

b) Dampak Refrigerasi (href)

Tabel 4.6 Data Perhitungan href pada AC Split-AirConWater

waktu Siang Sore Malam 5 201,226 196,285 199,039 10 201,840 197,085 199,602 15 202,710 197,085 199,946 20 201,226 197,642 199,946 25 200,796 197,959 199,946 30 201,410 197,959 199,946 35 201,094 197,959 199,946 40 201,013 197,642 200,166 45 201,013 197,642 200,796 50 201,311 197,406 200,498 55 200,796 197,642 200,166 60 199,602 197,406 200,576 65 199,724 196,848 201,013

a. Efek refrigerasi paling tinggi terjadi pukul 13:20 dengan nilai 201,226 kJ/kg : h ref = h1 – h4

= 401,096 – 201,15 = 201,226 kJ/kg

b. Efek refigerasi paling rendah terjadi pukul 17:50 dengan nilai 196,848 kJ/kg : H ref = h1 – h4

= 399,944 – 203,096 = 196,848 kJ/kg

c) Kapasitas Evaporator (Qev)

Tabel 4.7 Data Perhitungan Qev pada AC Split-AirConWater

waktu Siang Sore Malam

5 2,185 2,051 2,347

10 2,337 1,994 2,267 15 2,468 1,983 2,312

20 2,355 1,992 2,394 25 2,306 2,082 2,373 30 2,432 2,026 2,348 35 2,397 2,089 2,418 40 2,437 2,124 2,380 45 2,347 2,143 2,321 50 2,388 2,123 2,404 55 2,336 2,145 2,367 60 2,246 2,152 2,403 65 2,207 2,118 2,418

a. Kapasitas Evaporator paling tinggi terjadi pada pukul 13:20 dengan nilai 2,468 kW, Yaitu:

Qev = mref (h1 – h4)

= 0,0121 (401,959 – 199,249) = 2,468 kW

b. Kapasitas Evaporator paling rendah terjadi pada pukul 17:00 dengan nilai 1,983 kW, yaitu:

Qev = mref (h1 – h4)

= 0,01 (400,181 – 203,096) = 1,983 kW

d) Kerja Kompresi (Wc)

Tabel 4.8 Data Perhitungan Wc pada AC Split-AirConWater

waktu Siang Sore Malam 5 63,707 59,047 58,681 10 61,370 62,842 60,917 15 58,358 63,195 61,443 20 59,126 63,084 59,339 25 60,252 60,454 59,879 30 58,852 62,115 60,524 35 59,615 62,030 58,760 40 58,608 60,899 59,767 45 60,860 62,096 61,477

50 59,914 62,587 59,265 55 61,077 62,030 60,080 60 61,484 61,745 59,309 65 62,621 62,569 59,063

a. Kerja Kompresi paling tinggi terjadi pada pukul 13:10 dengan nilai 63,707 kJ/kg, Yaitu:

Wc = (h2– h1)

= (465,453 – 401,746) = 63,707 kJ/kg

b. Kerja Kompresi paling rendah terjadi pada pukul 20:45 dengan nilai 58,681 kJ/kg, yaitu:

Wc = (h2– h1)

= (459,555 – 400,874) = 58,681 kJ/kg

Dari Data-data diatas didapat perhitungan COP :

Tabel 4.9 Data Perhitungan COP pada AC Split-AirConWater

waktu Siang Sore Malam 5 3,159 3,324 3,392 10 3,289 3,136 3,277 15 3,474 3,119 3,254 20 3,403 3,133 3,370 25 3,333 3,275 3,339 30 3,422 3,187 3,304 35 3,373 3,191 3,403 40 3,430 3,245 3,349 45 3,303 3,183 3,266 50 3,360 3,154 3,383 55 3,288 3,186 3,332 60 3,246 3,197 3,382 65 3,189 3,146 3,403

Gambar 4.9 Grafik COP system terhadap waktu pada Split-AirConWater

COP merupakan rasio antara manfaat yang didapatkan dengan kerja yang dilakukan. Dalam hal ini, Split-AirConWater memiliki COP system dengan rentang 3,159 – 3,474 . Berikut rumus yang digunakan dalam penghitungan data COP :

a. COP tertinggi pada AC dengan alat penukar kalor terjadi pada pukul 13:20 dengan nilai 3,474, yaitu :

COP= ℎ_ℎ − ℎ − ℎ

= ,_, −₋ ,_, = 3,474

b. COP terendah terjadi pada pukul 13:10 dengan nilai 3,159, yaitu:

COP = ℎ_ℎ − ℎ − ℎ

= , − ,

, − ,

= 3,159

2.900 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 3.500 3.600

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

C

O

P

Waktu (menit)

Siang Sore Malam

pembuatan + biaya listrik + biaya operasional mesin perkakas.

= Rp. 456.000,- + Rp 360.000,- + Rp 54.000,- + Rp 45.600,- = Rp 915.600,- = Rp 916.000,-

Jadi, biaya total pembuatan Alat Penukar Kalor adalah = Rp 916.000,-

Tabel 4.24 Total Biaya Pembuatan Alat Penukar Kalor

No Uraian Jumlah (Rp)

1 Biaya pembelian bahan teknik 456.000

2 Biaya Pembuatan 360.000

3 Biaya Listrik 54.000

4 Biaya Operasional Mesin Perkakas 45.600

Jumlah Biaya 916.000

3. Biaya Pemakaian Listrik

 AC dengan Alat Penukar Kalor a. Pemakaian pada Siang Hari

Biaya = Daya Kompressor x Tarif Dasar Listrik = 0,703 kWh x Rp. 1352,-

= Rp. 950,-

b. Pemakaian pada Sore Hari

Biaya = Daya Kompressor x Tarif Dasar Listrik = 0,651 kWh x Rp. 1352,-

= Rp. 880,-

c. Pemakaian pada Malam Hari

Biaya = Daya Kompressor x Tarif Dasar Listrik = 0,707 kWh x Rp. 1352,-

= Rp. 955,-

77 = Rp. 928,- x 12 jam

= Rp. 11.140,-

 AC Standard

a. Pemakaian pada Siang Hari

Biaya = Daya Kompressor x Tarif Dasar Listrik = 0,743 kWh x Rp. 1352,-

= Rp. 1.004,-

b. Pemakaian pada Sore Hari

Biaya = Daya Kompressor x Tarif Dasar Listrik = 0,696 kWh x Rp. 1352,-

= Rp. 940,-

c. Pemakaian pada Malam Hari

Biaya = Daya Kompressor x Tarif Dasar Listrik = 0,684 kWh x Rp. 1352,-

= Rp. 924,-

Penulis mengasumsikan AC dipakai 12 jam dalam sehari

Biaya per hari = (Pemakaian Siang Hari + Sore Hari + Malam Hari) x 12 jam = Rp. 956,- x 12 jam

= Rp. 11.472,-

Jadi, Selisih biaya antara AC dengan Alat Penukar Kalor dan AC Standard adalah Rp 332,- , dengan AC dengan Alat Penukar Kalor lebih Hemat

4.

Keuntungan dengan menggunakan AC Water Heater  Biaya Pemakaian Listrik Pemanas Air Listrik

Jumlah Kalori = Massa x Kalor Jenis x Kenaikan Temperatur

Q = M x Cp x (T2 – T1 )

= 35 kg x (4200 J/kg oC) x (30,2 oC)

= 4.439.400 J

1 kWh = Rp 1352,- (Tarif Dasar Litrik Bulan Maret 2015) 1 Wh = 3600 J

Daya yang dibutuhkan = . . = 1233,167 Wh = 1,233 kWh

Biaya = 1,233 kWh x Rp 1352,- /kWh = Rp. 1667,- = Rp 1700,-

 Biaya memanaskan air dengan gas

Harga Gas = 1m3 = Rp 2500,- , dan kalori 8600 Kcal/m3 1 Kcal = 4190 J

Jumlah gas yang dibutuhkan = . .

( _�� � ��

= 0,123 m3

79 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan data-data yang telah diambil pada penelitian ini, maka dapat diambil kesimpulan bahwa:

1. Dari pengujian dan perhitungan pada kedua AC didapatkan nilai rata-rata dari masing-masing data, yaitu :

Data

AC Kondisi Standard

AC dengan Alat Penukar Kalor

COP 3,338 3,287

Efek Refrigerasi (kJ/kg) 202,173 199,536

Kerja Kompresi (kJ/kg) 59,269 60,745

Laju Aliran Massa (kg/s) 0,0125 0,0113

Kapasitas Evaporator (kJ/kg) 2,542 2,262

Daya Kompresor (W) 0,7082 0,688

Tarif Listrik Rp 11.140,- Rp 11.472,-

Harga AC (Rp) Rp 2.700.000,- Rp 3.616.000,-

2. Koefisien prestasi (COP) pada Split-Air ConWater rata-rata 3,287 sementara AC Standar memiliki COP dengan rata-rata 3,338. AC Split-AirConWater hanya mengalami penurunan COP sebesar 2% dari AC Standar. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan Split-Air ConWater tidak berpengaruh besar pada kinerja AC Split.

3. Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air pada bak water heater mengalami peningkatan pada 5 menit ke- 1 hingga mencapai 1999,433 J/s. dan mengalami penurunan sampai pada 5 menit ke- 13 dengan nilai 585,2 J/s.

4. Pada 5 menit ke- 1 daya aktual kompressor masih rendah karena air pada water heater masih dingin sedangkan pada 5 menit ke- 2 sampai 5 menit ke-13 daya actual kompressor semakin meningkat karena air dalam water heater sudah mulai panas. Jadi semakin tinggi suhu air pada tabung water heater maka semakin tinggi daya aktual kompressor sehingga berpengaruh pada kinerja kompressor.

5.2 Saran

Dari serangkaian proses pengujian yang sudah dilakukan, ditemukan beberapa hambatan. Saran yang dapat penulis berikan :

1. Untuk hasil pengujian yang lebih optimal harus dilakukan pada kondisi temperature lingkungan yang stabil untuk setiap variable pembebanan. Karena perbedaan temperature lingkungan sangat mempengaruhi temperature refrigerant.

2. Pada kelayakan alat pengujian, perlunya meminimalisir kebocoran yang terjadi pada pipa-pipa tembaga, sebab dengan adanya kebocoran dapat menyebabkan data yang diambil menjadi tidak stabil.

3. Saat proses pemotongan dan pengelasan pipa tembaga harus teliti untuk menghindari kerusakan yang dapat diakibatkan pada system refrigerasi

81

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://nasional.kompas.com/read/2010/06/08/04122410/saat.ada.15.miliar kendaraan

[2] Fakultas Geografi Universitas Gadjah Mada (2007, Oktober 02). Pemanasan Global. http://geo.ugm.ac.id/archives/28

[3] http://growerhouse.com/blog/mini-split-air-conditioner-ac -review-overview-for-indoor-grow-rooms

[4] Wilbert F. Stoecker, Jerold W Jones, 1992, Refrigerasi dan pengkondisian Udara, alih bahasa Supratman Hara, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta

[5] Literatur [4] Hal. 246 [6] Literatur [4] Hal. 279

[7] http://www.diyanswerguy.com/tools/appliances/electric-water-heater.jpg [8] http://www.colonyplumbing.net/wtr_htr_gas_noted_leaders.jpg

[9] Literatur [4] Hal. 184

[10] H.J. Laue, Regional report Europe : “heat pumps –status and trends”, International Journal of Refrigeration 25 (2002) hal. 414-420

[11] Ambarita, Himsar. 2011, Buku Kuliah Perpindahan Panas Konduksi. Medan [12] Wilbert F. Stoecker, Jerold W. Jones, 1989, Design Of Thermal Systems,

McGraw Hill, 3rd edition, New York.