STUDI PERFORMANSI MESIN PENGKONDISIAN UDARA HIBRIDA MENGGUNAKAN KOLEKTOR SURYA VAKUM Reynaldo Putra, Kaidir, Mulyanef Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang 25143 Telp. 0751-7054257 Fax. 0751-7051341 Email :
[email protected]
ABSTRAK Sistem pengkondisian udara ini sangat besar manfaatnya bagi manusia terutama yang tinggal di tempat tropis yang selalu terkenak matahari sepanjang tahun maka salah satu usaha yang dapat mengatasi masalah di atas adalah merencanakan sebuah alat pengkondisian udara yang lebih dikenal dengan Air Conditioner (AC) pada umumnya masyarakat masih mengira bahwa AC adalah suatu alat untuk mendinginkan udara di dalam ruangan saja pada saat ini orang-orang melakukan penelitian pada alat pengkondisian udara, sesuai dengan namanya Air Conditioner yang berarti pengkondisian udara sehingga dapat memberikan kenyamanan. Dalam perencanaan ini tentang suatu teknologi baru dengan alat pengkondisian udara dengan memanfaatkan panas yang dibuang oleh kondensor dan di bantu lagi oleh vakum kolektor surya untuk memanaskan air sehingga air panas yang di hasilkan dapat di manfaatkan untuk mandi. Sehingga air yang dipanaskan tersebut bisa di manfaatkan untuk mandi air panas, pada penelitian ini penulis berharap untuk mengurangi penggunaan energi listrik karena pada dasarnya masyarakat biasanya menggunakan energi listrik untuk memanaskan air. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan Cop dari mesin refrigrasi dan untuk membandingkan berapa banyak waktu yang dibutuhkan dalam memanaskan air dengan menggunakan Hybrid dan tidak menggunakan hybrid. Dari hasil penelitian dalam waktu 15 menit pertama, didapatkan daya kompresor 259,52 kj/kg. Sedangkan daya kerja kondensor Qk = 165,55 kj/kg dan didapatkan hasil Cop nya sebesar 0,6. Dan didapatkan juga temperatur air di dalam tangki dalam 15 menit dengan 25 liter air adalah 36,2ºC. Dan pada menit ke 30 didapatkan temperaturnya 39,4ºC. Dan hasil pengujian yang terakhir pada 120 menit didapatkan temperaturnya 55,5ºC dalam jumlah 25 liter air didalam tangki. Kata Kunci: Studi Performansi Pengkondisian Udara, Perpindahan Panas, Penukar Kalor Tipe Helikal, Pemanas Air, Kolektor Surya Vakum
ABSTRAK Sistem coditioning of Air This Very large hes benefits tu humans espcially who live in trpical place the trust is exposed to the sun through hout the year then one effort resolve the problem above is plan a tool Air conditioning in general society still think that AC is some tool for cool the Air in doors onliy at this point the pepile doing research on tools air conditioning, as the name suggests air conditioner wichaneans the air conditioning so as to provide confot in the planing of a new technology by neans of air conditioning by utilizing the heat rejected by the condenser and was heipedagain by the Vakum solarCollktor to heat the water so the hot water produced can be utilized for a hot shower in this study the authors hope reduce energy to heat the water the purpose of this study was to diter kine the cop Of refrigration mecines and to conpare how kiuch tikie it takes to heat the wather using and nor using a hybrid the reults of study withing the first 15 minites obtainet power compressor 259,52 kj/kg whil power Condenser QK : 165,55 kj/kg and showed hear tank in is minits with25 liter of wather is 36,2- 0C And on 30 minits to obtain temperature of 39,4 0C And the results of the last tset at 120 minites obtaired temperature is 55,5 0C in the anount of 25 literof water in the tank. Keywords : Study the Performance of the air conditioning Heat transfer, Heat Exchenger type of Herlik Water Heaters solar Colektor Vacuum. 1.
yang
PENDAHULUAN
semakin
meningkat Dalam selalu
kehidupan
menyesuaikan
mempertahankan
manusia diri
dan
hubungannya
dengan lingkungan dimana ia berada hal ini menunjukan bahwa orang akan
selalu
berusaha
memperoleh
kondisi-kondisi
lingkungan
yang
gejala ini
dapat
adanya
untuk
menyenangkan dilihat
perkembangan
dengan dalam
merencanakan tempat dimana orang akan
melakukan
Kemajuan
teknologi
aktifitasnya. pada
masa
sekarang ini pada dasarnya adalah untuk memenuhi kebutuhan manusia
dan
menyamankan
lama
semakin
berusaha dirinya
untuk dengan
kemajuan tersebut dimana kemajuan itu perlu rasanya di tunjang dengan sarana dan prasarana yang memadai agar semua potensi yang ada dapat berjalan dengan lancar sesuai dengan fungsinya
masing-masing
dan
dapatnya hasil yang memuaskan. Berdasarkan hal yang di atas untuk
perlu
sistem
pengkajian
refrigrasi
penelitian,
dan
melalu
tentang suatu
pengembangan
penggunaan jenis sistem dan mesin penyegar
udara
yang
dapat
digunakan sesuai dengan tujuan yang
hendak
dicapai
ekonomis.
Sistem
efesien
dan
pengkondisian
mentransformasikan
uap
tekanan
rendah menjadi uap tekanan tinggi
udara ini sangat besar manfaatnya
dari
bagi manusia terutama yang tinggal
sehingga panas yang dihasilkan oleh
di tempat tropis yang selalu terkenak
kondensor dibuang ke lingkungan
matahari sepanjang tahun maka salah
begitusaja. Sehingga penulis tertarik
satu usaha yang dapat mengatasi
untuk merencanakan suatu sistem
masalah di atas adalah merencanakan
pemanfaatan panas yang di buang
sebuah alat pengkondisian udara
oleh kondensor dimanfaatkan lagi
yang lebih dikenal
Air
untuk memanaskan air dan di bantu
Conditioner ( AC ) pada umumnya
oleh kolektor vakum energi surya
masyarakat masih mengira bahwa
untuk membantu memanaskan air
AC
adalah
mendinginkan
suatu
dengan
evaporator
ke
kondensor
alat
untuk
tersebut.sehingga waktu panas air
di
dalam
yang
udara
dihasilkan
Sehingga
orang melakukan penelitian pada alat
tersebut bisa di manfaatkan untuk
pengkondisian udara, sesuai dengan
mandi air panas, pada penelitian ini
namanya
yang
penulis berharap untuk mengurangi
berarti pengkondisian udara sehingga
penggunaan energi listrik karena
dapat
pada dasar nya masyarakat biasanya
Kalau
Conditioner
memberikan kita
lihat
kenyamanan. pada
alat
pengkondisian udara ini adalah salah
yang
cepat.
ruangan saja pada saat ini orang-
Air
air
lebih
dipanaskan
menggunakan energi listerik untuk memanaskan air.
satu sarana penunjang yang sangat
Dalam perencanaan ini tentang
penting. Salah satu keuntungan dari
suatu teknologi baru dengan alat
sistem pengkondisian udara adalah
pengkondisian
untuk memberikan kenyamanan dan
memanfaatkan panas yang dibuang
dapat meningkatkan efektifitas kerja,
oleh kondensor dan di bantu lagi oleh
pelayanan serta kebersihan udara di
vakum
dalam ruangan. Pada umumnya alat
memanaskan air sehingga air panas
pengkondisian udara yang kita kenal
yang di hasilkan dapat di manfaatkan
adalah sistem pengkondisian udara
untuk mandi.
dengan
menggunakan
sistem
kompresi uap yaitu suatu sistem yang menggunakan
kompresor
untuk
kolektor
udara
surya
dengan
untuk
2.
bersirkulasi. Panas yang diserap
TINJAUAN PUSTAKA
dinamakan “panas laten penguapan.
2.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Suatu siklus refrigrasi kompresi uap adalah sebagai berikut:
2.2 Cara Kerja Air Conditioner
1. Pemampatan
(kompresi).
Uap
Di era serba maju sekarang ini, kita
refrigerant lewat panas Temperatur
pasti sudah sangat akrab dengan air
dan tekanan rendah yang berasal
conditioner. Kehidupan modern, apalagi di
dari proses pengupan dimampatkan
perkotaan hampir tidak bisa lepas dari
oleh kompresor menjadi uap ber
pemanfaatan teknologi ini. Namun apakah
temperatur tinggi dan bertekanan
banyak dari kita yang tahu bagaimana cara
tinggi
mudah
kerja ac sehingga bisamenghasilkan udara
diembunkan, uap kembali menjadi
yang nyaman bagi kehidupankitaUdara
cairan didalam kondensor.
dingin tersebut sebenarnya merupakan
agar
kemudian
2. Pengembunan (kondensasi). Proses pengembunan
adalah
output dari sistem yang terdiri dari
proses
beberapa komponen, yaitu; compressor
pemindahan
AC, kondensor, orifice tube, evaporator,
panas dari uap refrigerant ber
katup ekspansi, dan evaporator. Berikut
temperatur tinggi dan bertekanan
adalah penjelasan singkat mengenai peran
tinggi hasil pemampatan kompresor
masing-masing bagian tersebut:
ke medium pengembun di luar
1.
pengeluaran
atau
kondensor.
Compresor Adalah Power Unit dari sistem AC
3. Pemuaian
adalah
proses
ketika AC di jalan kan Komperesor
bagi
mengubah Fluida Kerja /Refrigrant berupa
refrigeran cair untuk memuai agar
gas dari yang bertekanan rendah menjadi
selanjutnya
Gas bertekanan tinggi kemudian di terus
pengaturan
kesempatan
dapat
menguap
di
evaporator.
kan menuju kondensor.
4. Penguapan (evaporasi), pada proses ini, refrigeran cair berada dalam
2.
Condensor Condensor adalah sebuah alat yang di
pipa logam evaporator mendidih
gunakan
dan
bertekanan
menguap
pada
temperatur
untuk
mengubah
tinggi
Gas
berubah
yang
menjadi
tetap, walaupun telah menyerap
Berubah menjadi Cairan yang ber tekanan
sejumlah
tinggi yang kemungkinan yang akan di
besar
panas
dari
lingkungan sekitarnya yang berupa
alirkan
zat alir
merupakan
dalam ruangan tertutup
ke
orfice bagian
tube. yang
kondensor panas
dari
airconditioner. Kondensor bisa di sebut
yang murni sebelum melalui kompressor
heate exchange yang bisa memindah kan
untuk memperoleh tekanan dan beredar
panas ke udara atau ke inter media fluida
dalam sistem lagi Biasa nya Evaporator di
semacam
pasangi Silikon yang ber fungsi untuk
larutan
yang
mengandung
ethylene glycol untuk membawa panas ke
menyerap kelembapan dari Refrigrant.
orfice tube. 3.
Orfic tube
2.3 Mesin Refrigerasi Hibrida
Orfic tube merupakan tempat dimana
Mesin
pengkondisian
udara
uap
cairan bertekanan tinggi di turunkan
sederhana yang dijelaskan diatas pada
tekanan dansuhu nya menjadi cairan dingin
aplikasi nya selalu mengalami modifikasi
bertekanan rendah.Dalam beberapa sistim
sesuai dengan keperluan. Pertimbangan
selain
yang paling umum digunakan sebagai
memasang
sebuh
orfice
tube
dipasang juga katup ekspansi.
alasan
4.
kompresi
Katup ekspansi Katup
memodifikasi
uap
ini
sistim
air
dimanfaatkan untuk pendinginan udara,
untuk
maka siklus ini dikenal sebagai siklus
mengontrol aliran cairan pendingin melalui
refrigerasi, sementara pada sisi panas nya
katup orfice yang merubah wujud cairan
terjadi pembuangan kalor kelingkungan.
menjadi
Demikian juga sebalik nya, jika sisi
conditioner,katup
uap
meninggalkan
dalam
ini
dirancang
ketika
zat
pendingin
katup
pemuaian
dan
panasnya
yang
Jika
efesiensi
penggunaan
penting
energi.
adalah
sikelus
merupakan
komponen
ekspansi
untuk
siklus
dimanfaatkan
ini
sebagai
memasuki evaporator/pendingin.
pompa kalor, sementara sisi dingin nya
5.
menyerap kalor dari lingkungan.
Evaporator Refrigerand menyerap panas dalam
Untuk
meningkatkan
efesiensi
ruangan melalui kumparan pendinginan
penggunaan energi, maka kedua sisi dingin
dan kipas evaporator meniupkan udara
dan panas nya dimanfaatkan sekaligus.
dingin
Refrigerant
Mesin siklus kompresi uap seperti ini
dalam evaporator mulai berubah kembali
dikenal sebagai mesin refrigrasi hibrida
menjadi uap ber tekanan rendah ,tapi masi
yang akan di teliti ditunjukan pada Gambar
mengandung
2.3.
kedalam
Ruangan
sedikit
cairan
Cmpuran
refrigerent kemudian masuk ke akumulator / pengeringan ini jugak dapat berlaku seperi mulut orfic kedua bagi cairan yang berubah menjadi uap bertekanan rendah
Proses 2-3:Refrigeran didinginkan lagi menggunakan
udara
luar
sehingga
mencapai titik jenuh
Proses 3-4: Cairan refrigeran dengan tekanan Gambar 2.3 Skema Mesin Refrigerasi siklus kompresi uap hibrida 2.4 Sistem Pemanasan ACWH
dan
diekspansikan
temperatur sehingga
tinggi
mengalami
penurunan tekanan dan temperatur.
Proses 4-1: Refrigeran di evaporator dalam
Pada sistem Pengkondisian udara
keadaan temperatur rendah sehingga dapat
pemanas air terdapat dua buah hal penting
menyerap kalor ruangan. Cairan refrigeran
yang sangat berkaitan, yaitu unit AC dan
menguap secara berangsur-angsur karena
penukar kalor. Pada sistem ACWH, alat
menerima kalor sebanyak kalor laten
penukar kalor yang dipasang sebelum
penguapan.
kondenser
sehingga
sebagian
panas
tersebut dimanfaatkan untuk memanaskan
Selama proses penguapan di dalam pipa
air. (heat recovery)
terdapat campuran refrigeran fase cair dan
Dapat dilihat siklus sistem ACWH (Air Conditioner Water Heat). Proses-
uap. Proses ini berlangsung pada tekanan tetap sampai mencapai derajat.
proses pada tiap bagain dapat dijelaskan sebagai berikut :
Proses
1-2:
Uap
refrigeran
dihisap
kompresor kemudian ditekan sehingga tekanan dan temperatur refrigeran naik.
Proses 2-2: Panas refrigeran ditransfer kepada
air
sehingga temperatur
di air
dalam
penukar
mengalami sedangkan
kalor
kenaikan refrigeran
mengalami penurunan dan sebagian telah berubah fasa menjadi cairan.
Gambar 2.4 Prinsip Kerja ACWH
3. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam pengujian Studi Performansi
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
penukar kalor untuk pemanas air yang di
Waktu: Bulan Desember 2014–April
bantu dengan Kolektor Surya tipe Vakum
2015. Tempat: Penelitian dilakukan pada
Cup perlu
dilakukan
persiapan
yang
Laboratorium Teknik Pendingin Jurusan
matang sebelum melakukan penelitian, dan
Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri
prosedur-prosedur yang harus dilakukan
Kampus III Universitas Bung Hatta.
selama penelitian sehingga penulis dapat
3.2 Diagram Alir Penelitian
menyelesaikan penelitian ini mengacu pada diagram alir penelitian.
Studi Literatur 3.3 Metode Pengambilan Data Pengumpulan Referensi / jurnal4.Tentang Penelitian Persiapan: Alat uji penelitian dan alat ukur
Pengambilan
data
ini
dilakukan
selama 2 jam, dimana setiap 15 menit data di ambil dan di catat pada bagian-bagian yang sudah ditentukan seperti temperatur pada kompresor, kondensor, evaporator,
Pengujian
temperatur refrigrant masuk tangki adalah tekanan
Pengambilan Data
refrigran
keluar
kompresor,
tekanan tinggi refrigran yang akan masuk kondensor, data temperatur air, data, dan Tidak
Data Berhasil Ya
data intensitas surya temperatur air masuk ke kolektor dan temperatur air keluar dari kolektor, dan mengukur intensitas cahaya matahari
Analisa data Penyusunan Laporan Kesimpulan
dengan
solariymeter,
dan
menggunakan juga
mengukur
temperature lingkungan di sekitar kolektor surya dengan menggunakan termometer batang. Dan
penulis
juga
mengukur
kelembapan udara dan temperatur ruangan Selesai 3.2 Diagram Alir Penelitian
yang
berada
di
evaporator
dengan
menggunakan alat ukur RH meter. Penulis juga mengukur air dari hasil kondensor
dari evaporator dengan menggunakan gelas ukur. Bila pengambilan data sudah selesai
4.1.2 Pengujian Menggunakan Kolektor Vakum Surya dan Mesin Pengkondisian Udara
maka akan di dapat temperatur air. Untuk melakukan penelitian selanjutnya air yang sudah di pergunakan sebelumnya di buang terlebih dahulu, kemudian diganti dengan air yang baru dan di tambah volumenya sebanyak 5 liter dari volume sebelumnya. Begitu
seterusnya
hinga
volume
air
mencapai batas maksimal kemampuan mesin pengkondisian udara ini. Kemudian untuk menganalisa data menggunakan rumus, tabel serta grafik pendukung sesuai
Tabel 4.1.2 Pengujian menggunakan kolektor vakum surya dan mesin pengkondisian udara
penelitian.
4.1.3 Perhitungan Data
4. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Perhitungan mencarai nilai Cop pada menit ke 15. Diketahui. T1 = 0,0 dan T2 =73,0 T3 =40,0 Cara nya kita lihat pada Tabel R22 nilai enthalpy nya maka di dapat kan lah nilai dari :
4.1
Data Pengujian 85 liter air
4.1.1 Pengujian Hanya Menggunakan kolektor Vakum Surya Tanpa menggunakan Mesin Pengkondisian Udara Tin Vakum
T Out
Radiasi matahari watt/m
15 menit
37,8
40,6
506,92
40,4
30 menit
36,5
39,8
506,92
42,7
45 menit
36,4
40,4
486,91
47,3
60 menit
38,3
42,1
473,57
49,5
75 menit
39
41,6
446,89
50,9
90 menit
39,5
41,6
406,87
53,3
105 menit
41,9
42,6
380,19
53,8
120 menit
39,8
41,3
380,19
54,4
38,65
41,25
448,5575
49,0375
Waktu Pengujian
Ratarata
T (ºC) dalam tangki
Tabel 4.1.1 Pengujian hanya menggunakan kolektor vakum surya tanpa menggunakan mesin pengkondisian udara
h1 =405,37 kj/kg h2 = 415,22 kj/kg h3 = 249,67 kj/kg Qe = h1-h4 = 405,37 – 249,67 = 155,7 kj/kg Qk = h2 – h3 = 415,22 – 249,67 = 165,55 kj/kg Wk = kerja kompresor Wk = h2 – h1 = 415,22 – 155,7 = 259,52 kj/kg
4.1.5 Tabel Pengujian hanya Menggunakan Kolektor Vakum Surya
4.1.4 Tabel Perhitungan Data N0
Waktu
Qe (kj/kg)
Qk (kj/kg)
Wk
COP
Pf
1
15 menit
155,7
165,5
259,5
0,6
6,3
2
30 menit
144,2
157,9
31,68
10,5
11,5
3
45 menit
153,4
168,4
14,9
10,2
11,3
4
60 menit
156,1
168,4
12,4
12,5
13,5
5
75 menit
163,3
171,3
8
20
21
6
90 menit
134,8
150,4
15,5
8,6
9,7
7
105 menit
114,8
128,6
13,7
8,3
9,3
8
120 menit
158,3
170
11,7
13,5
14,5
Tabel 4.1.5 Pengujian Hanya Menggunakan Kolektor Vakum Surya
4.1.6 Grafik Perbandingan Pengujian yang hanya Menggunakan Kolektor Vakum Surya
Tabel 4.1.4 Perhitungan Data
Grafik 4.1.6 Perbandingan Pengujian yang hanya Menggunakan Kolektor Vakum Surya
4.1.7 Tabel Pengujian Menggunakan Kolektor Vakum Surya dan Mesin Pengkondisian Udara
5.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang
diperoleh maka dapat disimpulkan sebagai berikut: a. Pada tugas akhir studi performansi mesin pengkondisian udara Hibrid menggunakan kolektor surya vakum ini
adalah
memanfaatkan
panas
buang dari Air Condisioner, dengan panas matahari yang di manfaatkan untuk memanaskan air yang sudah disiapkan, dimana panas buang ini Tabel 4.1.7 Pengujian Menggunakan Kolektor Vakum Surya dan Mesin Pengkondisian Udara
dapat
memanaskan
dengan
temperatur 36,20C sampai temperatur 58,80C
4.1.8 Grafik Perbandingan Pengujian Menggunakan Kolektor Vakum Surya dan Mesin Pengkondisian Udara
air
Tinggi
temperatur
ini
didapatkan dari hasil pengujian 25 liter air sampai dengan 85 liter air. b. Cara memahami siklus kerja dari mesin pendingin, dapat menentukan Coefesiensi Of Perfornance System pendingin dari tiap-tiap pengujian. c. Penelitian ini juga memanfaatkan air panas
yang
dihasilkannya
dapat
digunakan untuk mandi air panas seperti pada rumah-rumah mewah dan hotel. d. Dengan selesainya skripsi ini maka di harapkan kedepannya akan muncul Grafik 4.1.8 Perbandingan Pengujian Menggunakan Kolektor Vakum Surya dan Mesin Pengkondisian Udara
perkembangan penelitian dari alat, mesin pengkondisian udara Hibrida menggunakan kolektor surya vakum, serta bisa digunakan dan bermanfaat oleh
masyarakat,
sehingga
mengurangi energi listrik.
bisa
DAFTAR PUSTAKA 1) Astutpudjanarsa dan Djati Nursuhud. Mesin Konversi Energi Edisi 3 Penerbit Andi Yogyakarta. 2) Platzer. A. Polt. G. Maurer. Thermophysical Propertises of Refrigerants. 3) J.P.Holman. Perpindahan Kalor, Edisi ke enam (terjemahan oleh Penerbit Erlangga) Jakarta. 1991. 4) Khaidir, 2008. Thermodinamika Teknik Jilid 1. Penerbit Bung Hatta University Press. Padang. 5) Nasution. 2002. Teknik Pendingin Jurusan Teknik Mesin. Universitas Bunghatta: Padang. 6) Prihadi Setyo Darmanto. Perencanaan Penukar Kalor. Laboratorium Termodinamika Pusat Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung. 1993. 7) Suryadimal, Perpindahan Panas I Edisi Revisi. Bunghatta University. 8) Hasan Basri. Perancangan Mesin Pengkondisin Udara Hibrida Menggunakan Kolektor Surya Vakum.
