PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

PEMANFAATAN PANAS BUANG MESIN PENDINGIN UNTUK PEMANAS AIR HALAMAN JUDUL SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh: ADVENTUS SUJIONO NIM : 115214001

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014 i


THE UNTILIZATION WASTE HEAT OF REFRIGERATOR TO WATER HEATER TITLE PAGE FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

By : ADVENTUS SUJIONO NIM : 115214001

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMEN OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014 ii


HALAMAN PERSETUJUAN

iii


HALAMAN PENGERSAHAN

iv


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

v


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

vi


ABSTRAK Air panas merupakan salah satu kebutuhan masyarakat dalam kehidupan sehari-hari untuk mandi, mencuci peralatan dapur dan sebagainya. Air panas umumnya diperoleh dengan memanaskan air menggunakan energi listrik, bahan bakar minyak, atau gas LPG. Seiring dengan berjalannya waktu dan krisis energi, biaya untuk mendapatkan energi tersebut semakin mahal. Alternatif lain mendapatkan energi panas untuk memanaskan air, salah satunya adalah dengan memanfaatkan panas buang dari mesin pendingin. Mesin pendingin yang dimanfaatkan panas buangnya umumnya adalah mesin pendingin ruangan (AC) atau mesin pendingin makanan (kulkas). Penelitian ini bertujuan (1) membuat model pemanas air dengan memanfaatkan panas buang mesin pendingin menggunakan dua kondensor, (2) menganalisis COP relatif antara mesin pendingin dengan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air dan mesin pendingin tanpa pemanfaatan panas buang (standar), (3) memanfaatkan panas buang mesin pendingin menggunakan dua kondensorsebagai pemanas air dan (4) menganalisis suhu air yang dihasilkan dengan memanfaatkan panas buang mesin pendingin. Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari (1) mesin pendingin yang membuang panas melalui kondensor ke lingkungan, tanpa pemanfaatan panas buang dan (2) mesin pendingin yang dilengkapi alat yang dapat memanfaatkan panas buang mesin pendingin sebagai pemanas air (menggunakan dua kondensor).Hasil penelitian menunjukkan selama 120 menit,rata-rata COP yang dihasilkan oleh mesin pendingin dengan menggunakan dua kondensor relatif lebih rendah dari COP mesin pendingin tanpa pemanfaatan panas buang, kemudianpanas buang yang termanfaatkan untuk memanaskan air (Qberguna) efektif yang dihasilkan yaitu 3,16 kJ.ini setara dengan suhu efektif yang dihasilkan yang mencapai 44°C. Kata kunci: Pemanas air, panas buang, mesin pendingin, coefisen of performance.

vii


ABSTRACT

Hot water is one of society daily needs to take a bath, wash kitchen utensils and so on. Generally hot water is obtained by heating water using electrical energy or LPG (liquefied petroleum gas). As time goes, energy crisis and the charge to get the energy is getting expensive. The other alternative to get heat energy for heating water is by using of waste heat from refrigerator. It is utilized the waste heat like air conditioning (AC) or refrigerator foods (a fridge). The purpose of this research are (1) to make the water heater model with utilizing waste heat of refrigerator use 2 condensers, (2) to analyse COP (Coefficient of Performance) relatively between cooling machine and the utilization of waste heat with refrigerator without the utilization of waste heat (standard), (3) to utilize waste heat of refrigerator use 2 condensers as a water heater and, (4) to analyse water temperature which is produced by using waste heat of refrigerator. The apparatus that is used in this research consist of (1) refrigerator that waste heat through condenser to environment without utilize waste heat and (2) refrigerator which furnish with equipment, able to utilize waste heat of refrigerator as a water heater (using 2 condensers). The result of this research show during 120 minutes, the average of COP that is produced by refrigerator using 2 condensers relatively lower than COPrefrigerator without utilize waste heat. It is utilized to heating water Qberguna (heat utilized) effectively produced 3,16 kJ. This is equivalent with the effective temperature which is produced that reached until 44°C. Keywords:Water heater, waste heat, refrigeration machine, coefisien of performance.

viii


KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.Penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “Pemanfaatan Panas Buang Mesin Pendingin Sebagai Pemanas Air” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. P. H. Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin. 3. Budi Setyahandana, M.T.selaku dosen pembimbing akademik. 4. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Skripsi yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Skripsi ini. 5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma. 6. Laboranyang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini. 7. Kedua orang tua dan segenap keluarga besar penulis (Pak Jiun,Bu Suzana Upik) yang telah memberikan dukungan, kasih, dan kepercayaan yang begitu besar. 8. Teman – teman yang turut membantu menyelesaikan Skripsi ini, seluruh Mahasiswa Universitas Sanata Darma Jurusan Teknik Mesin Angkatan 2011. 9. Pihak-pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama penyusunan skripsi ini.

ix


Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum dimiliki, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

Yogyakarta, 30 Oktober 2014

Penulis

x


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i TITLE PAGE .......................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii HALAMAN PENGERSAHAN ............................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................................................v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. vi ABSTRAK ............................................................................................................ vii ABSTRACT ......................................................................................................... viii KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1 1.1

Latar Belakang ..........................................................................................1

1.2

Rumusan Masalah .....................................................................................1

1.3

Batasan Masalah ........................................................................................2

1.4

Tujuan Penelitian.......................................................................................2

1.5

Manfaat ......................................................................................................3

BAB II DASAR TEORI ..........................................................................................4 2.1

Komponen Utama Pada Mesin Pendingin ................................................4

2.2

Analisis Pada Mesin Pendingin .................................................................6

2.3

Perhitungan Yang Digunakan Pada Mesin Pendingin ..............................7

2.4

Penelitian Yang Pernah Dilakukan ...........................................................9 xi


BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................11 3.1

Konfigurasi Alat Penelitian .....................................................................11

3.2

Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian .........................................11

3.3

Variabel yang diukur ...............................................................................12

3.4

Langkah Penelitian ..................................................................................12

BAB IV HASIL DAN EMBAHASAN .................................................................14 4.1

Data Penelitian ........................................................................................14

4.2

Pengolahan data dan perhitungan ............................................................27

4.3

Pembahasan grafik hasil penelitian .........................................................30

BAB V PENUTUP ................................................................................................38 5.1

Kesimpulan..............................................................................................38

5.2

Saran ........................................................................................................38

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................40 LAMPIRAN ...........................................................................................................41 LAMPIRAN 1 Foto Konfigurasi Alat Yang Digunakan Dalam Penelitian...........41 LAMPIRAN 2 Foto Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian .......................43

xii


DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). ............................................................14 Tabel 2. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). ............15 Tabel 3. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). .....................15 Tabel 4. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ...............................................................16 Tabel 5. Data hasil pengolahan (pada Qberguna, COPp dan Peningkatan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ...............................................................16 Tabel 6. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 (untuk alat standar). ............................................................17 Tabel 7. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 (untuk alat standar). ............17 Tabel 8. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). .....................18 Tabel 9. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor) ................................................................18 Tabel 10. Data hasil pengolahan (pada Qberguna, COPp dan Peningkatan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4, massa air

xiii


yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ..............................................................19 Tabel 11. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6 (untuk alat standar). ...........................................................19 Tabel 12. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6 (untuk alat standar). .................................................................................................20 Tabel 13. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ....................20 Tabel 14. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ..............................................................21 Tabel 15. Data hasil pengolahan (pada Qberguna, COPp dan Peningkatan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ..............................................................21 Tabel 16. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). ...........................................................22 Tabel 17. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). .................................................................................................22 Tabel 18. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 47 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor).....................23 Tabel 19. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 47 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor) ...............................................................23

xiv


Tabel 20. Data hasil pengolahanan (pada Qberguna, COPp dan Peningkatan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 47 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ..............................................................24 Tabel 21. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, (untuk alat standar). ..........................................................24 Tabel 22. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, (untuk alat standar) ..................................................................................................25 Tabel 23. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 62 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ....................25 Tabel 24. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 62 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ..............................................................26 Tabel 25. Data hasil pengolahan (pada Qberguna, COPp dan Peningkatan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 62 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). ..............................................................26 Tabel 26. Data hasil rata-rata dari alat standar dan alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor pada variasi yang berbeda. 27

xv


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Skema mesin pendingin pada kulkas. ....................................................4 Gambar 2. Evaporator atau kondensor. ....................................................................5 Gambar 3. Katup ekspansi dengan kontrol temperatur. ...........................................6 Gambar 4. Diagram tekanan-enthalpi (p-h). ............................................................7 Gambar 5. Skema mesin pendingin yang membuang panas melalui kondensor ke lingkungan, tanpa penmanfaatan panas buang. .................................8 Gambar 6. Skema mesin pendingin yang dilengkapi dengan alat pemanfaatkan panas buang sebagai pemanas air (menggunakan dua kondensor). .......9 Gambar 7. Pengaturan format “trendline” pada tabel dengan polynomial. ...........28 Gambar 8. Peningkatan suhu air yg dipanasi untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. ............31 Gambar 9. Peningkatan suhu air yg dipanasi untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, air yg dipanasi berbeda. ................................31 Gambar 10. Grafik rata-rata antara COP standar dan COP alat yang dimanfaatkan panas buangnya sebagai pemanas air, untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda massa air yg dipanasi 32 liter. ...................................................................................32 Gambar 11. Grafik rata-rata antara COP standar dan COP yg dimanfaatkan panas buangnya sebagai pemanas air, untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 massa air yg dipanasi berbeda. ...........33 Gambar 12. Grafik dari rata-rata COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. ............33 Gambar 13. Grafik dari rata-rata COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yg dipanasi berbeda. .....................34 Gambar 14. Grafik dari rata-rata peningkatan COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. .35 Gambar 15. Grafik dari rata-rata peningkatan COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yg dipanasi berbeda. ...........35

xvi


Gambar 16. Grafik dari rata-rata Qberguna pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. ............36 Gambar 17. Grafik dari rata-rata Qberguna pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yg dipanasi berbeda. .....................37

xvii


BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Air panas merupakan salah satu kebutuhan masyarakat dalam kehidupan sehari-hari. Di dalam masyarakat air panas diperlukan untuk mandi, mencuci peralatan dapur dan sebagainya. Air panas tidak hanya diperlukan oleh masyarakat secara pribadi tetapi juga oleh tempat-tempat pelayanan umum seperti hotel, rumah sakit dan pada skala industri air panas diperlukan untuk suatu proses pencucian botol kaca pada industri minuman. Air panas umumnya diperoleh dengan memanaskan air menggunakan energi yang diperoleh dari energi listrik, bahan bakar minyak, atau gas LPG. Seiring dengan berjalannya waktu dan krisis energi, biaya untuk mendapatkan energi tersebut semakin mahal, banyak orang berupaya mencari alternatif lain untuk memanaskan air seperti memanfaatkan energi matahari. Namun selain itu alternatif lain untuk mendapatkan air panas adalah dengan memanfaatkan panas buang dari suatu mesin. Salah satu sumber panas buang mesin yang banyak diteliti dan dikembangkan orang saat kini adalah panas buang dari mesin pendingin.

1.2

Rumusan Masalah Mesin pendingin yang dimanfaatkan panas buangnya umumnya adalah mesin pendingin ruangan (AC) atau mesin pendingin makanan (lemari es) dan

hampir

setiap

rumah

1

penduduk,

rumah

sakit,


hotel atau penginapan memiliki mesin pendingin. Dari penelitian yang ada, pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk memanaskan air dapat menekan biaya yang diperlukan untuk memanaskan air. Penghematan biaya berarti juga penghematan pemakaian energi listrik, bahan bakar minyak atau gas LPG. Selain itu pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk memanaskan air dapat meningkatkan unjuk kerja mesin pendingin yang digunakan. Unjuk kerja sebuah mesin pendingin umumnya dinyatakan dengan koefisien unjuk kerja (COP). Dari sisi lingkungan pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk memanaskan air dapat mengurangi pencemaran lingkungan oleh panas yang terbuang dari mesin pendingin.

1.3

Batasan Masalah Pada Skripsi ini akan diteliti pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk memanaskan air. Dibuatlah mesin pendingin dengan dua kondensor serta menggunakan katub ekspansi thermostatic, dengan alasan mesin pendingin ini merupakan jenis yang sederhana, mudah dibuat dan katub ekspansi thermostatik dapat menyesuaikan bukaan refrigeran yang mengalir ke evaporator ketika beban pada evaporator bertambah maupun berkurang. Agar penelitian yang dilakukan dapat berjalan lancar tanpa mengalami kesulitan, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut: a. Kondensor yang dimanfaatkan panas buangnya utuk memanaskan air adalah kondensor koil yang terbuat dari pipa tembaga. b. Kondensor koil yang pada penelitian ini dibuat melingkar dan diletakkan sedemikian rupa di dalam tong air bagian dasar. c. Panjang kondensor koil adalah 15 m dengan diameter ¼ inchi.

1.4

Tujuan Penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini antara lain : a. Membuat model pemanas air dengan memanfaatkan panas buang mesin pendingin menggunakan dua kondensor.

2


b. Menganalisis COP relatif antara mesin pendingin dengan pemanfaatan panas buang untuk pemanas air menggunakan dua dengan mesin pendingin tanpa pemanfaatan panas buang (standar). c. Memanfaatkan panas buang mesin pendingin menggunakan dua kondensor sebagai pemanas air. d. Menganalisis suhu air yang dihasilkan dengan memanfaatkan panas buang mesin pendingin.

1.5

Manfaat Manfaat yang didapat dari pembuatan Skripsi ini adalah: a. Berpartisipasi dalam penelitian pemanfaatan energi limbah (waste energy). b. Memberikan kontribusi alternatif pemanfaatan energy panas yang terbuang dari mesin pendingin pada masyarakat. c. Menambah kepustakaan tentang pemanfaatan panas buang dari mesin pendingin. d. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi berikutnya untuk membuat prototipe dan produk teknologi pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk memanaskan air yang lebih sempurna.

3


BAB II DASAR TEORI

2.1

Komponen Utama Pada Mesin Pendingin Komponen utama yang terdapat pada sebuah mesin pendingin umumnya adalah evaporator, kompresor, kondensor dan katup ekspansi. Selain komponen utama, pada mesin pendingin terdapat beberapa komponen lain seperti filter atau penyaring, kipas kondensor dan kipas evaporator. Di dalam sistem mesin pendingin terdapat fluida pendingin (refrijeran). Komponen-komponen tersebut merupakan komponen yang umum terdapat pada mesin pendingin baik pendingin ruangan maupun pendingin makanan atau kulkas (Gambar 1).

a. b. c. d. e.

Evaprator Pipa kapiler Kondensor Filter/ Penyaring Kompresor

Gambar 1. Skema mesin pendingin pada kulkas.

4


Prinsip kerja mesin pendingin adalah sebagai berikut: evaporator menyerap panas dari benda atau ruangan yang didinginkan karena temperatur refrijeran dalam evaporator lebih rendah dari benda atau ruangan yang didinginkan. Dari evaporator refrijeran terhisap kedalam kompresor dan keluar dari kompresor dengan tekanan yang tinggi (sekitar 15 bar). Tekanan refrijeran yang tinggi menyebabkan temperatur refrijeran juga tinggi. Dari kompresor refrijeran masuk kedalam kondensor. Temperatur refrijeran lebih tinggi dari temperatur udara sekitar sehingga melalui kondensor refrijeran dapat membuang panas ke lingkungan. Dari kondensor refrijeran masuk kedalam katup ekspansi dan keluar katup ekspansi pada tekanan yang rendah. Tekanan refrijeran yang rendah menyebabkan temperatur refrijeran juga rendah sehingga dapat menyerap panas dari benda atau ruangan yang didinginkan. Siklus ini akan terus berulang. Evaporator dan kondensor yang umum digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa bersirip (Gambar 2). Katup ekspansi yang umum digunakan adalah jenis pipa kapiler dan jenis katup ekspansi dengan kontrol temperatur atau katup ekspansi termostatik (Gambar 3).

Gambar 2. Evaporator atau kondensor.

5


Gambar 3. Katup ekspansi dengan kontrol temperatur.

Evaporator dan kondensor umumnya dilengkapi dengan kipas. Kipas berfungsi untuk memudahkan penyerapan panas (pada evaporator) dan memudahkan pembuangan panas ke lingkungan (pada kondensor). Komponen lain yakni filter/ penyaring berfungsi untuk menyaring uap air dan kotoran yang terdapat di refrijerant akibat gesekan atau korosi di jalur yang di lalui cairan refrijeran. Kotoran dalam refrijeran cenderung menimbulkan karat pada komponenkomponen mesin pendingin sedangkan uap air dapat membeku di dalan katup ekspansi atau evaporator sehingga dapat menghalangi aliran refrijeran.

2.2

Analisis Pada Mesin Pendingin Analisis

mesin

pendingin

lebih

mudah

dilakukan

dengan

menggambarkan siklus pendinginan mesin pendingin pada diagram tekananenthalpi atau diagram p-h (Gambar 4). Titik 1 adalah posisi refrijeran keluar evaporator atau masuk kedalam kompresor, titik 2 adalah posisi refrijeran keluar kompresor atau masuk kedalam kondensor, titik 3 adalah posisi refrijeran keluar kondensor atau masuk katup ekspansi dan titik 4 adalah posisi refrijeran keluar katup ekspansi atau masuk kedalam evaporator. Qevaporator adalah panas yang diserap evaporator, Qkondensor adalah panas yang 6


dibuang kondensor ke lingkungan dan Wkompresor adalah kerja yang dilakukan kompresor.

Gambar 4. Diagram tekanan-enthalpi (p-h).

2.3

Perhitungan Yang Digunakan Pada Mesin Pendingin Unjuk kerja suatu mesin pendingin ditunjukkan oleh koefisien unjuk kerja (COP) yang dihasilkan. COP suatu mesin pendingin dapat dihitung dengan persamaan: (1) Persamaan (1) berlaku untuk mesin pendingin yang membuang panas melalui kondensor ke lingkungan, tanpa pemanfaatan panas buang (Gambar 5).

7


Gambar 5. Skema mesin pendingin yang membuang panas melalui kondensor ke lingkungan, tanpa penmanfaatan panas buang.

Pada mesin pendingin yang dilengkapi mesin yang dapat memanfaatkan panas buang kondensor maka COP yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: (

)

(2)

Persamaan (2) berlaku untuk mesin pendingin yang dilengkapi alat yang dapat memanfaatkan panas buang mesin pendingin. Peningkatan COP yang diperoleh dihitung dengan persamaan: (3) Pada pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk pemanas air, panas buang yang termanfaatkan (Qberguna) dapat dihitung dengan persamaan: Qberguna= (m.Cp.∆T)air

(4)

8


Dengan m adalah massa air panas (kg), Cp adalah kapasitas panas air atau heat capacity (J/kg) dan ∆T adalahPeningkatan Suhu air (°C). Persamaan (4) berlaku untuk mesin pendingin yang dilengkapi alat yang dapat memanfaatkan panas buang mesin pendingin sebagai pemanas air menggunakan dua kondensor (Gambar 6).

Gambar 6. Skema mesin pendingin yang dilengkapi dengan alat pemanfaatkan panas buang sebagai pemanas air (menggunakan dua kondensor).

2.4

Penelitian Yang Pernah Dilakukan Beberapa penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, penelitian pemanfaatan panas buang pada mesin pendingin domestik dapat menaikkan COP mesin pendingin dan penghematan biaya pemanas air. Suatu disain penukar kalor yang digunakan pada pemanfaatan panas buang mesin pendingin dapat memanfaatkan 40% dari panas yang terbuang melalui kondensor (Kaushik, 1995). Pemanfaatan panas buang mesin pendingin untuk pemanas air dan lantai dapat menghasilkan temperatur air panas sebesar 60⁰C dan temperatur lantai maksimal 50⁰C, temperatur lantai yang umum adalah sebesar 28⁰C sampai 30⁰C (Slama, 2010).

9


Pemanfaatan panas buang mesin pendingin makanan untuk pemanas air menghasilkan air panas 60⁰C dalam 5 jam, COP pendinginan 3 dan COP pemanasan 4 sehingga COP secara keseluruhan sebesar 7 (Slama, 2009). Penelitian pemanfaatan panas buang pendingin untuk pengering pakaian menghasilkan laju pengeringan sebesar 2,26 kg/jam jika menggunakan kipas tambahan dan 1,1 kg/jam jika tidak menggunakan kipas tambahan. Hasil ini lebih baik dibandingkan pengeringan di dalam ruangan sebesar 0,17 kg/jam dan

pengeringan

dengan

pengering

listrik

sebesar

1,9

kg/jam

(Suntivarakorn, 2010). Penelitian menunjukkan bahwa unit pendingin yang dimanfaatkan untuk pemanas dapat menghemat energi listrik, mengurangi pencemaran lingkungan, biaya pembuatan yang murah, operasional dan perawatan yang mudah (Zhu, 2012).

10


BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Konfigurasi Alat Penelitian Sarana yang di gunakan untuk penelitian pemanfaatan panas buang mesin pendingin sebagai pemanas air ini adalah terdiri dari 2 (dua) konfigurasi mesin sebagai berikut: 1. Mesin pendingin tanpa pemanas air/mesin pendingin standar.Dengan skema seperti disajikan pada Gambar 5. 2. Mesin pendingin yang dilengkapi alat yang dapat memanfaatkan panas buang mesin pendingin sebagai pemanas air menggunakan dua kondensor.Dengan skema seperti disajikan pada Gambar 6.

3.2

Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : 1. Kondensor koil Kondensor koil digunakan sebagai alat untuk membuang kalor dari refrigerant ke air yang ingin dipanasi di dalam tong air. 2. Manometer. Manometer berfungsi sebagai mengukur dan membaca tekanan refrigerant pada mesin pendingin yang digunakan dalam penelitian. 3. Thermokopel tipe-k. Alat ini berfungsi sebagai sensor temperatur yang mampu mengubah tegangan/arus listrik yang selanjutnya dikonversi menjadi data temperatur dengan alat thermo-logger. 4. Thermo-logger Alat ini digunakan untuk mengubah dan menyimpan data temperatur suatu tempat atau benda setiap satu menit kedalam memori, dengan cara menghubungkannya dengan termokopel. 11


5. Memori card 2Gb. Memori card digunakan sebagai media penyimpanan data dihasilkan oleh thermo logger, sampai data yang dibutuhkan selesai diambil.

3.3

Variabel yang diukur Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Temperatur masuk evaporator (TMEvap) 2. Temperature keluar evaporator (TKEvap) 3. Temperatur keluar kompresor (TKKomp) 4. Tekanan refrijeran masuk kompresor (PM) 5. Tekanan refrijeran keluar kompresor (PK) 6. Temperatur udara sekitar (Ta) 7. Temperatur air yang dipanasi/ Tair-panas (⁰C) 8. Temperatur air pada kotak evaporator/ Tair-evap (⁰C) 9. Lama waktu pencatatan data (t)

3.4

Langkah Penelitian Adapun langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: a. Penelitian diawali dengan penyiapan mesin seperti disajikan padagambar 5 dan 6. Kedua konfigurasi mesin dijalankan secara bersamaan. b. Pengambilan data dilakukan tiap 10 menit selama 120 sekali operasional, untuk tiap variasi tekanan kerja evaporator dan massa air yang dipanasi, temperatur kerja evaporator divariasikan dengan mengatur angka pada pengaturan thermostat, sedangkan massa air yang dipanasi divariasikan dengan alat ukur takaran liter. c. Data yang dicatat adalah temperatur masuk evaporator (TMEvap), temperature keluar evaporator (TKEvap), temperatur keluar kompresor (TKKomp), tekanan refrijeran masuk kompresor (PM), tekanan refrijeran keluar kompresor (PK), temperature evaporator (Tair-evap) dan temperatur air yang dipanasi (Tair-panas).

12


d. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk hari berikutnya kondisi mesin penelitian harus diperiksa untuk memastikan tidak ada masalah seperti kebocoran freon pada mesin maupun alat ukur yang terlepas. e. Setelah data yang dibutuhkan untuk penelitian selesai diambil, kemudian masuk tahap pengolahan data. Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan padaparameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampaidengan (4) dengan menggunakan Ms Excel.

13


BAB IV HASIL DAN EMBAHASAN

4.1

Data Penelitian Data yang diperoleh pada saat penelitian dari konfigurasi mesin pendingin tanpa pemanfaatan panas buang (standar) dan mesin pendingin dengan pemanfaatan panas buang dengan menggunakan dua kondensor adalah sebagai berikut : Suhu udara sekitar

= 28⁰C

Adapun data yang diperoleh dari penelitian ini adalah : 1. Data pertama Tabel 1. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

waktu P evap P kond TK evap TK komp TM evap T air evap t Psi Psi ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C 0 10 145 24 25 18 25 10 17 155 23 57 -5 25 20 18 156 22 78 -3 23 30 18 158 20 90 10 23 40 20 160 19 98 0 22 50 18 158 18 100 0 22 60 18 160 18 102 6 22 70 20 162 17 105 3 22 80 20 160 17 106 0 21 90 20 160 16 105 3 21 100 20 160 17 104 2 20 110 20 160 16 105 3 20 120 20 160 15 104 4 20

14


Tabel 2. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP)untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 168,95 217,21 224,11 224,11 237,90 224,11 224,11 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (Standar) 1099,74 220,30 414,12 412,75 1168,69 192,85 413,94 437,49 1175,58 195,09 413,74 454,48 5,37 1189,37 210,34 413,34 464,11 4,00 1203,16 198,51 413,12 470,49 3,74 1189,37 198,51 412,89 472,27 3,61 1203,16 205,53 412,89 473,76 3,41 1216,95 201,99 412,65 476,08 3,32 1203,16 198,51 412,65 477,03 3,33 1203,16 201,99 412,41 476,21 3,30 1203,16 200,82 412,65 475,40 3,38 1203,16 201,99 412,41 476,21 3,30 1203,16 203,16 412,15 475,40 3,30

Tabel 3. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

waktu P evap P kond TK evap TK komp TM evap T air evap T air panas t Psi Psi ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C 0 10 140 26 25 19 25 25 10 18 155 25 62 2 24 26 20 24 170 20 86 4 23 28 30 28 175 17 99 4 21 28 40 28 185 17 106 8 20 29 50 30 195 17 110 8 19 29 60 30 205 14 115 8 18 30 70 30 210 16 115 9 17 32 80 32 220 16 115 9 17 37 90 32 225 14 115 9 16 40 100 32 225 13 115 9 14 40 110 33 235 13 116 9 14 42 120 28 240 12 116 9 13 43

15


Tabel 4. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP)untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 168,95 224,11 265,47 293,05 293,05 306,84 306,84 306,84 320,63 320,63 320,63 327,53 293,05

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (m-air) 1065,27 221,57 414,45 413,36 1168,69 200,82 414,29 441,55 1272,11 203,16 413,34 459,90 4,51 1306,58 203,16 412,65 470,57 3,62 1375,53 207,92 412,65 479,17 3,08 1444,48 207,92 412,65 481,02 2,99 1513,43 207,92 411,88 481,94 2,91 1547,90 209,13 412,41 481,74 2,93 1616,85 209,13 412,41 481,26 2,95 1651,32 209,13 411,88 480,90 2,94 1651,32 209,13 411,61 480,90 2,92 1720,27 209,13 411,61 481,05 2,92 1754,74 209,13 411,32 480,67 2,92

Tabel 5. Data hasil pengolahan (pada Qberguna, COPp dan Peningkatan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Q loss m refrigeran (kJ) (kg/detik) 10,24 0,0001 12,86 0,0014 15,59 0,0014 21,34 0,0028 24,35 0,0015 27,43 0,0016 30,58 0,0016 33,79 0,0016 33,79 0,0003 37,07 0,0017 43,81 0,0031 43,81 0,0004 47,26 0,0017

Q Kond Q berguna Q terbuang Peningkatan COP COPp (kJ) (kJ) (kJ) (%) 0,0170 0,0000 0,0170 0,3320 0,0187 0,3134 0,3652 0,0373 0,3279 5,08 12,49% 0,7424 0,0000 0,7424 3,62 0,00% 0,4155 0,0187 0,3968 3,26 5,95% 0,4251 0,0000 0,4251 2,99 0,00% 0,4352 0,0187 0,4166 3,08 5,76% 0,4416 0,0373 0,4043 3,26 11,34% 0,4488 0,8309 0,0981 0,4724

0,0560 0,0000 0,0373 0,0187

0,3928 0,8309 0,0607 0,4537

3,43 2,92 4,41 3,07

16,73% 0,00% 51,13% 5,31%

16


2. Data kedua Tabel 6. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

waktu P evap P kond TK evap TK komp TM evap T air evap t Psi Psi ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C 0 24 195 18 86 -4 20 10 18 160 16 93 -3 20 20 19 160 16 97 5 19 30 20 160 16 99 -3 19 40 20 163 14 104 -4 19 50 20 165 16 101 -4 19 60 20 165 14 102 1 19 70 20 165 16 104 0 19 80 20 165 14 102 -2 19 90 20 165 13 101 -3 19 100 20 165 14 101 -3 19 110 20 165 14 102 -3 18 120 20 165 16 104 -3 19

Tabel 7. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 265,47 224,11 231,00 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (Standar) 1444,48 193,97 412,89 460,28 4,62 1203,16 195,09 412,41 466,41 4,02 1203,16 204,34 412,41 469,68 3,63 1203,16 195,09 412,41 471,31 3,69 1223,85 193,97 411,88 475,19 3,44 1237,63 193,97 412,41 472,60 3,63 1237,63 199,66 411,88 473,42 3,45 1237,63 198,51 412,41 475,06 3,41 1237,63 196,23 411,88 473,42 3,50 1237,63 195,09 411,61 472,60 3,55 1237,63 195,09 411,88 472,60 3,57 1237,63 195,09 411,88 473,42 3,52 1237,63 195,09 412,41 475,06 3,47

17




Tabel 9. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 251,68 279,26 286,16 293,05 299,95 306,84 306,84 293,05 293,05 313,74 293,05 279,26 279,26

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (m-air) 1306,58 204,34 411,03 463,11 3,97 1341,06 204,34 411,61 471,87 3,44 1444,48 203,16 411,32 477,60 3,14 1492,74 204,34 411,03 475,65 3,20 1547,90 204,34 411,32 476,62 3,17 1582,37 205,53 411,03 478,96 3,03 1616,85 205,53 411,03 481,26 2,93 1823,69 205,53 411,03 479,80 2,99 1651,32 209,13 411,32 479,18 2,98 1706,48 205,53 411,03 486,40 2,73 1996,06 205,53 411,03 479,74 2,99 1740,95 207,92 411,03 482,56 2,84 1754,74 205,53 411,03 486,76 2,71

18



Q loss m refrigeran (kJ) (kg/detik) 43,81 0,0004 47,26 0,0017 50,76 0,0017 50,76 0,0004 54,31 0,0018 54,31 0,0004 54,31 0,0004 57,90 0,0018 57,90 0,0005 61,54 0,0018 57,90 61,54 0,0018 61,54 0,0005

Q Kond Q berguna Q terbuang Peningkatan COP COPp (kJ) (kJ) (kJ) (%) 0,0914 0,0000 0,0914 3,97 0,00% 0,4540 0,0373 0,4167 3,80 10,61% 0,4714 0,0560 0,4154 3,63 15,66% 0,1110 0,0373 0,0737 4,61 44,13% 0,4782 0,0000 0,4782 3,17 0,00% 0,1204 0,0373 0,0831 4,27 41,25% 0,1214 0,0187 0,1028 3,53 20,62% 0,4932 0,0373 0,4558 3,29 10,10% 0,1289 0,0187 0,1102 3,56 19,34% 0,5133 0,0187 0,4946 2,86 4,97% 0,5078 0,1404

0,0000 0,0187

0,5078 0,1217

2,84 3,21

0,00% 18,20%

3. Data ketiga Tabel 11. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6 (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

waktu P evap P kond TK evap TK komp TM evap T air evap t Psi Psi ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C 0 24 180 19 27 20 19 10 20 165 16 94 4 18 20 20 165 14 100 2 18 30 20 160 13 102 -2 18 40 20 160 13 102 -4 18 50 20 160 14 104 -4 18 60 20 160 13 104 -4 18 70 20 160 14 102 -4 17 80 20 160 14 105 -4 17 90 20 160 14 105 -3 17 100 20 160 13 105 -3 17 110 20 160 13 106 -3 16 120 20 160 14 105 -4 17

19



P evap Kpa 265,47 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (Standar) 1341,06 222,86 413,12 409,27 1237,63 203,16 412,41 466,86 3,84 1237,63 200,82 411,88 471,78 3,52 1203,16 196,23 411,61 473,76 3,47 1203,16 193,97 411,61 473,76 3,50 1203,16 193,97 411,88 475,40 3,43 1203,16 193,97 411,61 475,40 3,41 1203,16 193,97 411,88 473,76 3,52 1203,16 193,97 411,88 476,21 3,39 1203,16 195,09 411,88 476,21 3,37 1203,16 195,09 411,61 476,21 3,35 1203,16 195,09 411,61 477,03 3,31 1203,16 193,97 411,88 476,21 3,39



20


Tabel 14. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 6, massa air yang dipanasi 32 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 251,68 231,00 224,11 251,68 265,47 237,90 237,90 265,47 293,05 279,26 279,26 293,05 293,05



Q loss m refrigeran (kJ) (kg/detik) 61,54 0,0005 65,23 0,0019 65,23 0,0005 76,53 0,0047 72,72 72,72 0,0006 72,72 0,0006 72,72 0,0006 65,23 65,23 0,0005 72,72 0,0032 65,23 61,54

Q Kond Q berguna Q terbuang Peningkatan COP COPp (kJ) (kJ) (kJ) (%) 0,1233 0,0000 0,1233 4,95 0,00% 0,5099 0,0373 0,4725 3,27 9,78% 0,1466 0,0560 0,0906 4,35 51,51% 1,2928 0,0187 1,2741 2,79 1,97% 0,1671 0,1669 0,1667

0,0187 0,0000 0,0373

0,1484 0,1669 0,1294

3,05 2,65 3,49

15,40% 0,00% 30,80%

0,1487 0,9188

0,0000 0,0373

0,1487 0,8815

2,72 2,80

0,00% 5,60%

21


4. Data keempat Tabel 16. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

waktu P evap P kond TK evap TK komp TM evap T air evap t Psi Psi ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C 0 9 135 22 26 18 22 10 16 155 19 58 -5 22 20 17 160 17 76 4 22 30 19 160 17 85 11 22 40 20 160 17 93 6 22 50 20 160 17 98 3 22 60 21 160 17 99 0 21 70 20 162 17 97 11 21 80 20 162 17 99 0 20 90 20 162 17 100 4 21 100 20 162 18 99 0 20 110 20 162 17 100 0 19 120 20 162 18 101 0 20


P evap Kpa 162,05 210,32 217,21 231,00 237,90 237,90 244,79 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (Standar) 1030,79 220,30 413,74 414,77 1168,69 192,85 413,12 438,30 1203,16 203,16 412,65 452,52 5,25 1203,16 211,56 412,65 459,87 4,26 1203,16 205,53 412,65 466,41 3,85 1203,16 201,99 412,65 470,49 3,64 1203,16 198,51 412,65 471,31 3,65 1216,95 211,56 412,65 469,53 3,54 1216,95 198,51 412,65 471,17 3,66 1216,95 203,16 412,65 471,99 3,53 1216,95 198,51 412,89 471,17 3,68 1216,95 198,51 412,65 471,99 3,61 1216,95 198,51 412,89 472,81 3,58

22




Tabel 19. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 47 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 162,05 244,79 272,37 279,26 293,05 293,05 293,05 293,05 299,95 306,84 313,74 313,74 320,63

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (m-air) 1065,27 224,14 413,34 413,36 1216,95 200,82 412,65 442,52 1272,11 204,34 412,65 463,20 4,12 1306,58 204,34 412,65 471,40 3,55 1375,53 205,53 412,65 480,03 3,07 1410,00 207,92 412,41 483,03 2,90 1465,16 207,92 411,88 482,36 2,89 1499,64 207,92 412,41 481,19 2,97 1527,21 207,92 411,88 481,86 2,91 1582,37 209,13 411,61 481,53 2,90 1616,85 210,34 411,88 481,26 2,91 1637,53 209,13 411,61 482,77 2,85 1651,32 209,13 411,61 483,49 2,82

23


Tabel 20. Data hasil pengolahanan (pada Qberguna, COPp dan PeningkatanCOP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 47 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Q loss m refrigeran (kJ) (kg/detik) 21,34 0,0002 21,34 0,0002 24,35 0,0015 27,43 0,0015 27,43 0,0002 30,58 0,0016 33,79 0,0016 37,07 0,0016 43,81 0,0030 43,81 0,0004 47,26 0,0017 50,76 0,0018 50,76 0,0004

Q Kond Q berguna Q terbuang Peningkatan COP COPp (kJ) (kJ) (kJ) (%) 0,0356 0,0000 0,0356 0,0406 0,0000 0,0406 0,3897 0,0000 0,3897 4,12 0,00% 0,4086 0,0823 0,3263 4,46 25,81% 0,0606 0,0274 0,0332 4,92 59,98% 0,4359 0,0823 0,3536 3,63 25,39% 0,4431 0,0548 0,3883 3,38 16,65% 0,4474 0,0274 0,4200 3,22 8,19% 0,8314 0,0274 0,8040 3,04 4,43% 0,0982 0,0000 0,0982 2,90 0,00% 0,4728 0,0548 0,4180 3,36 15,59% 0,4833 0,0548 0,4284 3,28 15,33% 0,1146 0,0000 0,1146 2,82 0,00%

5. Data kelima Tabel 21. Data hasil pengamatan untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, (untuk alat standar). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

waktu P evap P kond TK evap TK komp TM evap T air evap t Psi Psi ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C 0 24 195 14 75 12 20 10 18 160 18 92 -3 20 20 18 160 18 98 0 19 30 20 162 17 99 -2 19 40 20 162 17 99 -3 19 50 20 162 16 99 -3 19 60 20 162 17 99 0 19 70 20 162 16 100 3 19 80 18 158 16 98 3 19 90 19 158 14 99 1 19 100 20 158 14 100 -4 18 110 20 158 16 100 -3 19 120 19 155 16 101 -3 18

24


Tabel 22. Data hasil pengolahan (pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, (untuk alat standar) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 265,47 224,11 224,11 237,90 237,90 237,90 237,90 237,90 224,11 231,00 237,90 237,90 231,00

P Kond Hf Kond (H4) Hg Evap (H1) H Komp (H2) COP Kpa kj/kg kj/kg kj/ kg (Standar) 1444,48 212,79 411,88 450,61 5,14 1203,16 195,09 412,89 465,59 4,13 1203,16 198,51 412,89 470,49 3,72 1216,95 196,23 412,65 471,17 3,70 1216,95 195,09 412,65 471,17 3,72 1216,95 195,09 412,41 471,17 3,70 1216,95 198,51 412,65 471,17 3,66 1216,95 201,99 412,41 471,99 3,53 1189,37 201,99 412,41 470,63 3,61 1189,37 199,66 411,88 471,45 3,56 1189,37 193,97 411,88 472,27 3,61 1189,37 195,09 412,41 472,27 3,63 1168,69 195,09 412,41 473,29 3,57



25


Tabel 24. Data hasil pengolahan(pada tekanan, enthalpy dan COP) untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 62 liter (untuk alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor). No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

P evap Kpa 279,26 286,16 293,05 293,05 293,05 293,05 293,05 293,05 293,05 293,05 293,05 279,26 293,05



Q loss m refrigeran (kJ) (kg/detik) 50,76 0,0004 54,31 0,0018 54,31 0,0004 54,31 0,0004 54,31 0,0004 54,31 0,0004 61,54 0,0032 57,90 61,54 0,0019 65,23 0,0018 72,72 0,0032 65,23 72,72 0,0033

Q Kond Q berguna Q terbuang Peningkatan COP COPp (kJ) (kJ) (kJ) (%) 0,1077 0,0000 0,1077 3,67 0,00% 0,4756 0,1085 0,3671 4,21 29,85% 0,1214 0,1221 0,1223 0,8831

0,1085 0,0000 0,0362 0,0000

0,0129 0,1221 0,0861 0,8831

6,44 2,87 3,99 2,77

119,87% 0,00% 39,96% 0,00%

0,5064 0,5199 0,9112

0,0000 0,0000 0,0362

0,5064 0,5199 0,8750

2,87 2,76 2,88

0,00% 0,00% 5,42%

0,8947

0,0000

0,8947

2,93

0,00%

26


Tabel 26. Data hasil rata-rata dari alat standar dan alat dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor pada variasi yang berbeda. No 1 2 3 4 5

4.2

Q berguna Peningkatan COP COP COPp COP (m-air) (kJ) (%) (Standar) Beban Evap level 2, massa air 32 Lt 0,0202 3,51 10,87% 3,15 3,64 Beban Evap level 4, massa air 32 Lt 0,0233 3,56 15,41% 3,09 3,66 0,0228 3,34 12,78% Beban Evap level 6, massa air 32 Lt 2,90 3,46 3,84 Beban Evap level 2, massa air 47 Lt 0,0316 3,56 15,58% 3,08 Beban Evap level 2, massa air 62 Lt 0,0289 3,54 19,51% 2,94 3,79 Variasi

Pengolahan data dan perhitungan Berikut adalah proses pengolahan dan perhitungan data yang saya lakukan dalam penelitian : 1. Mengkonversikan tekanan masuk dan keluar kompresor Karna data dari tekanan (presure) yang didapat masih menggunakan satuan Psi maka data tersebut dikonversikan ke satuankPakemudian menjadi tekanan absolut, menggunakanMs Excel dengan persamaan berikut : Pevap (kPa)

= {[6894,75729*Pevap(Psi)]+100000}/1000

Dengan : 6894.75729 adalah (1 Psi = 6894,75729 MPa)., 100000 adalah Tekanan absolutkPa ke 1 atm dan1000 adalah Dari MPa ke kPa (mega ke kilo). 2. Mencari Hfpada evaporator (H4) dan Hg pada kompresor (H1) Untuk mendapatkan nilai Hf dan Hg menggunakan tabel temperature Freon-22 (saturation properties) yaitu Temperatur dan Enthalpy, kemudian membuat grafik x-y scatter pada Ms Excel dengan : Aksis x

= Temperatur (⁰C)

Aksis y

= Enthalpy (Hfatau Hg)

Kemudian mengubah pengaturan format trendline dari tabel dengan polynomial pada order = 2, lalu display Equation on Chart-nya diceklis kemudian click “Close” pada sudut kanan bawah (Gambar 7).

27


Gambar 7. Pengaturan format “trendline” pada tabel dengan polynomial.

Cara ini digunakan untuk mendapatkan rumus pendekatan nilai Hf dan Hg. Rumusyang didapatkan dari cara ini adalah sebagai berikut : Hf

= (y = 0,0034x2 + 1,1493x + 198,51) = (0,0034*TMevap2 + 1,1493*TMevap + 198,51)

Hg

= (y = -0,0047x2 + 0,4018x + 407,18) = (-0,0047*TKevap2 + 0,4018*TKevap + 407,18)

3. Mecari Hkompresor(H2) Untuk mendapatkan rumus yang digunakan unruk mendapatkan enthalpy kompresorHkomp(H2) juga menggunakan tabel temperature Freon-22 (superheated vapor) yaitu Temperatur dan Enthalpy pada tiap pressure atau tekanan yang berbeda yang disesuaikan dengan tekanan pada evaporator/Pevappaling rendah pada data yang saya dapatkan diatas

28


adalah 140 kPa sampai tekanan paling tinggi pada kondensor/Pkondadalah 2000kPa.Kemudian membuat grafik x-y scatter pada Ms Excel dengan : Aksis x

= Temperature (⁰C)

Aksis y

= Enthalpy sesuai pressure (tekanan absolut yang sudah ada dalam tabel R-22)

Pengaturan polynomialnya sama seperti pada kasus mencari Hf dan Hg, sebagai contoh saya gunakan rumus dari tekanan yang paling rendah dan tekanan yang paling tinggi sebagai berikut : Pada tekanan 140 kPa

= (y = 0,0005x2 + 0,6446x + 412,34)

= (0,0005*TKkomp2 + 0,6446*TKkomp + 412,34) Pada tekanan 2000 kPa

= (y = -0,0003x2 + 0,9557x + 371,12)

= (-0,0003*TKkomp2 + 0,9557* TKkomp + 371,12) Setelah didapat nilai dari rumus diatas, kemudian untuk mendapat nilai Hkomp yang paling mendekati nilai Hkomp sebenarnya saya menggunakan Ms Excel. 4. Menghitung COP Setelah H1, H2 dan H4 telah didapatakan maka selanjutnya mencari COP dari mesin pendingin dengan rumus :

5. Mencari kalor dari luar yang masuh ke kotak evaporator (Qloss) Persamaan yang digunakan adalah rumus perpindahan kalor konduksi dari buku (Holman, 1984). h = 1,42*(∆T/L)0,25 = (1,42*((suhu udara - Tair evap)/tinggi air)0,25*t)/1000, dengant adalah waktu 10 menit (setiap satu kali pengambilan data) [10 * 60 = 600 (s)], pairadalah 1000 (kg/m2). 6. Mencari mrefrigerant (mref) Untuk mencari massa refrigerant yang mengalir setiap waktunya (10 menit) digunakanlah persamaan sebagai berikut : mref = ((mair pada evap*Cpair*∆Tevap) + Q loss * pair)/t, 29


dengan mair pada evapadalah massa air dalam kotak evaporator, Cpair adalah 4200 kJ, ∆Tevapadalah Penurunan suhu air pada evaporator. 7. Menghitung Qkondensor (Qkond) Persamaan yang digunakan adalah : Qkond = (mref * Qin)/Cpair/waktu (t) Qin

= H2 – H4

8. Mencari Qberguna (kalor yang dimanfaatkan untuk memanaskan air) Qberguna = (mair panas*Cp*∆Tair panas), dengan;mair

panasadalah

massa air yang dipanasi, ∆Tair

panasadalah

peningkatan suhu air panas

9. Mencari Qterbuang (kalor yang terbuang ke udara atau lingkungan) Qterbuang

= Qkond - Qberguna

10. Mencari COPp digunakan persamaan : (

)

11. Peningkatan COP didapat dengan persamaan :

4.3

Pembahasan grafik hasil penelitian Dari penelitian dan proses pengolahan data yang sudah saya lakukan berikut adalah hasil dan pembahasannya :

30


Gambar 8. Peningkatan suhu air yg dipanasi untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. Pada Gambar 8 diatas terlihat bahwa suhu air yang dipanasi dengan memanfaatkan panas buang dari mesin pendingin menggunakan dua kondensor, seiring berjalannya waktu mengalami kenaikan suhu yang cukup baik dan stabil. Namun dari ketiga kenaikan suhu pada ketiga temperatur evaporator tersebut, proses kenaikan suhu yang paling baik adalah terjadi pada temperatur evaporator 4 dan pada temperatur evaporator 6.

Gambar 9. Peningkatan suhu air yg dipanasi untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, air yg dipanasi berbeda.

31


Pada Gambar 9 diatas terlihat bahwa suhu air yang dipanasi dengan memanfaatkan panas buang dari mesin pendingin menggunakan dua kondensor, mengalami kenaikan suhu yang hampir sama dan stabil seiring dengan berjalannya waktu. Pada kondisi beban evaporator pada level6 kenaikan suhunya lebih baik dari kedua variasi 2 dan 4, namun pada menit akhir pengujian rata-rata suhu yang dihasilkan hampir sama nilainya yaitu sekitar 42⁰C.

Gambar 10. Grafik rata-rata antara COP standar dan COP alat yang dimanfaatkan panas buangnya sebagai pemanas air, untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda massa air yg dipanasi 32 liter.

Pada Gambar 10terlihat bahwa dari tiga rata-rata COP pada alat tanpa pemanfaatan panas buang dari mesin pendingin lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh pembuangan panas dari alat standar lebih baik (menggunakan bantuan 2 kipas/fan untuk pembuangan panasnya). Dari kedua alat ini variasi yang paling baik adalah pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2.

32


Gambar 11. Grafik rata-rata antara COP standar dan COP yg dimanfaatkan panas buangnya sebagai pemanas air, untuk kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 massa air yg dipanasi berbeda. Pada Gambar 11 juga terlihat bahwa rata-rata COP pada alat tanpa pemanfaatan panas buang (standar) lebih tinggi dari COP dengan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air.

Dari mesin pendingin

dengan pemanfaatan panas buang, variasi yang paling baik adalah pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yang dipanasi 47 liter.

Gambar 12. Grafik dari rata-rata COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. 33


Pada Gambar 12 rata-rata COPp pada alat dengan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air, variasi yang paling baik adalah pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 yang mencapai 3,55.

Gambar 13. Grafik dari rata-rata COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yg dipanasi berbeda.

Pada Gambar 13terlihat bahwa rata-rata COPp pada alat dengan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air, variasi yang paling baik adalah pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4massa air yang dipanasi 47 liter. Namun secara keseluruhan dari tiga variasi diatas rata-rata COPp nya hampir sama yaitu 3,5.

34


Gambar 14. Grafik dari rata-rata peningkatan COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter. Pada Gambar 14 rata-rata peningkatan COP terjadi pada alat dengan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air, yaitu dari COP ke COPp. Dari ketiga variasi diatas terlihat bahwa pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 massa air yang dipanasi 32 liter adalah yang terbaik dengan peningkatan COP 15%.

Gambar 15. Grafik dari rata-rata peningkatan COPp pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yg dipanasi berbeda.

35


Pada Gambar 15 rata-rata peningkatan COP yang dihasilkan selama 120 menit semakin meningkat pada setiap massa air yang dipanasi, dari ketiga variasi diatas, terjadi peningkatan COP terbaik sebasar 19% pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 massa air yang dipanasi 62 liter.

Gambar 16. Grafik dari rata-rata Qberguna pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, massa air yg dipanasi 32 liter.

Pada Gambar 16 dari ketiga variasi kondisi pengaturan beban evaporator pada level berbeda, rata-rata Qberguna yang termanfaatkan pada mesin pendingin dengan pemanfaatan panas buang sebagai pemanas air selama 120 menit adalah 20 J sampai 23,5 J. Dari ketiga variasi diatas yang terbaik yaitu pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 4 massa air yang dipanasi 32 liter dengan Qberguna yang dimanfaatkan selama 120 menit 23,5 J.

36


Gambar 17. Grafik dari rata-rata Qberguna pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2, massa air yg dipanasi berbeda.

Pada Gambar 17 dari ke tiga rata-rata Qberguna yang termanfaatkan sebagai pemanas air seama 120 menit adalah sebesar 20 J sampai 32 J. Dari ketiga variasi diatas yang terbaik yaitu pada kondisi pengaturan beban evaporator pada level 2 massa air yang dipanasi 47 liter dengan Qberguna yang dimanfaatkan selama 120 menit 32 J.

37


BAB V PENUTUP

5.1

Kesimpulan Dari penelitian dan perhitungan Pada Skripsi ini dapat disimpulkan bahwa : 1. Model pemanas air dengan memanfaatkan panas buang mesin pendingin berhasil dibuat. 2. Dari rata-rata COP yang dihasilkan ternyata COP mesin pendingin dengan menggunakan dua kondensor relatif lebih rendah dari COP mesin pendingin tanpa pemanfaatan panas buang. 3. Pemanfaatan panas buang dari mesin pendingin yang menggunakan dua kondensor sebagai pemanas air berhasil hal ini ditunjukan dengan ratarata Qberguna efektif yang dihasilkan yaitu 31,6 J selama 120 menit. 4. Suhu efektif yang dihasilkan dari pemanfaatan panas buang mesin pendingin menggunakan dua kondensor dalam pengoperasian selama 120 menit adalah 44⁰C.

5.2

Saran Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang ini adalah : 1. Untuk sensor temperatur air yang akan dipanasi, gunakanlah lebih dari satu sensor serta peletakan posisi sensor dalam air yang akan dipanasi, letakankan sensor pada titik yang bebeda agar didapat pembacaan suhu air yang lebih baik. 2. Jika menggunakan sensor temperatur termokopel pada bodi atau kerangka alat yang terbuat dari bahan konduktor, sebaiknya lapisi dengan isolasi listrik tipis namun harus tetap bisa membaca temperatur dengan normal dari bagian alat yang diinginkan, ini dilakukan agar arus ground pada alat tidak menggangu pembacaan sensor.

38


3. Pada kondensor koil yang digunakan untuk menyalurkan kalor (Q) ke air yang ingin dipanasi, sebaiknya tambahkan sirip agar pembuangan kalor ke air yang dipanasi lebih baik dan maksimal. 4. Jika

menggunakan

mesin

pendingin

tanpa

pemanfaatan

panas

buang(standar) sebagai pembanding, sebaiknya jangan menggunakan fan (kipas). Kalau pun harus menggunakan fan tambahan untuk membantu pembuangan kalor dari kondensor gunakanlah satu fan saja, agar pembuangan kalor dari kondensor pada mesin standar sama dengan mesin pendingin yang dimanfaatkan panas buangnya.

39


DAFTAR PUSTAKA

Holman. J.P.,(1984), Heat Trasfer, Erlangga Jakarta., Edisi V, PP. 288-289. Kaushik, S.C., Singh, M., (1995), Feasibility and Design studies for heat recovery from a refrigeration system with a canopus heat exchanger, Heat Recovery Systems & CHP, Vol.15,pp:665-673. Slama, R. B., (2010), Refrigerator Coupling to a Water-Heater and Heating Floor to Save Energy and to Reduce Carbon Emissions, Computational Water, Energy, and Environmental Engineering, ,2, pp: 21-29 Slama, R.B., (2009), Water-heater coupled with the refrigerator to develop the heat of the condenser, International Renewable Energy Congress, November 5-7, Sousse Tunisia Suntivarakorn, P., Satmarong, S., Benjapiyaporn, C., Theerakulpisut, S., (2010), An Experimental Study on Clothes Drying Using Waste Heat from Split Type Air Conditioner, International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering 4:4 Zhu, C.,Yang, M., Wang, J.L., (2012), Research and Analysis of the Domestic Cooling and Heating Unit, Journal Of Environmental Engineering And Technology, Vol. 1, No. 3

40


LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 Foto Konfigurasi Alat Yang Digunakan Dalam Penelitian

Keterangan: Foto konfigurasi alat (mesin pendingin) tanpa pemanfaatan panas buang (alat standar). 41


Keterangan: Foto konfigurasi alat (mesin pendingin) dengan pemanfaatan panas buang menggunakan dua kondensor.

42


LAMPIRAN 2 Foto Peralatan Yang Digunakan Dalam Penelitian

Kondensor koil

Thermo-logger dan thermokopel tipe-K

43


Manometer (Presure Gate)

Memory card 2 Gb

44

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents