Rancang Bangun Dan Pengujian Kondensor Siklus Kompresi Uap Hybrid Dengan Daya Kompressor 0,746KW

(1)

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN KONDENSOR

SIKLUS KOMPRESI UAP HYBRID DENGAN

DAYA KOMPRESOR 0,746 KW

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

JEFFRY OMS NIM. 070401034

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini yang berjudul “RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN KONDENSOR SIKLUS KOMPRESI UAP HYBRID DENGAN DAYA KOMPRESSOR 0,746KW”

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, do’a dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada :

1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita ST., MT. selaku Dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.

4. Kedua orang tua penulis, St. Ir. J. Simanjuntak dan Dra. M. Silitonga yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

(3)

5. Kepada saudara-saudara penulis, Joy Octavery M. Simanjuntak SST, Yessy Octlyn M. Simanjuntak S.Farm, Apt., dan Joseph Owyth M.Simanjuntak yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

7. Rekan-rekan satu tim kerja, Chandra TS, Lambok Manik, dan Jeffri RGS, rekan-rekan sejawat, Hotdi Siahaan, Juliarto Siahaan ST, Januardi Simanjuntak, yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik serta makian.

8. Rekan mahasiswa stambuk 2007 yang tidak mungkin disebutkan namanya satu persatu yang selalu mendukung penulis.

9. Terkhusus kepada Anna Ria Silaban, S.Kep. Ns. Yang selalu setia menemani dan mendukung penulis dengan kesabaran dan kasih sayang.

10.Kepada PT Seltech Utama yang telah membimbing serta mengarahkan dalam pembuatan alat tim penulis

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih

Medan, 25 Oktober 2011

(4)

ABSTRAK

Mesin pendingin Siklus Kompresi Uap dengan pemanas air sudah dirancang, dibuat, dan diuji. Pembuatan dan pengujian mesin pendingin diatas untuk meningkatkan efisiensi dari mesin pendingin Siklus Kompresi Uap Biasa. Meningkatkan efisiensi merupakan salah satu cara untuk membantu rencana pemerintah Indonesia untuk mengurangi pemakaian energi fosil yang sumber dayanya semakin menurun. Memanfaatkan panas buangan kondensor merupakan salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi. Panas buangan kondensor dapat memanaskan air serta mengurangi kerja kondensor dalam mendinginkan refrigeran. Metode perhitungan analitik seperti perhitungan dimensi utama kondensor dan pengujian kondensor dalam mendinginkan refrigeran tanpa dan dengan pemanas air dapat membuktikan kerja kondensor lebih ringan dengan adanya pemanas air dalam siklus kompresi uap tersebut. Hasil yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian mesin pendingin siklus kompresi uap dengan pemanas air adalah temperatur panas buang kondensor 35oC, sedangkan siklus kompresi uap tanpa pemanas air temperatur panas buang kondensor adalah 36oC. Kesimpulan dari tulisan ini adalah kerja kondensor dengan pemanas air lebih ringan daripada kerja kondensor tanpa pemanas air.

(5)

ABSTRACT

Vapor compression refrigeration cycle integrated with the water heater has been designed, fabricated and tested. The main objective of the fabrication and testing of the evaporator is to improve the efficiency of ordinary vapor compression refrigeration cycle. Improving efficiency is one of the solutions to help the Indonesian government in reducing the uses of fossil. Utilizing waste heat from condenser is proposed to improve the efficiency.The waste heat drawn from the condenser is not affecting the work of evaporator to condition the room. Analytical calculations such as cooling load calculation and the main dimensions of the evaporator have been performed. In addition the evaporator work in the testing room with and without cool water heaters proves that the cooling workis not disrupted by the evaporator heating water in the vapor compression cycle. The results obtained from this research are as follows. The average room temperature before the vapor compression refrigeration cycle installed is about 28oC, after the installation the average room temperature is 22oC. The main conclusion of this project is that the water heater does not affect the evaporator in conditioning the room temperature.

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ...iii

DAFTAR ISI ...v

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR GAMBAR ... .viii

DAFTAR SIMBOL ...x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Tujuan Penelitian ...6

1.2.1 Tujuan Umum ...6

1.2.2 Tujuan Khusus ...6

1.3 Batasan Masalah ...6

1.4 Manfaat Penelitian ...7

1.5 Sistematika Penulisan ...7

1.6 Metode Penelitian ...9

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...10

2.1 Sistem Refrigerasi...10

2.1.1 Pendahuluuan ...10

2.1.2 Siklus Kompresi Uap ...12

2.2 Kondensor ...16

2.2.1 Pendahuluan ...16

2.2.2 Analisis Kondensor...19

2.3 Siklus Kompresi Uap dengan water heater ...22

2.3.1 Tabung Kapiler dan model Kompressor ...29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...35

3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan ...35

3.1.1 Alat ...35

3.1.2 Bahan ...37

3.2 Variabel Riset ...37

3.3 Set-up Pengujian ...37

BAB IV ANALISA DATA ...41

(7)

4.2 Data Hasil Pengujian ...48

4.2.1 Pengujian Hari Pertama ... ..48

4.2.2 Pengujian Hari Kedua ... ..49

4.2.3 Pengujian Hari Ketiga ...50

4.2.4 Pengujian Hari Keempat ...51

4.2.4 Pengaruh water heater terhadap kondensor ...52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...65

5.1 Kesimpulan ...65

5.2 Saran ...65

DAFTAR PUSTAKA ...67

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Temperatur netral/nyaman dari berbagai etnis di Indonesia ...12

Tabel 2.2 Nilai COP dari beberapa jenis refrigeran ...16

Tabel 2.3 Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air ...18

Tabel 4.1 Persamaan bilangan Nu untuk pipa ...43

Tabel 4.2 Faktor dan koefisien lapisan kerak ...46

Tabel 4.3 Data pengujian pipa keluar kompresor ...52

Tabel 4.4 Data pengujian di tengah pipa kondensor ...55

Tabel 4.5 Data pengujian pipa katub ekspansi ...57

Tabel 4.6 Data pengujian hembusan kipas kondensor ...59

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Siklus kompresi uap ... 12

Gambar 2.2 Diagram T-s dan p-H siklus kompresi uap ... 13

Gambar 2.3 a) shell and tube heat exchanger sebagai kondensor (b) Profil temperatur kedua Fluida yang di idealkan. ... 19

Gambar 2.4 Mesin pendingin siklus kompresi uap hybrid ... 25

Gambar 2.5 Aplikasi Mesin pendingin SKU hybrid pada ruangan ... 26

Gambar 2.6 Diagram pH siklus kompresi uap hybrid ... 26

Gambar 3.1 Hobo Micro Station Data Logger ... 35

Gambar 3.2 Agilent dengan termokopel tipe T dan K ... 36

Gambar 3.3 Pengambilan data temperatur kondensor ... 39

Gambar 3.4 Diagram Alir Proses Pengerjaan Tugas Akhir ... 40

Gambar 4.1 Grafik udara lingkungan tanggal 04 Oktober 2011 ... 48

Gambar 4.2 Grafik temperatur kondensor tanggal 04 Oktober 2011 ... 49

Gambar 4.3 Grafik udara lingkungan tanggal 05 Oktober ... 49

Gambar 4.4 Grafik temperatur kondensor tanggal 05 Oktober 2011 ... 50

Gambar 4.5 Grafik udara lingkungan tanggal 07 Oktober 2011 ... 50

Gambar 4.6 Grafik temperatur kondensor tanggal 07 Oktober 2011 ... 51

Gambar 4.7 Grafik udara lingkungan tanggal 08 Oktober 2011 ... 51

Gambar 4.8 Grafik temperatur kondensor tanggal 08 Oktober 2011 ... 52

(10)

Gambar 4.10 Grafik pipa di tengah kondensor ... 56

Gambar 4.11 Grafik pipa katub ekspansi ... 59

Gambar 4.12 Grafik hembusan kipas kondensor ... 61

(11)

DAFTAR SIMBOL

A Luas total (m2)

C Kapasitas kecepatan (Kw / K), perbandingan Kapasitas kecepatan

Cmin/Cmax

Cp Panas spesifik (Kj/kg/K)

COP Koefisien Performansi

DP Penurunan tekanan total (kPa)

DPH Penurunan tekanan sisi tinggi (kPa)

DPL Penurunan tekanan sisi rendah (kPa)

DSH Derajat Superheat (0C)

f fraksi

Grd Bilangan grashof

g gravitasi (m/s2)

h Enthalpy (Kj/Kg), koefisien perpindahan panas (Kw/m2/K)

hasr enthalpy udara saturasi dievaluasi pada temperature refrigerant (Kj /Kg)

ħaswm enthalpy udara saturasi dievaluasi pada temperature fil air rata-rata (Kj /Kg)

(12)

Le Bilangan Lewis

ṁ laju aliran massa (kg/s)

mw massa air didalam tangki air panas (kg)

N jumlah unit transfer

Nud Bilangan Nusselt

P tekanan refrigerant (kPa), daya (kW)

PCD Tekanan keluar kompresor (MPa)

PCS Tekanan masuk kompresor (MPa)

Pr Bilangan Prandtl

∆P Penurunan Tekanan (kPa)

q laju perpindahan panas (kW)

qhhtp laju penolakan panas dari koil pemanas dihitung dari perbedaan antara enthalpy masuk dankeluar bagian dua fasa (kW)

quhtp laju penolakan panas dari koil dalam permukaan dua fasa dievaluasi dari keseluruhan persamaan koefisien perpindahan panas (kW)

Ra Bilangan Rayleigh

t temperature (0C)

tatm temperature udara lingkungan (0C)

(13)

tws temperature air pada awal interval dalam satu menit (0C)

twb temperature udara bola basah (0C)

U koefisien perpindahan panas keseluruhan (Kw/m2/K)

Uww koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan basah berdasarkan perbedaan enthalpy (kg/m2/s)

w rasio kelembaban udara (kg air / udara kering)

w45 kerja masuk kompresor (Kj /Kg)

wswm rasio kelembaban udara dari udara jenuh yang dievaluasi pada rata-rata temperature film air (kg air / udara kering)

x kualitas refrigerant

Huruf Yunani

ß koefisien ekspansi thermal (K-1)

Ø Efisiensi sirip

Ɛ Efektivitas penukar panas

ηf Efisiensi motor listrik dari kompresor rotary

ηm Efisiensi mekanis dari kompresor rotary

μf Viskositas dynamis dari refrigerant jenuh (Pa.s) v Viskositas air (m2/s)

(14)

Subskrip

a udara, percepatan

as sisi udara

c kondensor, kondensasi

cap Tabung kapiler

comp kompresor

d Kelembaban, titik embun, kering

dsh Bagian desuperheating

e evaporator,penguapan

f Cair jenuh, gesekan

fin Sirip

g Uap jenuh

h Koil Pemanas

i sisimasuk, didalam

ll garis cair

m rata-rata

max maksimum

(15)

o sisi keluar, diluar

r refrigerant

rb belokan kembali

rc penerima

rs sisi refrigerant

sc bagian subcooled

sh bagian superheated

st Tabung lurus

t Tabung

tp Bagian dua fasa

w basah, air

(16)

ABSTRAK

(17)

ABSTRACT

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Dewasa ini, penggunaan mesin pengkondisian udara semakin marak sejak pertama kali ditemukan oleh Carrier pada tahun 1902. Teknologi mesin pengkondisian udara telah berkembang pesat sejak saat itu, dan mengalami perbaikan dari waktu ke waktu. Berbagai system pengkondisian udara telah dikembangkan mulai dari direct ekspansion sampai water chiller dan telah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia saat ini(Ambarita,2010).

Manusia dapat diibaratkan seperti motor bakar, manusia harus mengeluarkan panas yang dihasilkannya sebagai akibat dari kerja yang dilakukannya. Jika panas tersebut tidak dapat keluar dari badan manusia, misalnya karena temperatur dan kondisi udara di sekelilingnya tidak memungkinkan hal tersebut untuk terjadi dengan baik, maka ia akan merasakan suatu keadaan yang tidak menyenangkan. Dan hasil penelitian tentang linkungan kerja menunjukan bahwa didalam ruang kerja yang berudara segar, karyawan dapat bekerja lebih baik dan jumlah kesalahan dapat dikurangi, sehingga effisiensi kerja dapat ditingkatkan.

New York 22 September 2009, Perdana Menteri Jepang saat itu, Yokio Hatoyama berpidato “Japan will aim to reduce its emissions by 25% by 2020, if compared to the 1990 level, consistent with what the science calls for in order to halt global warming”. Jepang akan mengurangi emisinya sampai 25% dibanding

(19)

emisi yang dikeluarkannya tahun 1990, sejalan dengan yang diminta dunia sains untuk menghentikan pemanasan global. Kalimat ini mendapat sambutan hangat dari para kepala negara yang berada di ruangan tersebut. Pada kesempatan berikutnya masih di momen yang sama, Presiden Perancis, Nicolas Sarkozy berkata: “We are the last generation that can take action, We have a choice of catastrophe or a solution. Rarely has a choice been so crucial for the future of mankind…For the first time, we have to decide, not for our countries, not for our regions, not even for our continents, we have to decide for the planet”.

Kedua kutipan pidato ini menggambarkan bahwa masalah pemanasan global, yang awalnya hanya topik riset di kalangan ilmuwan, telah memasuki

domain utama para kepala negara di dunia, atau telah setara dengan isu perang, ekonomi, dan issu-issu politik yang rumit. Seperti kata Presiden Sarkozy, untuk pertama kali, para pemimpin dunia harus memutuskan tidak untuk negaranya masing-masing, tidak untuk daerah, bahkan tidak untuk benua, tetapi untuk planet sebagai satu kesatuan. Pemanasan global adalah musuh bersama dan kita adalah generasi terakhir yang dapat melakukan aksi apakah memilih tragedi atau solusi.

Pemanasan global (global warming) adalah kenaikan suhu rata-rata permukaan bumi yang diakibatkan oleh tinginya kandungan gas-gas rumah kaca hasil dari pembakaran sumber energi berbasis fosil dan pembabatan hutan. Sejak dimulainya revolusi industri, umat manusia telah sangat tergantung kepada penggunaan sumber energi yang berasal dari fosil, selanjutnya di tulisan ini akan diistilahkan dengan energi fosil. Energi fosil termasuk minyak bumi, gas alam, dan batubara. Sebagai gambaran besarnya ketergantungan umat manusia terhadap energi fosil, Energy Information Administration (EIA), menyebutkan bahwa

(20)

selama tahun 2007, konsumsi energi global bersumber dari minyak bumi sebesar 36%, batubara 27.4%, dan gas alam 23.0%. Total penggunaan energi fosil ini adalah 86.4% dan sisanya dipasok oleh sumber energi lain seperti nuklir,

hydropower, geothermal, angin, surya dan lain-lain.

Sebagai gambaran, sejak Hatoyama mengucapkan pidato yang dikutip di awal tulisan ini, masyarakat Jepang bangga karena adanya keberanian pemerintahnya menetapkan batasan terukur, tetapi juga khawatir. Bagaimana tidak, mereka harus mengurangi konsumsi bahan bakar energi fosil yang akan membebani gerakan laju ekonominya dan dikhawatirkan akan berdampak pada jumlah exportnya. Sejak pidato itu diluncurkan, banyak program televisi yang mulai membahas langkah-langkah apa yang dilakukan untuk mencapai target pengurangan emisi 25% itu. Di dunia bisnis atau kerja, perusahaan-perusahaan mulai mengaudit penggunaan energinya supaya lebih efisien, salah satu contohnya para pekerja lebih disarankan untuk tidak memakai dasi di musim panas, demi mengurangi beban pendinginan. Para ibu rumah tangga juga turut menjadi sasaran tembak program ini. Para ibu diminta untuk menggunakan energi di rumah dengan lebih efisien, bahkan jam menonton televisi pun disarankan untuk dikurangi beberapa jam per hari. Di dunia riset dan perguruan tinggi, pencarian sumber-sumber energi alternatif mendapat dukungan penuh. Di industri otomotif, pabrikan penguasa pasar dunia seperti Toyota dan Honda bertarung habis-habisan untuk menghasilkan mobil yang paling hemat energi dan mobil hybrid. Dengan kata lain semua sektor-sektor tempat-tempat penggunaan energi ditata ulang dan pencarian energi alternatif lebih digalakkan.

(21)

Kondisi Indonesia, tidak jauh berbeda dengan kondisi global saat ini. Sumber utama energinya masih disuplai oleh energi fosil. Sementara, efisiensi konversi dan penggunaan energi fosil masih rendah. Menurut laporan statistik yang dikeluarkan oleh BP, total konsumsi energi Indonesia selama tahun 2007 adalah sebesar 5,18 EJ. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) menyebutkan konsumsi energi ini berasal dari energi fosil sebesar 95%,

hidropower 3,4%, panas bumi 1,4%, lainnya 0,2% (data tahun 2003). Komposisi ini dengan jelas menunjukkan ketergantungan yang sangat tinggi pada energi fosil. Perbedaan utama permasalahan enegi yang dihadapi pemerintah Indonesia adalah ketergantungan yang besar kepada minyak bumi. Pemerintah, pada saat ini fokus pada usaha untuk mengurangi ketergantungan ini. Efisiensi energi di Indonesia juga sangat buruk. Menurut data, nilai elastisitas energi yang diolah oleh ESDM dari BP, Indonesia berada pada angka 1,84, idealnya angka ini dibawah 1. Elastisitas energi adalah perbandingan antara pertumbuhan konsumsi energi dengan pertumbuhan ekonomi. Jika nilai elastisitas energi suatu negara semakin tinggi, berarti pemakaian energi semakin tidak efisien. Sebagai perbandingan elastisitas energi beberapa negara adalah sebagai berikut: Malaysia 1,69, Thailand 1,16, Singapura 0,73, Jepang 0,1. Kesimpulannya perlu usaha yang serius untuk mengurangi nilai elastisitas energi ini.

Pemerintah Indonesia mempunyai komitmen yang jelas untuk mengelola konsumsi energinya agar lebih bersahabat dengan lingkungan. Komitmen ini dapat dilihat dari pidato Presiden Yudhoyono pada suatu pertemuan internasional tentang lingkungan di Nusa Dua Bali, pada Februari 2010. Bahwa Indonesia berkomitmen mengurangi emisi karbonnya sampai 26% pada tahun 2020. Sudah

(22)

banyak kebijakan yang dibuat oleh pemerintah Indonesia yang tujuannya meningkatkan penggunaan sumber energi terbarukan dan menggunakan energi dari fosil dengan lebih efisien. Departemen Teknik Mesin USU, merasa terpanggil untuk ikut berpartisipasi dalam mensukseskan kebijakan pemerintah ini. Sebagai bentuk tanggung jawab, di DTM telah ada satu group riset yang disebut dengan

Sustainable Energy Research group. Tujuan dari group ini didirikan adalah untuk membuat arah riset lebih fokus, sehingga tujuan lebih mudah untuk dicapai.

Salah satu titik penggunan energi yang cukup besar di Indonesia adalah penggunaan energi listrik untuk penggerak sistem pengkondisian udara atau AC. Di masa yang akan datang diyakini akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya taraf hidup masyarakat dan pemanasan global yang telah berlangsung. Untuk menggambarkan berapa besar penggunaan energi listrik untuk AC di Indonesia, belum ditemukan laporan yang cukup lengkap. Tetapi sebagai pembanding, dapat digunakan data-data yang didapat dari beberapa tulisan berikut.

Ikatan Ahli Fisika Bangunan Indonesia melakukan survey pada 500 bangunan komesial dan hanya 10% bangunan yang mengkonsumsi energi listrik sesuai standard nasional untuk bangunan komersial yaitu 246 kWh/m2/tahun. Dari angka ini diperkirakan 72% digunakan untuk AC sistem sentral. Menurut Soegijanto (1993), konsumsi energi listrik terbesar dalam suatu bangunan adalah operasional untuk AC yang dapat mencapai 42,5% kebutuhan listrik. Dan dalam suatu tulisan di majalah konstruksi, disebutkan untuk tata udara ruang suatu gedung (termasuk AC) dibutuhkan energi listrik sebesar 55 % – 65 %. Meskipun angkanya cukup bervariasi tetapi fakta-fakta ini menunjukkan kebutuhan listrik

(23)

untuk AC sangatlah besar. Oleh karena itu tindakan penghematan energi pada penggunaan AC sangatlah penting untuk penghematan energi dan mengurangi emisi karbon.

1.2Tujuan Penelitian 1.2.1 Tujuan Umum

Tujuan umum penelitian ini adalah untuk merancang sebuah mesin pendingin yang bekerja berdasarkan siklus kompresi uap hybrid dimana panas buangan kondensor digunakan sebagai sumber tenaga untuk memanaskan air (water heater). Komponen-komponen utama siklus kompresi uap hybrid ini terdiri dari evaporator, kompresor, kondensor, dan water heater. Semua komponen ini akan dirancang, dipabrikasi, dan dirakit menjadi satu unit mesin pendingin, kemudian melakukan penelitian terhadap masing-masing komponen mesin pendingin.

1.2.2 Tujuan Khusus

Penelitian ini dikerjakan oleh satu tim yang terdiri dari empat orang, termasuk penulis. Secara khusus penulis bertanggung jawab pada perancangan, pabrikasi dan pengujian kondensor pada mesin Siklus Kompresi Uap Hybrid. Tujuan khusus penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan pemanas air terhadap kinerja kondensor untuk mengkondensasikan refrigeran.

1.3 Manfaat Penelitian

(24)

1. Pengembangan teknologi alternatif mesin pendingin yang dapat mendinginkan ruangan sekaligus dapat memanaskan air.

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

3. Menambah variasi siklus kompresi uap di Laboratorium Pendingin Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.

1.4Batasan Masalah

Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang dikaji dalam penulisan skripsi, maka perlu kiranya diberikan batasan masalah sebagai berikut :

1. Perhitungan beban kondensor setelah penambahan pemanas air pada daya kompresor 0,746 kW

2. Perancangan dimensi utama kondensor

3. Setelah pemasangan di ruangan, akan dilakukan pengujian dengan beberapa variasi yaitu tangki water heater tidak diisi air, diisi air setengah, diisi penuh, dan diisi penuh dan bersirkulasi

1.5 Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahai tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian yaitu:

HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN

(25)

ABSTRAK

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL

BAB I : PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang dari judul skripsi yang telah ditetapkan, tujuan, manfaat, batasan masalah, sistematika penulisan, dan metodologi penulisan skripsi.

BAB II : DASAR TEORI

Pada bab ini akan dibahas mengenai teori siklus kompresi uap, perancangan dimensi kondensor, serta perhitungan beban kondensor pada siklus kompresi uap hybrid. Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari : buku - buku pedoman, jurnal, paper, skripsi, e-mail, e-book, dan

enews.

BAB III: METODOLOGI

Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai langkah-langkah simulasi, pengolahan dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat.

BAB IV: ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh dari pengujian yang telah dilakukan.

(26)

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan skripsi dan saran-saran. DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

1.6Metodologi penulisan

Metodologi merupakan tahapan-tahapan pengerjaan dalam pengerjaan skripsi ini.

(27)

BAB II

STUDI LITERATUR 2.1 Sistem Refrigerasi

2.1.1 Pendahuluan

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu benda/ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan.Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan perpindahan panas.

Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Sistem refrigerasi mekanik

Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan alat mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi mekanik di antaranya adalah:

a. Siklus Kompresi Uap (SKU) b. Refrigerasi siklus udara

c. Kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah d. Siklus sterling

2. Sistem refrigerasi non mekanik

Berbeda dengan sistem refrigerasi mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi non mekanik di antaranya:

(28)

a. Refrigerasi termoelektrik b. Refrigerasi siklus absorbsi c. Refrigerasi steam jet d. Refrigerasi magnetic e. Heat pipe

Dewasa ini, penerapan siklus-siklus refrigerasi hampir meliputi seluruh aspek kehidupan kita sehari-hari.Industri refrigerasi dan tata udara telah berkembang sangat pesat dan sangat variatif, demi memenuhi kebutuhan pasar yang sangat bervariasi.

Pada daerah tropis seperti Indonesia, yang mempunyai temperatur dan kelembaban udara yang relatif tinggi, sistem pengkondisian udara didominasi dengan menurunkan temperatur dan kelembaban udara. Untuk melakukan tugas ini, digunakan siklus kompresi uap yang digerakkan oleh kompresor dan menggunakan listrik sebagai sumber utamanya. Pada dasarnya sistem ini mengkonsumsi energi relatif besar untuk menghasilkan udara dingin. Konsumsi ini akan terus meningkat dan jika dibiarkan terus akan ikut memberi andil yang cukup signfikan pada pemanasan global. Oleh karena itu perlu dicari cara mengurangi konsumsi listrik untuk pengkondisian udara di Indonesia.

Temperatur yang nyaman bagi manusia ini cukup relatif, seperti riset yang diadakan oleh Tri Harso Karyono (1998) di Indonesia dikatehui bahwa suku bangsa juga menyumbang perbedaan pada tingkat temperatur nyaman seseorang. Ini dapat dilihat pada tabel berikut.

(29)

Tabel 2.1 Temperatur netral/nyaman dari berbagai etnis di Indonesia [Tri Harso Karyono (1998)

Etnik Natural Temperatur

Ta To Teq

Aceh (n=6) 24.3 24.3 23.4

Tapanuli (n=23) 25.9 26.2 24.6

Minang (n=27) 26.9 27.4 25.7

Other Sumateran (n=16)

26.6 27.0 25.7

Betawi (n=23) 27.0 27.3 25.9

Sundanese(n=86) 26.4 26.6 25.0

Javanene (n=232) 26.4 26.4 25.2

Other Indonesian (n= 62)

26.9 27.4 26.2

2.1.2 Siklus Kompresi Uap

Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refigerasi, namun yang paling umum digunakan adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap.Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup expansi.

Kondensor

Kompresor

Evaporator

Katup expansi

1 2 3

(30)

Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigeran akan ‘menghisap’ panas dari lingkungan sehingga panas tersebut akan menguapkan refrigeran. Kemudian uap refrigeran akan dikompres oleh kompresor hingga mencapai tekanan kondensor, dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan dengan cara membuang panas dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian refrigeran akan kembali di teruskan ke dalam evaporator. Dalam diagram P-h siklus kompresi uap ideal dapat dilihat dalam gambar berikut ini.

(31)

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap seperti pada gambar 2.2 diatas adalah sebagai berikut:

a. Proses kompresi (1-2)

Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeranpada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

qw= h1– h2 (1)

dimana : qw = besarnya kerja kompresor (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

h2= entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

b. Proses kondensasi (2-3)

Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair. Besar panas per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:

(32)

qc = h2 – h3 (2)

dimana : qc = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)

h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

h3= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

c. Proses expansi (3-4)

Proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur, atau dapat dituliskan dengan:

h3 = h4 (3)

Proses penurunan tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.

d. Proses evaporasi (4-1)

Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap, seperti pada titik 4 dari gambar 2.2 diatas.

(33)

Qe = h1 – h4 (4)

dimana : qe= besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)

h4= entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

Selanjutnya, refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan bersirkulasi lagi.Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.Untuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel sifat-sifat refrigeran. Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigerant yang sering dipakai di Indonesia, didapat nilai COP(Coefficient of Performance)

sebagai fungsi temperatur kondensasi ditampilkan pada Tabel 2.1

Tabel 2.2 Nilai COP dari beberapa jenis refrigerant

T(oC) Refrigerant

40 45 50 55 60 65 70

R12 5,58 4,75 4,21 3,65 3,22 2,84 2,48

R600 5,08 4,34 3,69 3,18 2,77 2,44 2,14 R134a 4,92 5,05 3,92 3,34 2,90 2,54 2,18

R22 5,47 4,75 4,98 3,97 3,26 2,78 2,44

2.2 Kondensor 2.2.1 Pendahuluan

Kondensor adalah APK (Alat Penukar Kalor) yang berfungsi mengubah fasa refrigeran dari kondisi superheat menjadi cair, bahkan kadang sampai kondisi

(34)

subcooled. Untuk mengingatkan kembali, ingat lagi diagram Ph, tugas dari kondensor adalah mengantar refrigeran dari titik 2 (setelah melalui kompressor) sampai ke titik 3 (sebelum masuk ke katup expansi). Proses ini adalah proses membuang panas pada tempertur kondensasi, Tc yang diasumsikan konstan. Medium pendingin yang biasa digunakan untuk melakukan tugas ini adalah udara lingkungan, air, atau gabungan keduanya. Masing-masing medium ini mempunyai kelebihan dan kekurangan. Pembagian kondensor berdasarkan medium yang digunakan dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu:

1. Kondensor berpendingin udara, 2. Kondensor berpendingin air, dan

3. Kondensor berpendingin gabungan (Evaporative Condenser).

Jika medium yang digunakan adalah udara, kelebihannya adalah tidak diperlukan pipa untuk mengalirkannya dan tidak perlu repot untuk membuangnya karena setelah menyerap panas bisa langsung dilepas ke udara lingkungan. Kelemahannya, udara tidak mempunyai sifat membawa dan menghantar panas yang baik. Oleh karena itu diperlukan usaha yang lebih untuk mengalirkan lebih banyak udara. Bisa dipastikan kondensor dengan medium pendingin udara umumnya digunakan pada siklus refrigerasi dengan kapasitas pendinginan yang kecil. Sementara jika medium pendigin yang digunakan adalah air, kelebihannya adalah air mempunyai sifat membawa dan memindahkan panas yang jauh lebih baik daripada air. Oleh karena itu tidak dibutuhkan peralatan yang besar untuk proses perpindahan panas. Tetapi air tidak boleh dibuang begitu saja ke lingkungan. Misalnya setelah digunakan sebagai pendingin kondensor air akan menjadi panas dan tidak bisa dibuang begitu saja ke sungai atau danau, bisa-bisa

(35)

terapung semua nanti ikan yang ada di situ. Untuk menghindari efek lingkungan ini, biasanya kondensor berpendingin air dilengkapi dengan cooling tower yang fungsinya mendinginkan air panas yang berasal dari kondensor dengan menjatuhkannya dari suatu ketinggian agar dapat didinginkan oleh udara. Oleh karena itu biaya awal kondensor berpendingin air ini biasanya lebih besar tetapi biaya operasionalnya lebih kecil, oleh karena itu sistem ini biasanya digunakan pada SKU dengan kapasitas besar. Pada evaporative kondensor air dan udara digunakan untuk mendinginkan kondensor. Air disiramkan ke pipa-pipa kondensor dan udara juga ditiupkan. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya penguapan di permukaan kondensor. Karena panas penguapan air sangat tinggi, dan ini diambil dari refigeran melalui dinding pipa maka jenis ini akan mempunyai koefisien perpindahan panas yang sangat baik. Hal-hal yang disebutkan di atas adalah salah satu perbedaan utama dari kondensor berpendingin air dan berpendingin udara. Perbedaan lain dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 2.3 perbandingan kondensor berpendingin udara dan air (Himsar Ambarita,2011)

Parameter Pendingin Udara Pendingin Air Temperatur,Tc-Tpendingin 6 s/d 220C 6 s/d 120C

Laju aliran pendingin per TR 12 s/d 20 m3/menit 0,007 s/d 0,02m3/menit Luas perpindahan panas per

10 s/d 15 m2 0,5 s/d 1 m2

Kwecepata fluida pendingin 2,5 s/d 6 m/s 2 s/d 3 m/s Daya pompa/blower per TR 75 s/d 100 W Kecil

(36)

TR = ton of refrigerasi (beban di evaporator) 1 TR = 3,5 kW

2.2.2 Analisis kondensor

Pada kondensorlah sebenarnya diaplikasikan semua ilmu perpindahan panas. Pada dasarnya sangat banyak variasi kondensor yang mungkin jika dilihat berdasarkan jenis fluida pendinginnya, metode perpindahan panasnya, dan konfigurasi bidang perpindahan panasnya. Untuk memberikan gambaran bagaimana merancang sebuah kondensor pada sebuah siklus pendingin, maka dilakukan pembahasan pada kondensor yang berpendingin air dan jenisnya adalah APK shell-and-tube heat exchanger (biasanya diterjemahkan sebagai APK pipa-cangkang). Pada APK ini, air pendingin mengalir di dalam tabung dan uap refrigeran mengalir di luar tabung dan masih di dalam shell. Konfigurasi aliran fluida pada APK ini ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut ini. Pada gambar juga ditampilkan profil temperatur kedua fluida yang diidealkan.

(37)

(b)

Gambar 2.3. (a) shell and tube heat exchanger sebagai kondensor (b) Profil temperatur kedua Fluida yang di idealkan.(Ambarita,2011)

Laju perpindahan panas pada refrigeran dan air pendingin dapat dihitung dengang persamaan berikut:

( 3) .

2 h

h m

Q_T = _r − (5)

)

( ,

,o wi

w P W

W m c T T

Q = − (6)

Dimana h adalah entalpi refrigeran (dari diagram Ph) dan cp adalah kapasitas panas air. Laju perpindahan panas dari refrigeran ke air jika dihitung berdasarkan luas bidang perpindahan panas di sisi luar pipa Ao, adalah:

LMTD A

(38)

Dimana LMTD adalah perbedaan temperatur rata-rata logaritmik (Log Mean Temperature Difference). Untuk kasus kondensor yang profil temperaturnya diidealkan seperti pada Gambar (2.4) dapat dihitung dengan persamaan:

0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 ln 1 1 h R k r r r R r r h r r u f i o

fi + +

      + + = (8)

Dimana r0 dan riadalah jari-jari permukaan dalam dan luar pipa yang digunakan,

Rfi dan Rf0 tahanan termal akibat kerak pada permukaan dalam dan luar pipa, hi dan h0 koefisien konveksi di permukaan dalam dan luar pipa, dan k adalah koefisien konduksi bahan pipa. Dari semua parameter di persamaan (8) hidan h0 adalah besaran yang harus dicari dan mempunyai banyak sekali syarat untuk menghitungnya. Misalnya jenis fluida, regime aliran (apakah laminar atau turbulent, ditentukan dengan menggunakan bilangan Reynolds). Karena pada bab ini yang dibahas secara spesifik adalah air yang mengalir di dalam pipa, maka koefisien konveksi di dalam pipa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Dittus-Boelter: i w i d k x h 0,8 0,4

Pr Re 023 , 0 = (9)

Simbol f (kecil) pada semua persamaan ini menyatakan sifat refrigeran pada saat cair. N jumlah pipa kondensor tiap baris, fg h entalpi perubahan fasa (entalpi uap – entalpi cair jenuh) refrigeran. ∆T = Tc −Tx adalah perbedaan temperatur kondensasi dan temperatur permukaan luar pipa. Semua sifat pada fluida ini dievaluasi pada temperatur film, yaitu temperatur = (Tw+Tc)/2 .

(39)

2.3 Siklus Kompresi Uap dengan Water Heater

Di negara-negara tropis seperti Indonesia, AC type split ukuran kecil umumnya digunakan pada perumahan dan bangunan komersial. Dalam perusahaan, pemanas air listrik sering digunakan untuk menghasilkan air panas. Keduanya AC dan pemanas air listrik pada umumnya mengkonsumsi banyak energi pada suatu bangunan. Jumlah dari AC dan pemanas air listrik telah meningkat selama bertahun-tahun, dan ini menimbulkan masalah serius pada negara yang sangat tergantung pada energi yang dihasilkan. Panas buang dari AC dapat digunakan untuk menghasilkan air panas. Manfaat dari melakukan hal ini adalah dua kali lipat. salah satunya adalah pemanfaatan untuk sebuah pemanas air listrik, dan yang lainnya adalah penghematan energi listrik jika tidak digunakan dalam pemanas air listrik. Hal Ini dapat dicapai dan fungsi dari AC untuk pendinginan tetap dipertahankan.

Saat ini, pemanas air menggunakan panas buang dari pendingin udara tipe split kecil yang banyak tersedia di Indonesia dan umumnya dibuat khusus untuk kebutuhan pengguna. Meskipun AC Split dengan pemanas air berhasil digunakan, kinerja mereka dan desain sistem untuk aplikasi di Indonesia belum sepenuhnya diselidiki, terutama ketika pendinginan dan efek pemanasan diperlukan. Studi pompa panas pemanas air yang beroperasi di negara-negara subtropis dan dingin telah muncul dalam literatur. Beberapa karya tersebut termasuk orang-orang Ji et al. (2003) dan Baek dkk.(2005).

Pompa panas dan model AC telah banyak dipelajari. Pompa panas model komputer pertama dikembangkan oleh Hiller dan Glicksman (1976). Sejumlah model telah dikembangkan dan digunakan oleh para peneliti dan produsen. Ada

(40)

juga model kepemilikan yang tidak tersedia untuk diperiksa di literatur. Beberapa pompa panas model yang tersedia melalui literatur terbuka adalah model MARKIII yang dikembangkan di laboratorium nasional oleh Fischer dkk (1988), model HPSIM dikembangkan di NBS oleh Domanski dan Didion (1983) dan Model pompa panas pengeringan gabah lainnya oleh Theerakulpisut (1990). Semua model ini adalah dari udara ke udara panas pompa. System pemodelan (RACMOD) pada ruangan ber AC yang dikembangkan oleh Mullen (1994) juga tersedia. Model ini didasarkan pada persamaan yang Diatur model pompa panas ORNL yang dikembangkan oleh Fisher dan Rice (1983) dan dimodifikasi oleh O'Neal dan Penson(1988).

Semua model pompa panas dan AC digunakan untuk mempelajari fenomena perpindahan panas antar udara. Tidak ada model percobaan diatas dibuat untuk mempelajari kasus di mana panas buang harus di recover dari sistem AC. Ini adalah keuntungan besar untuk memahami pengaruh dari penambahan pemanas air ke dalam sistem yang melakukan tugas ganda yaitu pendinginan dan pemanasan.

Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk membangun sebuah model matematika pada sebuah AC sekaligus sebagai pemanas air untuk tujuan studi sistem. Hal ini diharapkan bahwa model ini akan cukup akurat untuk mempelajari kinerja sistem saat ini dan dirancang untuk melakukan tugas tambahan pemanas air di samping sebagai alat pendinginaan. Studi parametrik dari sistem juga dapat dilakukan untuk memahami parameter utama yang akan mempengaruhi kinerja sistem. Model ini akan divalidasi dengan melakukan eksperimen untuk memastikan bahwa hal itu dapat digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan.

(41)

Model ini dikembangkan dari Model Theerakulpisut (1990). Perbedaan antara model dan ini Theerakulpisut Model terletak pada fakta bahwa Model Theerakulpisut itu berisi kompresor reciprocating dan submodels katup ekspansi termostatik, sedangkan penelitian ini mengusulkan untuk pemodelan sistem yang menggunakan kompresor rotary dan tabung kapiler. Sebagai hasil dari dimasukkannya tangki air panas antara kompresor dan kondensor, program komputer penelitian ini juga lebih rumit karena kondisi refrigeran pada kondensor inlet dapat superheated, dua fase atau subcooled. Pemodelan sistem berikutnya diuraikan.

Water heater di letakan di antara setelah bagian kompresor dan sebelum kondensor karena proses pemanasan air pada water heater tersebut menggunakan panas buangan dari kondensor dimana pada umumnya suhu Freon yang keluar dari kompresor AC dibuang pada kondensor.

Dengan adanya water heater, aliran panas itu dibelokkan dulu kedalam tangki air dingin sebelum masuk ke kondensor terjadi kontak perpindahan panas dari pipa AC dan air di dalam tangki. Pipa AC yang keluar dari kompresor langsung di alirkan dahulu ke dalam heat exchanger berupa pipa spiral dalam tangki dan air yang semula dingin pun memanas, begitupula sebaliknya suhu Freon yang panas menurun, setelah melewati pipa spiral dalam tangki barulah kemudian pipa AC kembali diarahkan ke kondensor. Untuk memperoleh air panas AC harus menyala dulu, bila ingin mendapat air panas pagi hari, AC dinyalakan malam sebelumnya minimal 3 jam.

(42)

Adapun manfaat dari water heater adalah:  Hemat Uang

 Daya Tahan lebih lama  Aman

 Air panas yang diperoleh stabil.

Gambar 2.4.Mesin Pendingin siklus kompresi uap hybrid (Ambarita,2010)

(43)

Gambar 2.5 Aplikasi mesin pendingin SKU hibrid pada ruangan

Gambar 2.6. Diagram P-h siklus kompresi uap hybrid (Ambarita,2010)

(44)

Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap hybrid seperti pada gambar 2.5 diatas adalah sebagai berikut:

1-1’= proses berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh cairan refrigerant yang bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigerant saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap.

1’-2= proses berlangsung di antara evaporator dan compressor, dimana tekanan konstan (isobar).

2-3= proses berlangsung dilakukan oleh compressor dan berlangsung secara isentropik adibatik. Kondisi awal refrigerant pada saat masuk ke dalam compressor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigerant akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropic, maka temperature ke luar kompresor pun meningkat.

3-4= proses ini berlangsung di dalam water heater dalam kondisi superheat. Dimana uap refrigerant dari kompressor akan di kompres hingga mencapai tekanan kondensor.

4-.5= proses ini berlangsung di dalam water heater dalam kondisi superheat. dimana panas refrigerant yang telah di kompres oleh compressor dibelokkan ke dalam koil pemanas di dalam tangki sebelum masuk ke dalam kondensor.

(45)

5-6= proses berlangsung di antara water heater dan kondensor dengan tekanan konstan (isobar). Dimana panas refrigerant sudah menurun, karena sudah diserap oleh air di dalam tangki water heater.

6-.7=Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dalam kondisi superheat yang berasal dari water heater akan membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair.

7-8= proses berlangsung di antara kondensor ke katup expansi, dimana tekanan dan temperature sudah menurun.

8-9= proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini tidak terjadi perubahan entalpi tetapi tejadi drop tekanan dan penurunan temperatur.

9-1= proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan,

temperature konstan) di dalam evaporator. Dimana panas dari lingkungan akan di serap oleh cairan refrigerant yang bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekan rendah. Kondisi refrigerant saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap.

Skema dari sistem pendingin udara sekaligus pemanas air yang diuraikan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar.2.4, dan siklus operasi ditunjukkan pada Gambar. 2.6 Sistem terdiri dari komponen utama dari AC, yaitu kompresor, evaporator, kondensor, tabung kapiler dan penerima dan pemanas air tambahan

(46)

yang juga berfungsi sebagai tangki penyimpanan air. Perlu dicatat bahwa selama operasi normal, air panas diharapkan akan ditarik dari tangki, dan tangki disuplai dengan air. Pada tahap penelitian, diasumsikan bahwa air tidak ditarik dari tangki. Namun, model ini akan diperpanjang untuk menutupi daerah di mana air panas ditarik dari tangki. Model matematika dari setiap komponen dapat dijelaskan sebagai berikut.

2.3.1. Tabung kapiler dan model kompresor

Model tabung kapiler dikutip dari persamaan ASHRAE (1997). Dalam metode ini, teorema pi Buckingham diaplikasikan pada faktor fisik dan sifat cairan yang mempengaruhi aliran pada pipa kapiler. Hasil dari analisis ini adalah sebuah kelompok terminology pi dengan dimensi delapan.

Proses dalam tabung kapiler dianggap adiabatik. Kondisi pada saat refrigerant masuk dapat subcooled atau campuran cairan dan uap. Efek melingkar tabung kapiler akan dihitung. Koil dari tabung kapiler akan mengurangi laju aliran massa refrigeran sebesar 5% bila dibandingkan dengan tabung lurus (1996). Oleh karena itu, persamaan terminology pi dengan dimensi delapan dikalikan dengan 0,95 seperti yang ditunjukkan pada Persamaan. (10). Prosedur untuk menentukan

π8 dapat ditemukan di ASHRAE (1997). f

cap cap

r d

m _, = 0,95

π

₈

µ

(10) Model kompresor diperoleh dengan kurva data fitting produsen (Siam Compressor Industry Co.,2002) untuk memberikan Persamaan. (11) untuk laju aliran massa efrigeran dan Persamaan. (12) untuk daya input kompresor

(47)

[

_t

m

rcop tc c e

2 , . 0069 . 0 31674 . 1 12950 . 130 3600

1 ₋ ₊

(

_t

)

_t

2 00194 . 0 23284 . 0 90989 .

9 − −

(

_t

_c2

)

]

015 00 . 0 01524 . 0 43826 .

0 − −

(11)

[

_t

comp t

P 389.81950 9.84761 0.06207 2

1000

1 ₊ ₊

(

_t

)

_t

2 332 00 . 0 63628 . 0 09224 .

18 + −

− +

(

_t

_c2

)

]

068 00 . 0 06466 . 0 37331 .

1 − −

(12)

Persamaan (11) digunakan untuk menghitung laju aliran massa refrigeran untuk membandingkan dengan nilai yang diperoleh dari Persamaan. (12) sampai kesepakatan dalam toleransi yang ditentukan tercapai. Daya Input refrigeran selama proses kompresi (w45) dapat dihitung dari Persamaan. (13). Efisiensi

kompresor rotari diberikan oleh Ozu dan Itami (1981), efisiensi mekanik (ɳm) dan efisiensi motor listrik (ɳf) keduanya direkomendasikan menjadi 0,85.

η

. 45

m

p

W

=

m f comp

(13)

Kemudian, entalpi refrigeran pada pintu keluar kompresor (h5) dapat dihitung dari

s h h

h = ₄ + ₄

(14) dimana entalpi refrigeran pada saluran masuk kompresor (h4) ditentukan dari

(48)

2.3.2 Model kondensor

Model kondensor terdiri dari banyak persamaan. Sejauh ini cukup rumit, persamaan itu tidak semua akan disajikan di sini dan hanya persamaan utama yang akan dijelaskan. Perpindahan panas pada kondensor dimodelkan menggunakan metode NTU-e. Daerah Perpindahan panas pada kondensor dibagi menjadi tiga zona, yaitu desuperheating, dua fase dan zona subcooled. Setelah melalui pemanas air,kondisi refrigeran masuk kondenser superheated, dua fase atau subcooled. Strategi Pemodelan kondensor adalah sebagai berikut.

a. Zona Desuperheating

Jika kondisi refrigeran pada sisi masuk kondensor adalah superheated, bagian dari daerah kondensor berada dalam zona desuperheating. Metode Newton-Raphson digunakan untuk memecahkan persamaan. (10) untuk jumlah unit transfer (Ndsh), dan desuperheating (fdsh) dihitung dari Persamaan. (16).

Keseluruhan koefisien perpindahan panas di zona desuperheating (Udsh) dihitung

dengan Persamaan. (17), sedangkan efisiensi sirip (θ) dievaluasi dari persamaan yang digunakan oleh Charters dan Theerakulpisut (1989). koefisien perpindahan Panas refrigeran (hrs) dihitung dari terkenal Dittus-Boelter persamaan, dan sisi

udara koefisien perpindahan panas (telah) persamaan dihitung dari persamaan Webb (1990),

(

)

(

)

[

(

)

]

_      − − − = − − 1 exp exp

1 0.78

22 . 0 8 min 8 dsh dsh aci c rdsh _CN C t t C t t C

N

(15) c dsh dsh dsh A U C N

f = min

(49)

(

)

as fin to as rs ti C dsh h A A h h A A u 1 1 1 +       ₊       − + = φ φ (17)

Laju perpindahan panas pada bagian desuperheating (qdsh) dan suhu udara keluar

di zona desuperheating, yang sama dengan suhu udara inlet pada dua fasa (tatpi)

dihitung dari Pers. (18) dan (19), yaitu : ) (₈ c r dsh C t t

q = −

(18) a dsh aci atpi

_C

q

t

=

+

(19)

b. Zona Dua fase

Metode perhitungannya sama dengan yang ada di zona The

desuperheating, tetapi koefisien perpindahan panas pada refrigerant di wilayah dua fasa dievaluasi dari persamaan yang diusulkan oleh Traviss dkk.(1973). Prosedur untuk menghitung fraksi dua tahap adalah sebagai berikut:

tp N tp

e

−

=

1 ε

(20)

(

)

(

)

(

c atpi

)

atpi atpo atpi c atpi atpo a tp t t t t t t C t t C − − = − − = min ε (21) c tp tp

_A

A

f

=

(22) a c tp tp tp tp tp C A f U C A U

N = =

min (23)

(50)

        − − = atpo c atpi c c tp a tp t t t t A u c f ln (24)

Perhitungan (ftp) oleh Pers. (24) membutuhkan (tatpo), yang dapat dihitung dari

pers. a fg r atpi atpo _C h t t

m

. + = (25) Perhatikan bahwa persamaan (25) ini hanya berlaku jika refrigeran masuk ke dalam tahap dua fase sebagai uap jenuh dan keluar sebagai cair jenuh. Laju perpindahan panas untuk bagian dua fasa dapat dihitung dengan pers.

fg r tp

m

h

q

=

(26) Zona subcooled mungkin tetap berada di kondensor, dan fraksi subcooled (fsc)

dapat dihitung dari

(

)

, 1

1− + + ≤

= _tp _dsh _tp _dsh

sc f f f f

(27) Atau f_sc = f_tp + f_dsh >1

(28) Jika zona subcooled tidak ada,maka i.e Fsc = 0, fraksi dua fase harus ditentukan

dari

dsh sc

f

=

1 −

(29) dan laju perpindahan panas dari pers ,

(

c atpi

)

c

t

q

=

ε

_min

−

(30) Suhu udara keluar pada dua fasa (tatpo), ,dihitung dari pers.

a tp atpi atpo

c

q

t

=

+

(51)

c. Subcooled zona

Jika fraksi subcooled lebih besar dari nol, perpindahan panas untuk wilayah subcooled dalam kondensor dievaluasi dari persamaan berikut. Prosedur perhitungan hampir mirip dengan bagian desuperheating.

min

c A f U

N sc sc c

sc = ₍₃₂₎

(

)

[

]

      − − −

=1 exp exp 0.78 1

22 . 0 scv sc sc CN C N ε (33)

(

)

rsc atpo c sc c c t t c t

t₉ = −ε min −

(34)

Catatan Bahwa keseluruhan koefisien perpindahan panas dalam zona

subcooled (Usc) sama dengan Persamaan. (18) Digunakan untuk mengevaluasi

Udsh. Laju perpindahan panas untuk zona subcooled dapat dihitung dari pers.

(

t t9

)

q_sc = _rsc _c −

(35)

dan suhu udara keluar kondensor,

a sc atpo aco c q t

t = +

(36)

Total laju perpindahan panas pada kondensor diperoleh dari jumlah laju perpindahan panas dari tiga zona.

sc tp dsh

c q q q

q = + +

(52)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat penelitian

Tempat penelitian dilakukan di beberapa tempat, yaitu Hotel Sapadia Siantar, Hotel Danau Toba Internasional, RS Columbia Asia dan Laboratorium Pendingin Departemen Teknik Mesin, FT-USU.

3.1.2 Waktu Penelitian

Waktu Penelitian dimulai tanggal 01 Juli – 08 Oktober 2011 3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan

Penelitian ini akan menggunakan bahan-bahan untuk pengukuran dan beberapa alat seperti alat produksi dan alat ukur.

3.2.1 Alat

Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1. Alat ukur temperatur udara, kecepatan angin, intensitas cahaya dan kelembaban (Station data logger HOBO Micro Station)

(53)

Dengan spesifikasi :

a. Skala Pengoperasian : 200 – 500C dengan baterai alkalin 400 – 700C dengan baterai litium

b. Input Sensor : 3 buah sensor pintar multi channel monitoring

c. Ukuran : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm

d. Berat : 0,36 kg

e. Memori : 512Kb Penyimpanan data nonvolatile flash.

f. Interval Pengukuran : 1 detik – 18 jam (tergantung pengguna) g. Akurasi waktu : 0 - 2 detik

2. Alat ukur temperatur / termokopel (AGILENT)

Gambar 3.2 Agilent dengan termokopel tipe T dan K

Spesifikasi :

a. Daya 35 Watt

b. Jumlah saluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 volt

(54)

e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol

g. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, RTD dan termistor, arus listrik AC

3.2.2 Bahan

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : a. Kabel termokopel

b. Pipa pembungkus (PVC 1,5 inch) c. Perekat

d. Dll

3.3 Variabel Riset

Adapun variabel input dari pengujian yang akan dianalisa antara lain adalah sebagai berikut :

a. Temperatur evaporator dan kondensor b. Temperatur ruangan

Di mana akan dihasilkan data simulasi berupa variabel output yang diharapkan, yaitu :

a. Kerja kompresor b. Beban pendingin c. COP

d. Dimensi kondensor 3.4 Set-up Pengujian

Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini sesuai dengan tanggung jawab penulis adalah bidang perhitungan beban kondensor dan pengujian pendinginan

(55)

kondensor dengan media udara dan air yang dikombinasikan dengan siklus kompresi uap. Penulis menghitung secara analitik pengaruh perubahan temperatur kondensor terhadap kerja kompresor, beban pendingin maksimum yang dapat dilayani, COP siklus, dan dimensi kondensor minimum yang dapat diperoleh.

Penulis memulai skripsi ini dengan mencari referensi yang sesuai. Lalu dilakukan proses pengumpulan data yang berkaitan seperti temperatur udara harian, intensitas cahaya, kecepatan angin, dan kelembaban udara menggunakan alat Station data logger HOBO Micro Station selama 3 bulan. Setelah itu diambil juga data temperatur kondensor dari tidak menggunakan air, setengah pengisian air, serta pengisian air penuh dengan menggunakan alat ukur temperatur dan termokopel Agilent. Proses dilanjutkan dengan perhitungan analitik dan membuat perbandingan temperatur kondnsor tiap titik termokopel saat water heater bekerja maupun tidak bekerja

Salah satu gambar pengambilan data temperatur kondensor dan diagram alir proses pengerjaan skripsi ini dapat dilihat pada gambar 3.3 dan 3.4 berikut.

(56)

(57)

Gambar 3.4 Diagram Alir Proses Pengerjaan Skripsi Ya

Tidak

Mulai _LiteraturStudi Buku referensi, _{jurnal, paper,}

internet,dll

Perhitungan beban kondensor Pengambilan data temperatur kondensor

Analisa Data

Kesimpulan

Selesai Perhitungan analitik pengaruh perubahan temperatur kondensor

Perhitungan temperatur kondensor dengan air tangki setengah penuh

Pengambilan data temperatur udara harian, intensitas cahaya, kecepatan

angin, dan kelembaban udara

Pennghitungan dimensi kondensor

Perlu modifikasi?

Perhitungan temperatur kondensor dimana water heater tidak bekerja

Perhitungan temperatur kondensor dengan air tangki penuh

Perhitungan temperatur kondensor dengan air tangki penuh dan bersirkulasi

(58)

BAB IV

ANALISA DATA

4.1 Perhitungan dimensi utama kondensor

Dari data yang diperoleh dalam perancangan kapasitas pendingin di ruangan yang terdapat di Gedung Pascasarjana Departemen Teknik Mesin, FT-USU lantai 2 sebesar 5,12 kW dan daya kompresor yang digunakan sebesar 0,746 kW, maka dirancang dimensi utama dari kondensor yang akan digunakan sebagai pendingin refrigeran. Dimensi utama dari kondensor adalah perhitungan panjang pipa tembaga. Untuk mencari panjang pipa tembaga, terlebih dahulu dicari luas dari pipa tembaga dengan menggunakan persamaan (7).

Kondensor yang akan dirancang menggunakan refrigeran R22 dengan berpendingin udara. Udara yang digunakan sebagai media pendingin adalah udara lingkungan dengan suhu 30oC dan direncanakan keluar dari APK adalah 35oC. Pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 6,4 mm dan diasumsikan pipa tembaga sangat tipis. Dari suhu rata-rata sebesar 32,5oC, maka didapat sifat termofisika R22 (lampiran A) sebagai berikut :

• µf = 1,8 x 10-4 kg/ms

• kf = 0,779 W/mK

• ρf = 1118,9 kg/m3

• hfg = 160,9 kJ/kg

Sifat-sifat udara pada temperatur 32,5 oC

• ρu = 1,140 kg/m3

(59)

• µu = 1,331E-05 Ns/m2

• ku = 2,670E-02 W/mK

• Pru = 0,705

Langkah pertama dalam perancangan kondensor adalah menentukan nilai ho dan nilai hi sesuai dari data termofisika dari R22 dan udara.

Pada umumnya, bentuk penampang pipa adalah lingkaran. Ada kalanya penampang pipa bukan lingkaran, tetapi berbentuk lain seperti ellips, persegi 4, dll. Untuk pipa dengan penampang seperti ini, persamaan umum berikut dapat digunakan.

n m

CRe Pr

Nu= (38)

Syarat menggunakan persamaan ini adalah sifat fisik fluida dianalisa pada temperatur film. Konstanta C, m, dan n pada persamaan tersebut telah disusun oleh Zukauskas (1972) dan Jakob (1949), untuk masing-masing kasus ditampilkan pada Tabel 4.1 berikut,

(60)

Tabel 4.1. Persamaan bilangan Nu untuk pipa (Himsar Ambarita, 2011)

Penampang Syarat Re Nu

Fluida: Gas dan Cair

0,4 – 4 0,330 13

Pr Re 989 , 0 Nu=

4 – 40 0,335 13

Pr Re 911 , 0 Nu=

40 – 4000 0,466 13

Pr Re 683 , 0 Nu=

4000 – 40000 0,618 13

Pr Re 193 , 0 Nu= 40000 – 400000 3 1 805 , 0 Pr Re 027 , 0 Nu= Fluida: Gas 5000-100.000 0,675 13

Pr Re 102 , 0 Nu= D Fluida: Gas 5000 –

100.000 0,588 13

Pr Re 246 , 0 Nu= D Fluida: Gas 5000 –

100.000 0,638 13

Pr Re 153 , 0 Nu= D Fluida: Gas

5000 – 19.500

3 1 638 , 0 Pr Re 160 , 0 Nu= 19.500-100.000 3 1 782 , 0 Pr Re 0385 , 0 Nu= D Fluida: Gas 4000 – 15.000 0,731 13

Pr Re 228 , 0 Nu= D Fluida: Gas 2500 – 15.000 0,612 13

Pr Re 248 , 0 Nu=

(61)

Bilangan Reynold dan bilangan Nu akan didefenisikan dengan diagonal (D) sebagai pengganti panjang karakteristik. Maka defenisi bilangan Reynolds dan bilangan Nusselt menjadi:

µ ρUD

Re (39)

L hD

Nu= (40)

Dari sifat-sifat refrigeran dan udara yang telah didapat, maka dihitung ho dengan

menggunakan persamaan (40), dengan terlebih dahulu menghitung bilangan Reynold dengan menggunakan persamaan (39). Diasumsikan kecepatan desain U sebesar 1,5 m/s

Re = 835,566

Pada Tabel 4.1, persamaan bilangan Nu pada gambar penampang pertama yang digunakan dalam perhitungan, maka dengan bilangan Reynold pada rentang 40-4000 didapat bilangan Nussel,

Nu = 13,897

Dengan persamaan (40), didapat nilai ho sebagai berikut

ho = 57,979 W/m2K

Setelah nilai ho diperoleh, dihitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi di

(62)

kondensor. Dalam menghitung laju perpindahan panas kondensor, dapat dicari dengan menggunakan bantuan COP,

Maka, Qc = Qe + Wk = 5,12 kW + 0,746 kW = 5,866 kW Kemudian, dihitung laju aliran massa udara dengan menggunakan persamaan (6),

5,866 kW = ṁu x 1,005046 kJ/kg.K ( 35 – 30) oC ṁu = 1,1673 kg/s

Setelah didapat laju aliran massa udara, maka dapat dihitung bilangan Reynold dari persamaan (41) berikut,

(41)

Re = 174,541x 105

Setelah didapat bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa, maka dapat dihitung koefisien perpindahan panas konveksi dalam pipa dengan persamaan (9),

hi = 0,0023 (174,541 x 105)0,8 (0,705)0,4 (

hi = 51862,473 W/m2K

Hitung koefisien perpindahan panas menyeluruh Uo, dengan menggunakan

persamaan (8). Seluruh informasi telah diketahui di atas, namun ada beberapa yang perlu ditentukan lagi seperti faktor kerak.

Banyak faktor yang mempengaruhi terbentuknya kerak pada permukaan suatu bidang APK, beberapa yang umum disebutkan adalah kecepatan fluidanya mengalir dan jenis fluida yang mengalir. Semakin cepat fluida mengalir akan mengurangi kemungkinan terjadinya kerak. Semakin bersih fluida yang mengalir

(63)

dari kotoran maka semakin kecil kemungkinan terjadinya kerak. Seandainya fluida yang digunakan pada suatu APK adalah air yang tersedia di suatu daerah, maka kandungan air tersebut akan mempengaruhi terjadinya kerak pada APK tersebut nantinya. Pada Tabel 1 ditampilkan beberapa besaran faktor kerak yang diteliti di USA.

Tabel 4.2 Faktor dan koefisien konveksi lapisan kerak ( Himsar Ambarita, 2011)

No Fluida kerja Koef. kon [W/m2 oC]

Faktor kerak,

Rf [m2 oC/W]

1 Air sungai 3000-12000 0,003-0,0001

2 Air laut 1000-3000 0,001-0,0003 3 Air pendingin

(Cooling tower)

3000-6000 0,0003-0,00017

4 Air Kota (bersih ) 3000-5000 0,0003-0,0002 5 Air Kota (sedang) 1000-2000 0,001-0,0005 6 Uap kondensasi 1500-5000 0,00067-0,0002 7 Uap bebas minyak 4000-10000 0,0025-0,00001

8 Uap mengandung minyak

2000-5000 0,0025-0,0002

9 Larutan garam dingin

3000-5000 0,0003-0,0002

10 Udara dan gas buang industri

5000-10000 0,0002-0,00001

11 Asap (flue gas) 2000-5000 0,0005-0,0002 12 Uap organik 5000 0,0002 13 Cairan organik 5000 0,0002 14 Hidrokarbon ringan 5000 0,0002 15 Hidrokarbon berat 2000 0,0005 16 Fluida organik

mendidih

2500 0,0004

17 Fluida organik mengembun

5000 0,0002

18 Heavy transfer fluids

5000 0,0002

19 Larutan garam 3000-5000 0,0003-0,0002

Dengan asumsi pipa tembaga yang sangat tipis (ro ≈ r1), sehingga persamaan

(64)

U0 = 56,924 W/m2K

Perhitungan kondensor ini menggunakan pendekatan LMTD (Log Mean Temperature Difference) dengan persamaan (42) berikut,

(42)

LMTD = 9,2764

Hitung luas penampang pipa tembaga dihitung dari persamaan (7), Q = Uo x Ao x LMTD

5,866 kW = 56,924 W/m2K x Ao x 9,2764

Ao = 11,116 m2

Dengan persamaan luas penampang pipa, serta penambahan 4500 fin pada pipa setiap jarak 2 mm, maka didapat panjang pipa kondensor sebagai berikut,

Ao = ╥DL + 4500 L A’ (43)

Dimana A’ adalah luas penampang sirip yang dapat dihitung dengan persamaan, A’ = 4D2 – 0,25 ╥ D2

A’ = 1,33 x 10-4 m2 Maka, Ao = ╥DL + 4500 L A’

11,116 m2 = 3,14 (0,0064 m) L + 4500 (1,33x10-4) L L = 18,235 m

Pipa tersebut dibagi atas 20 laluan, sehingga panjang tiap laluan pipa adalah sebesar 1,09 m.

(65)

4.2 Data hasil pengujian

Pengukuran temperatur kondensor ini dilakukan di Gedung Pascasarjana Departemen Teknik Mesin, FT-USU lantai 2 selama empat hari. Pengukuran dilakukan dengan empat cara yang berbeda, yaitu tanpa pengisian air di tangki

water heater, pengisian air setengah penuh di tangki water heater, pengisian air penuh di tangki water heater, dan pengisian air penuh di tangki water heater

sambil bersikulasi.

4.2.1 Pengujian hari pertama

Pengujian ini dilakukan pada tanggal 04 Oktober 2011 mulai pukul 09.00 WIB – 18.00 WIB. Pengukuran dilakukan terhadap udara lingkungan dan temperatur kondensor. Pengujian ini dilakukan tanpa mengisi air pada tangki

water heater. Data hasil pengujian dapat dilihat pada lampiran B. Berikut grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari pertama,

(66)

Gambar 4.2 Grafik temperatur kondensor tanggal 04 Oktober 2011

4.2.2 Pengujian hari kedua

Pengujian ini dilakukan pada tanggal 05 Oktober 2011 mulai pukul 09.00 WIB – 18.00 WIB. Pengukuran dilakukan terhadap udara lingkungan dan temperatur kondensor. Pengujian ini dilakukan dengan pengisian air setengah penuh ke dalam tangki water heater. Data hasil pengujian dapat dilihat pada lampiran C. Berikut grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari kedua,

(67)

Gambar 4.4 Grafik temperatur kondensor tanggal 05 Oktober 2011 4.2.3 Pengujian hari ketiga

Pengujian ini dilakukan pada tanggal 07 Oktober 2011 mulai pukul 09.00 WIB – 18.00 WIB. Pengukuran dilakukan terhadap udara lingkungan dan temperatur kondensor. Pengujian ini dilakukan dengan mengisi air sampai penuh ke dalam tangki water heater. Data hasil pengujian dapat dilihat pada lampiran D. Berikut grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari ketiga,

(68)

Gambar 4.6 Grafik temperatur kondensor tanggal 07 Oktober 2011 4.2.4 Pengujian hari keempat

Pengujian ini dilakukan pada tanggal 08 Oktober 2011 mulai pukul 09.00 WIB – 18.00 WIB. Pengukuran dilakukan terhadap udara lingkungan dan temperatur kondensor. Pengujian ini dilakukan dengan mengisi air sampai penuh ke dalam tangki water heater dan bersirkulasi. Data hasil pengujian dapat dilihat pada lampiran E. Berikut grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari keempat,

(69)

Gambar 4.8 Grafik temperatur kondensor tanggal 08 Oktober 2011

4.2.5 Pengaruh water heater terhadap kondensor

Pengukuran temperatur kondensor ini menggunakan thermocouple yang diletakkan di empat titik yaitu :

1. Pipa keluar kompressor menuju kondensor

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran dalam beberapa pengujian adalah sebagai berikut.

Tabel 4.3 Data pengujian pipa keluar kompresor

No Jam

operasi(jam)

tanpa pengisian(C)

setengah pengisian(C)

pengisian penuh(C)

penuh dan sirkulasi(C) 1 0 26.876 25.879 65.063 26.804 2 0.0833 49.918 39.382 63.737 50.487 3 0.166 57.759 57.232 63.987 63.517 4 0.25 57.62 61.536 64.089 66.39 5 0.333 56.184 60.644 64.818 66.108 6 0.416 54.89 59.164 64.608 62.988 7 0.5 55.857 57.594 64.614 61.813 8 0.583 55.139 56.198 64.324 61.856 9 0.666 54.938 54.612 64.563 60.543 10 0.75 54.508 53.783 64.915 59.93

(70)

11 0.833 54.131 52.599 64.818 59.074 12 0.916 53.308 52.513 64.497 56.345 13 1 53.492 52.122 63.936 55.733 14 1.083 53.531 51.684 63.818 55.204 15 1.166 53.144 51.008 62.926 54.111 16 1.25 53.088 50.615 61.847 54.645 17 1.333 52.844 50.64 61.38 54.38 18 1.416 52.665 50.612 61.403 54.288 19 1.5 52.803 50.404 61.455 53.608 20 1.583 52.649 53.202 61.678 53.856 21 1.666 52.006 55.153 61.039 54.239 22 1.75 51.856 54.349 60.401 54.215 23 1.833 51.895 53.84 59.329 54.249 24 1.916 51.751 53.377 58.088 56.389 25 2 51.798 52.957 57.489 56.679 26 2.083 53.295 52.495 57.52 56.638 27 2.166 52.456 52.409 57.257 55.867 28 2.25 52.46 51.972 56.151 56.044 29 2.333 52.534 51.456 55.925 56.637 30 2.416 51.933 51.53 55.532 59.119 31 2.5 52.284 51.438 54.907 60.288 32 2.583 51.992 51.533 54.764 61.037 33 2.666 52.622 51.417 54.266 60.951 34 2.75 53.853 51.626 55.442 60.739 35 2.833 56.031 51.216 55.264 58.951 36 2.916 57.413 51.054 55.019 58.239 37 3 56.382 51.396 54.864 57.854 38 3.083 55.422 51.537 54.431 56.4 39 3.166 54.973 52.293 54.157 56.025 40 3.25 54.198 52.553 54.627 55.983 41 3.333 53.444 52.079 54.202 55.221 42 3. 667 52.883 52.709 53.774 54.861 43 3.5 53.018 52.827 53.43 56.482 44 3.583 52.938 52.974 53.012 55.736 45 3.666 52.618 52.746 52.622 55.222 46 3.75 52.596 53.076 53.227 55.104 47 3.833 52.389 52.66 53.27 56.953 48 3.916 52.566 52.922 53.687 59.745 49 4 53.402 53.002 54.303 60.757 50 4.083 53.939 52.952 54.917 61.529 51 4.166 54.627 52.87 55.216 62.069 52 4.25 55.311 53.196 55.415 62.127 53 4.333 54.969 53.518 55.261 53.344

(71)

54 4.416 54.502 53.082 54.676 51.494 55 4.5 53.735 52.813 56.805 50.119 56 4.583 53.579 52.736 56.393 48.795 57 4.666 55.609 52.447 55.749 47.571 58 4.75 57.293 52.365 55.673 46.673 59 4.833 57.829 52.198 55.443 45.822 60 4.916 57.192 52.644 55.12 45.051 61 5 55.998 52.028 54.598 44.442

Berikut grafik jam operasi vs temperatur pada pipa keluar kompresor menuju kondensor,

Gambar 4.9 Grafik pipa keluar kompresor (Jam operasi vs temperatur) Dari grafik hasil pengujian temperatur pada pipa keluar kompresor, temperatur pipa lebih besar saat water heater diisi air penuh daripada tidak diisi air.

2. Di tengah pipa kondensor

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran beberapa pengujian adalah sebagai berikut.

(1)

Lampiran D Pengujian Hari Ketiga

Lampiran D.1. Data pengujian udara lingkungan tanggal 07 Oktober 2011

Date Time, GMT+07:00 Temp, °C Solar Radiation, W/m²

07/10/2011 0:00 25.768 0.6

07/10/2011 1:00 25.744 0.6

07/10/2011 2:00 25.598 0.6

07/10/2011 3:00 25.428 0.6

07/10/2011 4:00 25.04 0.6

07/10/2011 5:00 24.823 0.6

07/10/2011 6:00 24.944 0.6

07/10/2011 7:00 24.823 46.9

07/10/2011 8:00 26.207 149.4

07/10/2011 9:00 27.974 264.4

07/10/2011 10:00 30.318 614.4

07/10/2011 11:00 31.919 686.9

07/10/2011 12:00 31.765 958.1

07/10/2011 13:00 29.815 156.9

07/10/2011 14:00 29.84 306.9

07/10/2011 15:00 29.765 369.4

07/10/2011 16:00 28.965 120.6

07/10/2011 17:00 28.419 51.9

07/10/2011 18:00 28.048 6.9

07/10/2011 19:00 26.353 0.6

07/10/2011 20:00 23.4 0.6

07/10/2011 21:00 22.896 0.6

07/10/2011 22:00 23.256 0.6

07/10/2011 23:00 23.761 0.6

(2)

Lampiran D.2. Data pengujian temperatur kondensor pada tanggal 07 Oktober 2011

jam operasi (jam)

Pipa keluar kompresor(C)

Pipa katub ekspansi(C)

pipa di tengah kondensor(C)

pipa keluar kondensor(C)

Hembusan kipas kondensor(C)

1 0 65.063 11.483 36.384 30.683 33.569

2 0.083333333 63.737 11.042 36.625 31.555 33.926

3 0.166666667 63.987 11.35 36.951 31.69 34.002

4 0.25 64.089 11.531 36.971 31.354 33.884

5 0.333333333 64.818 11.488 37.464 31.947 34.368

6 0.416666667 64.608 11.341 37.32 32.008 34.602

7 0.5 64.614 11.639 37.495 31.583 34.415

8 0.583333333 64.324 11.589 37.822 32.317 34.707

9 0.666666667 64.563 11.517 37.6 32.071 34.968

10 0.75 64.915 11.926 38.227 32.666 35.226

11 0.833333333 64.818 11.746 38.014 31.908 35.223

12 0.916666667 64.497 11.47 37.942 32.227 35.215

13 1 63.936 11.558 38.67 31.587 35.877

14 1.083333333 63.818 10.968 38.936 33.067 36.002

15 1.166666667 62.926 11.017 38.67 32.671 35.826

16 1.25 61.847 11.287 38.729 33.962 35.911

17 1.333333333 61.38 10.767 38.481 33.49 35.766

18 1.416666667 61.403 11.199 38.557 32.636 35.61

19 1.5 61.455 11.433 38.534 33.254 35.76

20 1.583333333 61.678 11.255 38.362 34.164 35.38

21 1.666666667 61.039 10.538 38.576 33.086 35.513

22 1.75 60.401 10.447 38.549 32.725 35.673

23 1.833333333 59.329 10.263 39.01 32.773 36.091

24 1.916666667 58.088 9.633 38.327 32.293 35.629

25 2 57.489 9.854 38.501 33.389 35.718

26 2.083333333 57.52 9.8 38.601 33.379 35.583

27 2.166666667 57.257 9.293 38.889 33.661 36.065

28 2.25 56.151 9.238 38.755 33.304 35.952

29 2.333333333 55.925 9.479 38.371 33.493 35.666

30 2.416666667 55.532 9.17 38.196 33.147 35.585

31 2.5 54.907 8.872 38.122 32.779 35.424

32 2.583333333 54.764 9.102 38.219 33.112 35.576

33 2.666666667 54.266 9.111 38.057 33.132 35.532

34 2.75 55.442 9.201 38.369 33.369 35.488

35 2.833333333 55.264 9.046 38.375 32.586 35.5

(3)

40 3.25 54.627 9.117 37.917 33.102 35.197

41 3.333333333 54.202 8.74 37.89 33.071 35.179

42 3.416666667 53.774 8.995 37.618 32.899 34.797

43 3.5 53.43 8.796 37.647 32.627 34.934

44 3.583333333 53.012 8.455 37.787 33.995 35.059

45 3.666666667 52.622 8.665 37.773 32.428 35.038

46 3.75 53.227 8.934 37.626 32.876 35.01

47 3.833333333 53.27 8.781 37.637 32.563 34.941

48 3.916666667 53.687 8.88 37.731 32.717 35.03

49 4 54.303 9.34 37.956 32.244 35.057

50 4.083333333 54.917 9.2 37.897 33.174 35.309

51 4.166666667 55.216 9.164 38.104 33.246 35.351

52 4.25 55.415 9.741 38.049 33.246 35.377

53 4.333333333 55.261 9.389 37.965 32.979 35.053

54 4.416666667 54.676 9.05 38.012 33.125 35.103

55 4.5 56.805 10.153 38.364 32.777 35.466

56 4.583333333 56.393 9.931 38.04 32.709 35.116

57 4.666666667 55.749 9.365 37.861 31.676 35.049

58 4.75 55.673 9.275 38.011 32.81 35.311

59 4.833333333 55.443 9.56 38.156 33.509 35.289

60 4.916666667 55.12 9.194 38.072 32.977 35.168

(4)

Lampiran E Pengujian Hari keempat

Lampiran E.1. Data pengujian udara lingkungan tanggal 08 Oktober 2011

Date Time, GMT+07:00 Temp, °C Solar Radiation, W/m²

08/10/2011 0:00 23.833 0.6

08/10/2011 1:00 23.713 0.6

08/10/2011 2:00 23.761 0.6

08/10/2011 3:00 23.809 0.6

08/10/2011 4:00 23.761 0.6

08/10/2011 5:00 23.689 0.6

08/10/2011 6:00 23.545 0.6

08/10/2011 7:00 23.761 39.4

08/10/2011 8:00 24.629 124.4

08/10/2011 9:00 26.965 284.4

08/10/2011 10:00 28.617 370.6

08/10/2011 11:00 29.615 478.1

08/10/2011 12:00 31.077 529.4

08/10/2011 13:00 31.996 443.1

08/10/2011 14:00 31.357 426.9

08/10/2011 15:00 31.408 276.9

08/10/2011 16:00 25.768 6.9

08/10/2011 17:00 23.665 10.6

08/10/2011 18:00 24.195 1.9

08/10/2011 19:00 24.002 0.6

08/10/2011 20:00 24.412 0.6

08/10/2011 21:00 24.436 0.6

08/10/2011 22:00 24.195 0.6

08/10/2011 23:00 24.098 0.6

(5)

Lampiran E.2. Data pengujian temperatur kondensor tanggal 08 Oktober 2011

No jam operasi(jam) pipa keluar kompresor(C) pipa katub ekspansi(C)

pipa di tengah kondensor(C)

pipa keluar kondensor(C)

hembusan kipas kondensor(C)

1 0 26.804 26.943 26.523 26.096 27.06

2 0.083333333 50.487 19.228 34.894 29.627 32.157

3 0.166666667 63.517 18.703 34.416 29.874 32.059

4 0.25 66.39 10.79 34.575 30.509 32.219

5 0.333333333 66.108 9.532 34.735 30.367 32.322

6 0.416666667 62.988 8.466 34.535 30.119 32.228

7 0.5 61.813 8.227 34.703 29.98 32.194

8 0.583333333 61.856 7.588 33.507 29.958 32.791

9 0.666666667 60.543 7.557 35.138 30.26 32.738

10 0.75 59.93 7.055 35.012 29.891 32.548

11 0.833333333 59.074 6.656 35.732 30.564 32.821

12 0.916666667 56.345 7.179 35.872 30.995 33.253

13 1 55.733 6.686 36.57 31.362 33.922

14 1.083333333 55.204 5.856 36.028 31.137 33.246

15 1.166666667 54.111 5.623 36 31.085 33.481

16 1.25 54.645 6.424 36.647 31.51 34.057

17 1.333333333 54.38 6.009 36.773 31.703 34.183

18 1.416666667 54.288 5.449 36.699 31.89 33.945

19 1.5 53.608 6.127 36.445 31.154 33.888

20 1.583333333 53.856 6.325 36.348 31.597 33.74

21 1.666666667 54.239 5.528 36.679 31.534 34.333

22 1.75 54.215 6.054 36.483 31.31 33.718

23 1.833333333 54.249 6.581 36.685 31.543 34.202

24 1.916666667 56.389 6.764 36.546 31.42 33.872

25 2 56.679 6.326 36.82 31.62 34.304

26 2.083333333 56.638 6.755 36.942 31.86 34.029

27 2.166666667 55.867 6.688 37.156 31.905 34.477

28 2.25 56.044 7.13 37.387 31.806 34.612

29 2.333333333 56.637 7.423 37.361 31.843 34.76

30 2.416666667 59.119 8.244 38.234 32.378 35.222

31 2.5 60.288 7.94 37.524 31.958 34.555

32 2.583333333 61.037 8.669 38.236 32.671 35.453

33 2.666666667 60.951 8.72 38.142 32.419 35.189

34 2.75 60.739 7.528 38.004 32.525 35.11

35 2.833333333 58.951 7.156 37.913 32.211 35.058

36 2.916666667 58.239 8.091 37.724 32.07 34.747

37 3 57.854 7.159 37.838 32.232 35.014

38 3.083333333 56.4 6.444 37.742 32.365 34.937

(6)

40 3.25 55.983 6.878 37.924 32.697 35.267

41 3.333333333 55.221 6.074 37.89 33.117 35.172

42 3.416666667 54.861 6.371 37.58 32.578 34.867

43 3.5 56.482 7.42 37.839 32.347 34.724

44 3.583333333 55.736 6.514 37.961 32.827 35.263

45 3.666666667 55.222 6.782 37.882 32.657 34.999

46 3.75 55.104 7.325 37.706 32.788 34.874

47 3.833333333 56.953 8.097 38.275 33.195 35.56

48 3.916666667 59.745 8.231 38.432 32.605 35.449

49 4 60.757 9.117 38.513 32.516 35.132

50 4.083333333 61.529 9.059 38.526 32.471 35.376

51 4.166666667 62.069 8.801 38.917 33.131 35.688

52 4.25 62.127 9.367 38.897 32.775 35.661

53 4.333333333 53.344 31.903 30.122 31.894 30.176

54 4.416666667 51.494 34.826 30.072 32.417 29.948

55 4.5 50.119 36.124 29.92 32.488 29.551

56 4.583333333 48.795 36.589 29.753 32.398 30.144

57 4.666666667 47.571 36.774 29.579 32.296 29.88

58 4.75 46.673 37.068 29.575 32.292 29.677

59 4.833333333 45.822 37.227 29.39 32.129 29.365

60 4.916666667 45.051 37.551 29.33 32.051 29.725