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

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.  Jumlah udara permenit yang dipakai untuk mendinginkan.

 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 )

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 )