STUDI PERFORMANSI PENUKAR KALOR UNTUK PEMANASAN AIR PADA SISTEM PENGKONDISIAN UDARA JENIS SPLIT Nopriyadi, Ir. Khaidir, M. Eng. IPM1), Suryadimal, S.T.,M.T2) 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] [email protected] [email protected] ABSTRAK Pengkondisian udara (Air Conditioner) saat ini tidak hanya bisa untuk mendinginkan dan memberi kenyamanan pada penghuninya dalam bentuk temperature ruangan saja, namun juga dapat memberikan manfaat lain seperti untuk pemanasan air yang bisa di gunakan untuk keperluan lainya dalam kehidupan sehari-hari. Dalam pengujian kali ini, metode penelitian yang digunakan adalah dengan melakukan pengujian langsung dan mengunakan Air Conditioner jenis Split 1.5 Pk. Dari pengujian yang dilakukan hanya sedikit memodifikasi alat uji, yaitu memanfaatkan panas atau energi yang keluar dari kompresor di hubungkan langsung ke tangki penampung air dengan mengunakan Coil pemanas tipe helical, sebelum energi yang keluar dari kompresor tersebut masuk ke kendensor. Setelah dilakukan pengujian, perhitungan dan pembahasan dapat disimpulakan bahwa mesin pengkondisian udara yang dipergunakan dapat memanaskan air sampai 80 liter dengan waktu yang kontinu selama 120 menit dan menghasilkan temperature air sebesar 48 ℃. Kata Kunci : Pengkondisian udara, pemanasan air, pengujian langsung, refigeran R22
1. Pendahuluan
untuk mensirkulasikan refrigerant
Pengkondisian udara saat ini
(zat
pendingin),
memang sangat berperan penting,
memindahkan
dilihat
sebagai
dengan
semakin
banyak
membawa
panas.
media
dan
Refrigerant
kerja
harus
digunakannya sistem pengkondisian
mempunyai sifat-sifat yang baik dari
udara
manusia
segi teknik seperti kestabilan yang
lemari
sangat tinggi, tidak beracun, tidak
pendingin (cold cabinet), gudang
mudah terbakar, dan yang terpenting
pendingin
mudah diperoleh.
dalam
sehari-hari.
kegiatan
Antara
(cold
lain
storage),
dan
pengkondisian udara di kendaraan (auto
motive
air
Prinsip pendingin udara pada
conditioning),
AC (air conditioner) memakai siklus
Gedung perkantoran, Mall, Hotel,
refrigerasi yaitu udara didinginkan
serta perumahan.
oleh refrigrant kemudian refrigran ditekan
Sistem
pengkondisian
udara
merupakan kebutuhan yang harus dipenuhi tanpa adanya sistim ini banyak kegiatan yang tidak berjalan dengan baik, Apa lagi kegiatan yang dilakukan dalam ruangan, misalnya didalam
kantor
dan
kendaraan
bahkan untuk beristirahat banyak orang mengunakan sistim ini untuk kenyamanan.
dengan
mengunakan
kompresor sampai tekanan yang ditentukan
dan
temperaturnyapun
naik, temperatur yang naik tersebut didinginkan
oleh
temperatur
lingkungan hingga mencair. Prose diatas terjadi berulang-ulang sehinga disebut dengan siklus pendinginan udara yang berfungsi menghirup kalor dari udara dan membebaskan kalor ini keluar ruangan.
Sistem pengkondisian udara
Dari siklus yang terjadi berulang-
yang
ulang banyak energi panas yang
kontinu antar berbagai komponen
terbuang kelingkungan yang tidak
seperti,
dimanfaatkan
merupakan
suatu
Kondensor,
sistem
Kompresor,
sama
sekali,
oleh
Evaporator, Expantion valve dan
karena itu penulis mengkaji bagai
Receiver
Komponen-
mana untuk memanfaatkan energi
komponen tersebut diatas berfungsi
panas yang terbuang kelingkungan
Tank.
dengan cara memanfaatkan energi
Conditioner) jenis split. Dalam hal
panas
ini diperlukan suatu konsep yang
yang
terbuang
untuk
memanaskan air dimana nantinya
dituangkan
dapat dimanfaatkan dalam kehidupan
penelitian
sehari-hari
penelitian adalah :
oleh
masyarakat
dalam ini.
perencanaan
Adapun
tujuan
menengah ke atas. Sehinga diperoleh
1. Untuk memanfaatkan energi
udara yang sejuk dan sisi lain
panas yang terbuang sia-sia
tersedia air panas untuk mandi. Hal
dari mesin refrigerant dan
seperti ini banyak ditemukan pada
kemudian dapat digunakan
gedung-gedung
sebagai pemanas air mandi.
bertingkat
seperti
hotel, perkantoran dan juga mall. Pada
siklus
pemanas
2. Menghemat air
panas
penukar panas diletakan diantara
energi
air
yang
untuk biasanya
menggunakan energi listrik.
kondensor dan kompresor. Air yang berada didalam tangki penyimpanan kemudian penukar
disirkulasikan panas
dan
kedalam kemudian
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Pengkondisian Udara Jenis Kompresi Uap
kembali ke tangki penyimpanan.
Awal dari AC (air Conditioner )
Panas buang dari mesin refrigerant
sudah dimulai sejak zaman Romawi
dimanfaatkan untuk memanaskan air
yaitu dengan membuat penampung
yang
air yang mengalir di dalam dinding
disirkulasikan
mengunakan
dengan
perangkat
penukar
panas tersebut.
rumah
sehingga
menurunkan
temperetur ruangan, tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena
1.1 Tujuan Penelitian ini dilakukan dengan permasalahan
tujuan yang
mengatasi ada
biaya
sangatlah
membangunnya mahal
karena
membutuhkan air dan juga bangunan
guna
yang tidak biasa. Hanya para raja
mendapatkan input yang diharapkan,
dan orang kaya saja yang dapat
dengan memanfaatkan panas buang
membangunnya.
pengkondisian uadara AC
pada tahun 1820 ilmuwan Inggris
(Air
Baru
kemudian
bernama
Michael
Faraday
macam bentuk dari mulai yang besar
menemukan cara baru mendinginkan
hingga yang kecil. Semuanya masih
udara dengan menggunakan Gas
berfungsi
Amonia
1842
mendinginkan temperatur ruangan
seorang dokter menemukan cara
agar orang merasa nyaman saat
mendinginkan ruangan dirumah sakit
berada di dalamnya.
dan
pada
tahun
sama
yaitu
untuk
Apalachicola yang berada di Florida Amerika Serikat.
2.2 Komponen-komponen Air
Jhon Gorrie adalah yang
Conditioner
menemukannya dan ini adalah cikal
1) Kompresor
bakal
2) Kondensor
dari
teknologi
Conditioner) sebelum
tetapi
sempurna
AC
(Air
sayangnya beliau
sudah
3) Orifice Tube 4) Katup Exspansi
meninggal pada tahun 1855. Willis
5) Evaporator
Haviland Carrier seorang Insinyur
6) Receiver
dari
7) Drer Stariner
New
York
menyempurnakan
Amerika
penemuan
dari
8) Oil Saparator
Dr.Jhon Gorrie tetapi AC
(Air
9) Akumulator
ini digunakan bukan
10) Refrigerant
Conditioner)
untuk kepentingan atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan
dan
industri
lainnya.
Penggunaan AC (Air Conditioner) untuk
perumahan
baru
dikembangkan pada tahun 1927 dan pertama dipakai disebuah rumah di Mineapolis, Minnesota. Saat ini AC (Air Conditioner) sudah digunakan disemua sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan berbagai
3. Metodologi Penelitian
3.4
3.1 Diagram Alir Penelitian
Metode Pengambilan Data 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, Evapolator, temperatur refrigrant
masuk
tangki,Tekanan
refrigran keluar kompresor, Tekanan refrigran
yang
kondensor,
akan
Presure
masuk
Low,
Data
temperatur air, Data Ampermeter, dan Data Voltmeter. Bila pengambilan data sudah selesai
maka
akan
di
dapat
temperatur air. Untuk melakukan 3.2 Diagram Alir Penelitian
penelitian selanjutnya air yang sudah di pergunakan sebelumnya di buang
3.3
terlebih dahulu, kemudian diganti
Alat Dan Bahan
Alat
yang
digunakan
pengujian yaitu :
dalam
dengan air yang baru dan di tambah volumenya sebanyak 5 liter dari
a) Termokopel
volume
b) Thermometer Digital
seterusnya
c) Ampermeter
mencapai
d) Volrmeter
kemampuan mesin pengkondisian
e) Pressure Gauge
udara ini.
f) Stopwatch
Langkah-langkah pengujian
g) Meteran
sebelumnya. hinga batas
Begitu
volume
air
maxsimal
1. Siapkan peralatan yang akan
h) Isolasi
dipergunakan pada pengujian
i) Tangki Air
kali ini.
j) Pipa Tembaga ¼ In
2. Cek alat pengkondisian udara layak
atau
tidak
jam atau selama 120 menit
di
dengan
operasikan.
mengambil
data
setiap 15 menit.
3. Isi tangki air dengan volume
9. Jika sudah selesai matikan
air yang sudah ditentukan.
mesin pengkondisian udara.
4. Pastikan alat pengambil data sudah terpasang dengan benar
3.4 Waktu Dan Tempat Penelitian
pada titik-titik pengambilan
Waktu : Bulan Mai – Juli 2014
data yang sudah ditentukan.
Tempat : Penelitian dilakukan pada
5. Sebelum menjalankan mesin pengkondisian
udara
catat
laboratoruim Jurusan
Teknik
Pendingin
Teknik Mesin Fakultas
temperatur pada kompresor,
Teknologi
kondensor,
Universitas Bung Hatta.
evaporator,
Industri
Kampus
III
refrigerant masuk dan keluar tangki
air
serta
tekanan
4.
Analisa pembahasan.
kompresor, pemanas air, dan
4.2 Data
evaporator.
Adapun data yang di ambil pada
6. Nyalakan
mesin
penukar
kalor
penelitian kali adalah data mesin pengkondisian udara, dimana data-
7. Setelah mesin pengkondisian udara menyala selamat 15
data tersebut adalah : Data temperatur refrigerant
menit catat kembali data-data
Kompresor
temperatur dan tekanan yang
-
Temperatur
di
dapat
kondensor,
dari
kompresor, evaporator,
kompresosr = T1 -
refrigerant masuk dan keluar
Temperatur
Kondensor
kompresor, pemanas air, dan
-
Temperatur
air
serta
evaporator. 8. Begitu
seterusnya
keluar
kompresor = T2
tekanan
tangki
masuk
masuk
kondensor = T3 hingga
pengujian dilakukan selama 2
-
Temperatur
keluar
kondensor = T4
Evapolator
-
Temperatur
-
-
4.3
Perhitungan
data
Diperoleh
masuk
evapolator = T5
Perhitungan untuk pengujian 20 liter
Temperatur refrigrant
air pada menit ke 45
masuk tangki
A. Untuk mencari nilai h
Temperatur refrigrant
digunakan persamaan sebagai
masuk tangki = Tmt
berikut :
Temperatur refrigrant keluar tangki = Tkt
Tekanan
refrigran
1.
= Nilai Enthalpy
Dimana = Temperatur masuk
keluar
kompresor temperatur 47.4 ℃
kompresor = P1 Tekanan refrigran yang akan
Temperatur
masuk kondensor = P2 Presure Low = P3 Data Ampermeter Data Voltmeter Data temperatur air
Enthalpy
45 ℃
101.21 kJ/kg
50 ℃
108.06 kJ/kg
47.4 ℃
105.32 kJ/kg
Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy
4.2 Tabel Hasil Penelitian
Yang
Data pengujian Temperetur Refrigran
Tabel 4.1 Hasil pengambilan data 20 liter air
= 105.32
kJ/kg. .
= Nilai Enthalpy
Dimana T2 = Temperatur keluar kompresor = 75.2 ℃
Temperatur
Enthalpy
60 ℃
122.35 kJ/kg
75.2 ℃ 80 ℃
143.78 kJ/kg 150.93 kJ/kg
8℃
Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy
= 143.78
252.70 kJ/kg
Maka setelah di interpolasikan
kJ/kg.
didapat nilai enthalpy
.
= Nilai Enthalpy
mana nilain Enthalpy
di
= 252.53
kJ/kg.
adalah
B. Untuk mencari nilai Q
122.35 Kj/kg. berdasarkan tabel
digunakan persamaan
A.4 sifat refigran uap-air Tabel
sebagai berikut :
temperatur. Maka nilai Enthalpy
Kalor yang diserap, Qev
= 122.35 Kj/kg.
1. Qev = h5 - h1 Dimana
.
= Nilai Enthalpy
Qev = h5 – h1
Dimana
= 252.53 kJ/kg – 105.32
T4 = Temperatur keluar
kJ/kg
kondensor = 26.4 ℃
Temperatur
Enthalpy
24 ℃
74.04 kJ/kg
24.6 ℃
78.33 kJ/kg
28 ℃
79.05 kJ/kg
= 146.91 kJ/kg Maka nilai dari Qev adalah 146.91 kJ/kg. 2. Wk = h2 – h1 Dimana Wk = h2 – h1 = 143.78 kJ/kg 105.32
Maka setelah di interpolasikan didapat nilai enthalpy
= 78.33
kJ/kg. .
kJ/kg = 38.46 kJ/kg. Maka nilai dari Wk adalah
= Nilai Enthalpy
Dimana
38.46 kJ/kg. 3. Qc = h2 – h3
= Temperatur masuk eveporator = 7.1 ℃
Temperatur
Enthalpy
6℃
252.03 kJ/kg
7.1 ℃
252.53 kJ/kg
Dimana Qc = h2 – h3 = 122.35 kJ/kg - 1kJ/kg = 43.78 kJ/kg - 21.43 kJ/kg
Maka nilai dari Qc adalah
D. Grafik
21.43 kJ/kg.
4. Qk = h3 – h4
20 liter air
Waktu VS T.air
Dimana
Waktu(menit)
T air(℃ )
15
29,5
30
31,4
45
31,5
60
31,8
75
32,3
90
33,4
C. Untuk mencari nilai
105
35,6
COP digunakan
120
45,3
Qk = h3 – h4 = 122.35 kJ/kg - 78.33 kJ/kg = 44.02 kJ/kg Maka nilai dari Qk adalah 44.02 kJ/kg.
persamaan sebagai berikut :
Waktu Vs T. Air
Koefisien Kinerja (COP)
=
.
.
= 3.81
/
/
60 40 20 0
Temperatur (°c)
Cop =
Series1 0
50
100
150
Waktu (menit)
Grafik
hubungan
antara
waktu
dengan temperatur untuk volume air 20 liter Grafik waktu Vs temperatur menunjukan bahwa setiap 15 menit temperatur air naik. Seperti pada menit ke 45 temperatur 31.5 °
kemudian naik di menit ke 60 menjadi 31.8 ° dan akhirnya pada menit ke 120 temparatur mencapai
45.3 ° . Grafik pengujian 20 liter air ini
menunjukan
kerja
dari
Qc Vs Wk Qc(Kj/kg) Wk(kJ/kg)
Air
Conditioner cukup efektif untuk
14
27
menghasilkan temperatur air panas.
14
27
21
38
14
41
14
41
Qev Vs Wk Qev(kJ/kg) Wk(kJ/kg) 144
27
14
41
144
27
15
41
146
38
14
41
145
41
145
41
151
41
145
41
146
41 Qc (kJ/kg)
Qc Vs Wk
Qev Vs Wk Wk (kJ/kg
50
wk
0
40
10
20
30
Wk (kJ/kg)
30 20 wk
10 0
Grafik hubungan antara Qc 140
145
150
155
Qev (kJ/kg)
Grafik hubungan antara Qev dengan Wk untuk volume air 20 liter.
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
dengan Wk untuk volume air 20 liter.
COP Vs Wk
di manfaatkan untuk memanaskan air
Cop
Wk(kJ/kg)
5,33
27
5,32
27
3,81
38
3,48
41
3,49
41
3,64
41
3,49
41
3,51
41
yang sudah di siapkan, dimana panas buang
ini
dapat
menghasilkan
temperature air 37 ℃ sampai 47 ℃.
Tinggi temperatur ini di dapat dari hasil penelitian 20 sampai 80 liter air. Selama
penelitian
begitu
banyak kekurangan yang penulis rasakan tetapi dengan berjalanya waktu penulis dapat mengerti bagai mana cara memahami siklus kerja dari mesin pendingin, serta dari
COP Vs Wk
penelitian ini juga dapat menentukan
COP
50 40
Coefisensi Of Performance system
30
pendingin dari tiap-tiap percobaan.
20 wk
10 0 0
5
10
Wk (kJ/kg)
Penelitian yang dilakukan kali ini juga dapat menghemat energi listrik, dikarenakan Air Conditioner selain mendinginkan temperatur ruangan juga dapat menghasilkan temperature
Grafik hubungan antara COP
air panas dengan adanya sedikit
dengan Wk untuk volume air 20
modifikasi yang dilakukan pada
liter.
penelitian
kali
kedepanya
dapat
5.
Kesimpulan dan saran. 5.1 Kesimpulan. Pada tugas akhir pengkondisian
udara kali ini adalah memanfaatkan
ini.
Diharapkan
di
aplikasikan
dalam kebutuhan sehari-hari untuk masyarakat
yang
membutuhkan
temparatur air panas sesuai dengan kebutuhan.
panas buang dari Air Conditioner.
Dengan selesainya laporan
Panas buang dari Air Conditioner ini
ini maka diharapkan kedepanya aka
nada
penelitian-penelitian
baru
temperature konstan dan tidak begitu
tentang Air Conditioner yang bisa
jauh
dimanfaatkan Air Conditioner untuk
pertama dengan menit berikutnya.
kebutuhan lain dalam kehidupan
perbandingan
Dari
antara
hasil
menit
perencanaan
sehari-hari. Sehinga Air Conditioner
penukar kalor pemanfaatan panas
tidak
buang pengkondisian udara jenis
hanya
ruangan
bisa
tetapi
manfaatkan
mendinginkan
juga
untuk
bisa
di
kebutuhan-
kebutuhan yang lain.
split
1.5
PK
perlu
dilakukan
perencanaan yang cukup baik dan lebih spesifik lagi mengingat sudah banyaknya pemakaian pengkondisian udara
5.2 Saran. Dari
hasil
penghitungan
perencanaan penukar kalor untuk pemanasan
air
pengkondisisn
pada udara
sistim jenis
split,
sebaiknya dalam pemilihan jenis pemanas
dan material pemanas
sesuai dengan hasil perencanaan. Untuk perencanaan tangki pemanas, sistim pemipaan, serta konstruksi mesin dilakukan secara bertahaptahap. Pada pengujian selanjutnya
ditengah-tengah masyarakat.
Seperti yang sudah kita ketahui mesin pengkondisian udara sangat di butuhkan oleh masyarakat saat ini melihat temperature lingkungan yang sudah sangat tidak nyaman lagi di karenakan penipiran lapisan ozon. Untuk itu perhitungan-perhitungan juga sangat diperlukan pada mesin pengkondisian udara ini agar tidak terjadinya kesalahan-kesalahan yang nantinya akan merugikan masyarakat banyak.
sebaiknya mengunakan pembagian waktu yang lebih siknifikan agar
DAFTAR PUSTAKA
mendapatkan data yang lebih akurat
J.P. Holman. Perpindahan Kalor,
lagi di banding dengan penulis
Edisi ke enam ( terjemahan
lakukan sekarang, kemudian juga
oleh
bisa di tambahkan zona waktu
Penerbit
tertentu
Jakarta.1991
dimana
penaikan
Ir.
E.
Jasjfi
M.Sc,.
Erlangga)
Frank P.Incropera,. David P.De Witt .Fundamentals of Heat and
B2 Thermodinamika_dan_Perpan_2 Prihadi
Setyo
Darmanto.
Mass Transfer, Fourth edition.
Perencanaan Penukar Kalor.
Printed in the United States of
Laboratorium Termodinamika
American. 1996
pusat antar Universitas Ilmu
Ir.Khaidir,M.
Eng,
IPM.
Thermodinamika Teknik Jilid 1.
Penerbit
Bung
Hatta
University Pess. Padang.2008
Rekayasa Institut Teknologi Bandung. 1993
