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

ANALISA WAKTU SIMPAN AIR TERHADAP KINERJA AC SPLIT

SATU PK DENGAN ALAT PENUKAR KALOR DENGAN TIPE SERPENTINE

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

TULUS H. TAMBUNAN

NIM. 120421013

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala

anugerah dan Kasih-Nya yang memberikan kesempatan kepada penulis sehingga

dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik.

Skripsi berjudul “ANALISA WAKTU SIMPAN AIR TERHADAP KINERJA AC SPLIT 1 PK DENGAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE

SERPENTINE”, disusun untuk memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Atas kerjasama yang baik dari semua pihak, penulis telah berhasil dengan

baik menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini. Skripsi ini ditulis guna

memenuhi salah satu pesyaratan pendidikan Sarjana Ekstensi di Departemen

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran – saran kepada penulis mulai dari

awal penyusunan proposal hingga peneliti sampai dengan selesainya

penulisan skripsi ini.

2. Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU serta kepada seluruh Bapak dan Ibu dosen beserta staf

pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. selaku Penguji I

4. Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. selaku Penguji II.

5. Ayah dan Ibu serta keluarga yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Sumatera Utara.

Antares Lainnya yang telah banyak membimbing penulis di lapangan dalam

melakukan pengujian dari awal hingga akhir.

7. Rekan-rekan satu tim skripsi, Jesayas O. F. Sitinjak , Sumantri Haloho

yang banyak meluangkan waktu untuk bertukar pikiran dang juga

memberikan kritik dan saran terhadap penulis.

8. Ucapan terima kasih kepada seluruh teman-teman mahasiswa Teknik Mesin

Ekstensi 2012 yang tidak bisa disebutkan satu persatu, para abang alumni dan

semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dalam menyelesaikan skripsi

ini, namun penulis menyadari masih banyak kekurangan baik dari segi isi maupun

tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat

membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini.

Kiranya isi skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya pengetahuan dalam

ilmu teknik khususnya Perpindahan Panas.

Medan, 31 Agustus 2015

Penulis

TULUS H. TAMBUNAN

ABSTRAK

Sekitar tiga per empat penggunaan energi di dunia masih dengan bahan bakar fosil. Banyaknya gas buang yang dihasilkan oleh industri-industri besar yang menggunakan energi fosil menyebabkan pemanasan global semakin bertambah buruk. Konsumsi paling banyak akan bahan bakar fosil adalah penggunaan listrik. Mengingat iklim di Indonesia cukup panas, hampir setiap rumah menggunakan AC untuk menciptakan temperatur yang nyaman untuk manusia yang tinggal di dalamnya. Selain itu mulai dibutuhkannya pemanas air. Dengan memanfaatkan panas buang AC untuk memanaskan air, kita dapat menghemat konsumsi listrik yang digunakan oleh water heater. Sistem ini dikenal dengan Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWater). Penelitian ini adalah penelitian ekperimental yang menggunakan suatu alat uji sistem AC dengan penambahan bak penampungan dengan metode pengumpulan data yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh lama penyimpanan air panas dalam bak water heater selama AC Split 1 PK dijalankan untuk mendinginkan ruangan terhadap kinerja AC, kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dan daya aktual kompressor. Alat Penukar Kalor tipe serpentine dibuat dari pipa tembaga ¼ inch dengan panjang 4 m. Pengujian mesin ini dilakukan selama 60 menit dengan mencatat data setiap 5 menit untuk data perhitungan. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa dengan AC Split-AirConWater dapat memanaskan air dari suhu 31,4 oC- 61,1 oC untuk 35 L selama 1 jam. Dan COP yang diperoleh rata-rata dalam 1 hari adalah 3,287. Angka ini mengalami penurunan 2% dari COP standar yang rata-ratanya sebesar 3,38. Dan pada kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air memiliki nilai tertinggi 1999,433 J/s dan nilai terendah 585,2 J/s. Kemudian pada daya aktual kompressor cenderung stabil dengan nilai tertinggi 710,6 W dan nilai terendah 617,1 W.

ABSTRACT

About three-quarters of the world's energy use is still with fossil fuels. The amount of exhaust gases produced by major industries that use fossil fuels causes global warming is getting worse. The consumption of most fossil fuels is the use of electricity. Given the climate in Indonesia is quite hot, almost every house uses air conditioning to create a comfortable temperature for humans who live in them. Additionally began heating needs air.Dengan utilize waste heat for heating water conditioning, we can save electricity consumption used by the water heater. This system is known as Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWa ter). This study is experimental which uses a test apparatus air -conditioning system with additional tank with a data collection method which aims to determine the effect of storage time of hot water in a tub of water heater for AC Split 1 PK run to cool the room to the performance of air conditioning, heat needed for heat the water and the actual compressor power. Serpentine-type Heat Exchanger tool made of ¼ inch copper pipe with a length of 4 m. Engine testing was conducted for 60 minutes by recording data every 5 minutes for data calculation. Results of this study can be concluded that with AC Split-AirConWater can heat the water of a temperature of 61.1 ° C to 31.4 OC 35 L for 1 hour. And COP were obtained on average in one day is 3,287. This figure decreased 2% from the COP standard of the average of 3.38. And the heat required to heat the water has the highest value 1999.433 J / s and the lowest value of 585.2 J / s. Then the actual compressor power tend to be stable with the highest value and the lowest value of 710.6 W 617.1 W.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR SIMBOL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Peneitian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penelitian ... 2

1.5 Metode Pengumpulan Data ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pengkondisian Udara ... 5

2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi uap ... 6

2.3.1 Komponen-komponen AC Split dan fungsinya ... 9

2.4 Refrigeran ... 19

2.4.1 Sampel Produk Refrigeran ... 22

2.4.2 Aplikasi Refrigeran ... 22

2.5 Jenis-jenis Pemanas Air di Pasaran ... 23

2.5.1 Pemanas Air Listrik ... 23

2.5.2 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas ... 23

2.5.3 Pemanas Air Tenaga Surya ... 24

2.5.4 Air conditioning Water Heater ... 25

2.6 Perhitungan kinerja sistem refrigerasi ... 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu ... 30

3.2 Bahan ... 30

3.2 Alat Ukur Yang Digunakan ... 30

3.4 Peralatan yang Digunakan ... 27

3.5 Langkah Pembuatan Water Heater dengan menggunakan Alat Penukar Kalor Tipe Serpentine ... 31

3.5.1 Pembuatan Rumah Kondensor dan Kompressor ... 32

3.5.2 Pembuatan Bagian Water Heater ... 32

3.5.3 Pembuatan Rumah Kondensor dan Kompressor ... 32

3.6 Prosedur Pengujian. ... 40

3.7 Prosedur Pengolahan Data dalam Penelitian ... 42

3.8 Flowchart Penelitian ... 43

BAB IV ANALISA DATA 4.1 Analisa Karakterisasi Split-AirConWater ... 45

4.1.1 Pengujian pada Siang Hari ... 45

4.1.2 Pengujian pada Sore Hari... 47

4.1.3 Pengujian pada Malam Hari ... 49

4.2 Pengolahan Data-Data ... 51

4.2.1 Perhitungan Daya Kompressor (Qkomp)………... 51

4.2.2 Perhitungan COP ... 53

4.2.3 Perhitungan Kalor yang Dibutuhkan untuk memanaskan Air (Q) ... 58

4.3 Pengujian AC dengan kondisi standard ... 59

4.3.1 Pengujian Siang Hari ... 59

4.3.2 Pengujian Sore Hari ... 63

4.3.3 Pengujian Malam Hari... 67

4.4 Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar .. 71

4.4.1 Pengujian Siang Hari ... 71

4.4.2 Pengujian Sore Hari ... 72

4.5 Analisis Biaya ... 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 79

5.2 Saran ... 80

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

2.1 Instalasi Air Conditioner Split... 6

2.2 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar ... 7

2.3 P-h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar ... 7

2.4 Siklus Kompresi Uap Aktual dan Siklus Standar ... 8

2.5 Gambar 2.5 Split system ... 9

2.6 Gambar 2.5 Split system ... 10

2.7 Evaporator ... 11

2.8 Motor Stepper ... 12

2.9 Saringan Udara ... 12

2.10 Kontrol Panel Elektrik, Remote Kontrol dan Sensor Suhu (Thermistor) .. 13

2.11 Talang Air ... 13

2.12 Unit Outdoor... 14

2.13 Kondensor... 15

2.14 Kompresor tipe torak ... 17

2.15 Kompresor tipe rotary ... 18

2.16 Kapasitor Kompresor ... 19

2.17 Kipas (fan) ... 19

2.18 Accumulator ... 20

2.20 Refrigeran R 22 ... 23

2.21 Pemanas Air Listrik ... 24

2.22 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas ... 25

2.23 Prinsip Kerja Pemanas Air Tenaga Surya ... 26

2.24 Pemanas Air Tenaga Surya ... 26

2.25 Siklus Air Conditioning Water Heater ... 27

2.26 Temperatur Penggunaan air di rumah tangga ... 28

3.1 Pipa Tembaga ... 31

3.2 Refrigeran R22 Dupont... 32

3.3 Bak penampungan air panas ... 32

3.4 Pipa Sambungan Siku ... 33

3.5 Clamp Meter ... 33

3.6 Manifold Gauge ... 34

3.7 Alat Pengukur Suhu ... 34

3.8 Pompa Vakum ... 35

3.9 Pentil Selang Manifold Gauge ... 36

3.10 Flaring Tool ... 36

3.11 Tube Cutter ... 36

3.12 Pengerjaan Rangka dan bodi Kondensor-Kompresor... 37

3.13 Dimensi Tempat Kondensor-Kompressor ... 37

3.15 Pipa tembaga yang telah disambung/di-las ... 38

3.16 Alat penukar kalor tipe serpentine ... 38

3.17 Pemasangan APK pada bak air ... 38

3.18 Alat Pengujian ... 39

3.19 Skema Alat Pengujian... 39

3.20 Desain Alat Pengujian ... 40

3.21 Pemasangan manifold gauge, pengukur suhu dan clamp meter. .... 41

3.22 Proses pengisian Freon Dupont R-22 ... 41

4.1 Skema Alat Pengujian ... 44

4.2 Grafik temperatur Split-AirConWater pada siang hari ... 45

4.3 Grafik tekanan pada siang hari Split-AirConWater ... 46

4.4 Grafik temperatur pada sore hari Split-AirConWater ... 47

4.5 Grafik tekanan pada sore hari Split-Air ConWater ... 48

4.6 Grafik temperatur pada malam hari Split-AirConWater ... 49

4.7 Grafik tekanan pada malam hari Split-AirConWater ... 50

4.8 Grafik Daya Kompresor terhadap waktu pada Split-AirConWater .. 52

4.9 Grafik COP system terhadap waktu pada Split-AirConWater ... 57

4.10 Grafik Q air terhadap waktu pada Split-AirConWater ... 58

4.11 Grafik Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar pada siang hari ... 72

pada sore hari ... 73

4.13 Grafik Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

DAFTAR TABEL

2.1 Temperatur Pengembunan dan Tekanan Pengembunan dari

Beberapa Refrigeran ... 16

2.2 Jenis-jenis Refrigeran Holocarbon ... 23

2.3 Aplikasi Penggunaan Refrigeran Holocarbon ... 24

4.1 Data Pengujian AC Split-Air ConWater pada Siang Hari ... 46

4.2 Data Pengujian AC Split-Air ConWater pada Sore Hari ... 48

4.3 Data Pengujian AC Split-Air ConWater pada Malam Hari ... 50

4.4 Data Perhitungan Qkomp pada AC Split-Air ConWater ... 52

4.5 Data Perhitungan mref pada AC Split-AirConWater ... 53

4.6 Data Perhitungan href pada AC Split-AirConWater ... 54

4.7 Data Perhitungan Qev pada AC Split-AirConWater ... 55

4.8 Data Perhitungan Wc pada AC Split-AirConWater ... 56

4.9 Data Perhitungan COP pada AC Split-Air ConWater ... 56

4.10 Data Perhitungan Q air pada AC Split-AirConWater ... 58

4.11 Data Pengujian AC Standard Siang Hari ... 60

4.12 Tabel perhitungan AC kondisi standard pada Siang Hari ... 63

4.13 Nilai Entalphi dari tiap waktu dan tekanan ada siang hari ... 63

4.14 Data Pengujian AC Standard Sore Hari ... 64

4.16 Nilai Entalphi dari tiap waktu dan tekanan pada sore hari ... 67

4.17 Data Pengujian AC Standard Malam hari ... 68

4.18 Perhitungan AC dengan alat penukar kalor pada Malam Hari... 71

4.19 Nilai entalpi dari tiap tekanan dan waktu Malam Hari ... 71

4.20 Data Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

pada siang hari ... 72

4.21 Data Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

pada sore hari ... 73

4.22 Data Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar

pada malam hari ... 74

4.23 Biaya Pembelian Bahan Teknik ... 75

DAFTAR SIMBOL

Simbol Arti Satuan

p Tekanan Psi

T Suhu °C

h Enthalpi kJ/kg

I Kuat Arus A

Wc Kerja Kompresor kW

Qc Panas Yang Dilepas Kondensor kW

Qe Kapasitas Evaporator kW

h1 Enthapi Refrigeran Keluar Evaporator kJ/kg

h2 Enthalpi Keluar Kompresor kJ/kg

h3 Enthalpi Keluar kondensor kJ/kg

h4 Enthalpi Keluar Pipa Kapiler kJ/kg

qr Dampak Refrigerasi kJ/kg

COP KoefisienPrestasi (coefisien of performance)

P Daya Kompresor W

V Tegangan V

cos θ Faktor Daya

ABSTRAK

Sekitar tiga per empat penggunaan energi di dunia masih dengan bahan bakar fosil. Banyaknya gas buang yang dihasilkan oleh industri-industri besar yang menggunakan energi fosil menyebabkan pemanasan global semakin bertambah buruk. Konsumsi paling banyak akan bahan bakar fosil adalah penggunaan listrik. Mengingat iklim di Indonesia cukup panas, hampir setiap rumah menggunakan AC untuk menciptakan temperatur yang nyaman untuk manusia yang tinggal di dalamnya. Selain itu mulai dibutuhkannya pemanas air. Dengan memanfaatkan panas buang AC untuk memanaskan air, kita dapat menghemat konsumsi listrik yang digunakan oleh water heater. Sistem ini dikenal dengan Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWater). Penelitian ini adalah penelitian ekperimental yang menggunakan suatu alat uji sistem AC dengan penambahan bak penampungan dengan metode pengumpulan data yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh lama penyimpanan air panas dalam bak water heater selama AC Split 1 PK dijalankan untuk mendinginkan ruangan terhadap kinerja AC, kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dan daya aktual kompressor. Alat Penukar Kalor tipe serpentine dibuat dari pipa tembaga ¼ inch dengan panjang 4 m. Pengujian mesin ini dilakukan selama 60 menit dengan mencatat data setiap 5 menit untuk data perhitungan. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa dengan AC Split-AirConWater dapat memanaskan air dari suhu 31,4 oC- 61,1 oC untuk 35 L selama 1 jam. Dan COP yang diperoleh rata-rata dalam 1 hari adalah 3,287. Angka ini mengalami penurunan 2% dari COP standar yang rata-ratanya sebesar 3,38. Dan pada kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air memiliki nilai tertinggi 1999,433 J/s dan nilai terendah 585,2 J/s. Kemudian pada daya aktual kompressor cenderung stabil dengan nilai tertinggi 710,6 W dan nilai terendah 617,1 W.

ABSTRACT

About three-quarters of the world's energy use is still with fossil fuels. The amount of exhaust gases produced by major industries that use fossil fuels causes global warming is getting worse. The consumption of most fossil fuels is the use of electricity. Given the climate in Indonesia is quite hot, almost every house uses air conditioning to create a comfortable temperature for humans who live in them. Additionally began heating needs air.Dengan utilize waste heat for heating water conditioning, we can save electricity consumption used by the water heater. This system is known as Split Air Conditioning Water Heater (Split-AirConWa ter). This study is experimental which uses a test apparatus air -conditioning system with additional tank with a data collection method which aims to determine the effect of storage time of hot water in a tub of water heater for AC Split 1 PK run to cool the room to the performance of air conditioning, heat needed for heat the water and the actual compressor power. Serpentine-type Heat Exchanger tool made of ¼ inch copper pipe with a length of 4 m. Engine testing was conducted for 60 minutes by recording data every 5 minutes for data calculation. Results of this study can be concluded that with AC Split-AirConWater can heat the water of a temperature of 61.1 ° C to 31.4 OC 35 L for 1 hour. And COP were obtained on average in one day is 3,287. This figure decreased 2% from the COP standard of the average of 3.38. And the heat required to heat the water has the highest value 1999.433 J / s and the lowest value of 585.2 J / s. Then the actual compressor power tend to be stable with the highest value and the lowest value of 710.6 W 617.1 W.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman sekarang ini permasalahan global yang sering

diperbincangkan oleh masyarakat Internasional dan khususnya masyarakat

Indonesia adalah krisis ekonomi dan pemanasan global. Perkembangan teknologi

semakin maju dan digunakan dalam berbagai bidang kehidupan manusia. Krisis

ekonomi dan keuangan pada akhir tahun 2008 membuat konsumsi energi global

merosot pada tahun 2009. Perekonomian yang pulih kembali menyadarkan bahwa

dunia kembali menghadapi masalah mendasar mengenai kebutuhan akan energi

dimasa yang akan datang.

Lebih dari tiga per empat kebutuhan energi dunia masih dipenuhi bahan

bakar fosil. Minyak tetap menjadi tulang punggung, dengan konsumsi sebanyak

85 juta barrel minyak per hari pada tahun 2008. Jumlahnya diprediksi naik 1

persen per tahun. Tahun 2030 dunia akan membutuhkan 105 juta barrel minyak

per hari. Jumlah penduduk dunia terus meningkat setiap tahunnya, sehingga

peningkatan kebutuhan energy pun tak dapat dielakkan. [1]

Pemanasan global (global warming) pada dasarnya merupakan fenomena

peningkatan temperatur global dari tahun ke tahun karena terjadinya efek rumah

kaca (greenhouse effect) yang disebabkan oleh meningkatnya emisi gas-gas

seperti karbondioksida (CO2), metana (CH4), dinitrooksida (N2O) dan CFC

sehingga energi matahari terperangkap dalam atmosfer bumi. [2]

Kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat seiring dengan

keberhasilan pembangunan yang dilaksanakan. Hal ini juga berarti kebutuhan

akan daya listrik juga meningkat. Hal ini dapat dilihat dari semakin banyaknya

rumah dan apartemen yang menggunakan AC sekaligus pemanas air elektrik

pendinginan tersebut dddibuang begitu saja ke lingkungan. Padahal energi kalor

yang terbuang dari sistem pendinginan dapat dimanfaatkan untuk memanaskan

air.

Salah satu aplikasi konservasi energi yang nyata pada daerah residensial

adalah dengan Air Conditioner Water Heater. Air Conditioner Water Heater

memang bukan merupakan suatu sistem yang baru, sistem ini telah dikembangkan

lebih dari 50 tahun sebelumnya. Air Conditioner Water Heater bekerja dengan

cara memanfaatkan panas buang dari sistem AC untuk memanaskan air. Cara ini

dapat berlangsung dengan suatu alat penukar kalor yang tiddak membutuhkan

tenaga tambahan, tetapi memanfaatkan sebesarnya energi yang ada dalam sistem.

Dengan sistem ini, kita dapat dua keuntungan sekaligus, efek pendinginan ruangan

dan efek pemanasan air yang hemat energi.

Dalam hal ini, Penulis ingin meningkatkan pemakaian System Air

Conditioner Water Heater di masyarakat karena biaya yang ddiperlukan sangat

kecil dan dapat mengurangi konsumsi listrik yang berdampak pada penghematan

energi dan pengurangan efek pemanasan global.

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun yang menjadi tujuan penelitian ini antara lain adalah :

a. Untuk mengetahui kinerja AC Split 1 PK terhadap pengaruh waktu simpan

air pada tabung water heater dengan tipe serpentine.

b. Untuk mengetahui kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dan daya

aktual kompresor pada AC yang dikombinasikan dengan water heater

dengan tipe serpentine.

1.3 Batasan Masalah

Pembatasan masalah pada skripsi ini adalah :

a. Unit Air Condditioning yang digunakan memiliki daya 1 PK

c. Pengukuran yang terdapat pada pengujian meliputi pengukuran temperatur

air, refrigran dan ruangan. Serta pengukuran tekanan refrigeran di dalam

sistem Air Conditioning

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapatkan dari penelitian ini antara lain :

a. Pengembangan teknologi alternative mesin pendingin yang dapat

mendinginkan ruangan sekaligus dapat memanaskan air.

b. Mengurangi pemakaian bahan bakar minyak bumi dan gas untuk

memanaskan air untuk kebutuhan sehari-hari.

c. Untuk mengurangi pemanasan global yang disebabkan oleh udara panas

yang keluar dari kondensor AC ruangan.

1.5 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam karya tulis ini dilakukan dengan :

1. Studi literatur dari beberapa buku referensi dan catatan kuliah mengenai

Perpindahan Panas

2. Melakukan Pengamatan dan pengambilan data secara langsung pada

proses pengujian Alat Penukar Kalor pada saat alat beroperasi di

lingkungan kantor engineering Hotel Antares Medan.

3. Informasi dan masukan dari pembimbing maupun dengan pihak-pihak

yang memahami materi tentang perancangan Alat Penukar Kalor di

lingkungan Universitas Sumatera Utara (USU).

1.6 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah

sebagai berikut :

a. Bab I : Pendahuluan

Bab ini berisikan latar belakang yang melandasi penulisan skripsi, tujuan

b. Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan penjelasan mengenai jenis wa ter heater yang ada di

pasaran, prinsip kerja Air Conditioning Water Heater serta dasar teori perhitungan

alat penukar kalor. Dasar teori ini diambil dari beberapa buku, jurnal, dan

situs-situs di internet.

c. Bab III : Metodologi Penelitian

Bab ini berisikan desain awal, perancangan dan instalasi alat pengujian,

gambar instalasi alat pengujian, dan prosedur pengambilan data.

d. Bab IV : Hasil dan Analisa pengujian

Bab ini berisikan tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian

melalui pembahasan, perhitungan, dan penganalisaan dengan menggunakan

perumusan dari berbagai literature yang mendukung dan memasukkannya

kedalam bentuk table, dan grafik.

e. Bab V : Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisikan penutup berupa kesimpulan dan saran yang diperoleh

selama proses pengujian dilakukan.

f. Daftar Pustaka

Daftar pustaka berisikan literature-literatur yang digunakan pada saat

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pengkondisian Udara

Air conditioner atau yang biasa di sebut AC merupakan sebuah alat yang

mampu mengondisikan udara. Dengan kata lain, AC berfungsi sebagai penyejuk

udara. Penggunaan AC dimaksudkan untuk memperoleh udara yang dingin dan

sejuk serta nyaman bagi tubuh kita, AC lebih banyak di gunakan di wilayah yang

beriklim tropis dengan kondisi temperature udara yang relative tinggi seperti di

Indonesia. AC bisa di golongkan dengan barang mewah karena harganya yang

cukup mahal dan daya listrik yang digunakan cukup besar. Namun, bagi sebagian

orang AC sudah tidak lagi lagi termasuk barang mewah karena manfaatnya untuk

mengatur siklus temperature udra yang memberi efek pada kenyaman tubuh.

Dalam penggunanya AC tidak hanya menyejukan udara tetapi bisamengatur

kebersihan dan kelembaban uduara di dalam ruangan sehingga tercipta kondisi

udara yang berkualitas,sehat,dan nyamn bagi tubuh.

Pengkondisian udara pada bangunan berukuran sedang atau besar

kebanyakan pengkodisian udara yang digunakan sebagai kenyamanan (comfort air

conditioning).Untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman bagi orang yang

berada didalam suatu ruangan. System pendingin dimusim panas telah menjadi

suatu kebutuhan pokok bagi bangunan besar diseluruh dunia. Diwilayah yang

suhu panasnya tidak terlalu tinggi, bangunan besar perlu didinginkan untuk

menyerap kalor yang dikeluarkan oleh orang,lampu-lampu, dan peralatan listrik

lainnya. Dengan berkembangnyainformasi dan teknologisekarang ini banyak

dijumpai mesin pendingin ruangan dengan menggunakan hidrokarbon atau

musicool yang ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon dibandingkan

refrigerant sintetik.

Refrigerasi mulai muncul pada awal abad keMechanics Journal oleh

penulis anonim. Paten pertama mesin refrigerasi tercatatnama Thomas Harris dan

merupakan kebalikan dari siklus carnot yang membutuhkan kerja untuk

memindahkan kalor dari memiliki temperatur lebih tinggi.

Sistem refrigerasi ini sering dimanfaatkan untuk mengkondisikan keadaan

udara dalamsuatu ruang tertentu, seperti ruang kantor, atau ruang penyimpanan

barang. Selain berfungsi sebagai pengkondisi udara manfaat lain bisa

dirasakan selama bertahun pada berbagai bidang industri seperti industri

manufaktur, industri perminyakan, industri kimia, dan industri pangan.

Sistem pengkondisian udara pada AC split yang umum dipakai terdiri dari

kompresor,kondensor,evaporator,katup ekspansidan serta refrigerant sebagai

fluida pendinginnya.Susunan atau rangkaian komponen untuk AC Split diletakkan

sedemikian rupa seperti terlihat pada gambar 2.1 dibawah berikut.

Gambar 2.1. Instalasi Air Conditioner Split

2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap

Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan jenis mesin pendingin yang

paling sering digunakan saat ini. Mesin pendingin ini terdiri dari empat

komponen utama yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator.

Dalam siklus ini uap refrigeran bertekanan rendah akan ditekan oleh

kompresor sehingga menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi, dan kemudian uap

refrigeran bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrigeran

tersebut tekanannya diturunkan oleh katup ekspansi agar cairan refrigeran tekanan

rendah tersebut dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrigeran

tekanan rendah. Susunan keempat komponen tersebut secara skematik dapat

ditunjukkan pada gambar 2.1. Pada gambar 2.2 menunjukan P-h diagram Siklus

Kompresi Uap Standar.

Gambar 2.2 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar

Gambar 2.3 P-h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar

Siklus Kompresi Uap Aktual

Pada kenyataannya siklus kompersi uap mengalami penyimpangan dari

kompresi uap standar, seperti ditunjukkan pada gambar 2.3. Perbedaan penting

siklus kompresi siklus uap aktual dari siklus standar adalah :

2. Adanya proses dibawah dingin (sub cooling) cairan yang meninggalkan

kondensor sebelum memasuki katup ekspansi.

3. Pendinginan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki

kompresor.

4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak

isentropik).

5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.

Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi proses

ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah

analisis secara teoritik.

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap Aktual dan Siklus Standar

2.3 Sistem AC split

Prinsip kerja AC split maupun pada mesin pendingin model lainnya adalah

sama yaitu menyerap panas udara didalam ruangan yang inginkan, kemudian

melepaskan panas keluar ruangan. Jadi pengertian AC split adalah seperangkat

alat yang mampu mengkondisikan suhu ruangan menjadi lebih rendah suhunya

dibanding suhu lingkungan sekitarnya.

Pada Air Conditioner udara ruangan terhisap disirkulasikan secara

terus-menerus oleh blower (pada indoor unit) melalui sirip evaporator yang mempunyai

melewati evaporator, udara ruangan yang bertemperatur lebih tinggi dari

evaporator diserap panasnya oleh bahan pendingin/refrigeran (evaporator),

kemudian kalor yang diterima evaporator dilepaskan ke luar ruangan ketika aliran

refrigerant melewati condenser (unit outdoor).

Jadi, temperatur udara yang rendah atau dingin yang kita rasakan pada

ruangan sebenarnya adalah sirkulasi udara di dalam ruangan, bukan udara yang

dihasilkan oleh perangkat AC split. Unit AC hanyalah tempat bersirkulasinya

udara ruangan yang sekaligus menangkap kalor (panas) pada udara ruangan yang

bersirkulasi melewati evaporator hingga mencapai temperatur yang diinginkan.

2.3.1 Komponen-komponen AC split dan Fungsinya 2.3.1.1Bagian Indoor

Gambar 2.6 Unit Indoor

Ket. : 1. Base 13. Face Plate

2. Cross Flow Fan Axletree 14. Step Motor

3. Cross Flow Fan 15. Armor Tubing

4. Cross Flow Fan Fixed Plate 16. Plate

5. Electric Heater 17. Motor Cabinet

6. Evaporator Assembly 18. Motor Platen

7. Room Temperature Sonde Frame 19. Motor

8. Louver 20. Electric Box Small

Coverplate

9. Outlet Part 21. Electric Box Cover

10. Screw Cover 22. Electric Control Plate

11. Middle Frame 23. Electric Box

Pada bagian outdoor AC split secara umum terdapat komponen utama, yaitu :

a. Evaporator

Pada mesin pendingin AC split evaporator terbuat dari pipa tembaga

dengan panjang dan diameter tertentu yang dibentuk berlekuk-lekuk agar

menghemat tempat dan lebih efektif menyerap panas dari udara ruangan yang

bersirkulasi melaluinya. Karena pipa evaporator menjadi rendah (dingin) dengan

kisaran suhu hingga mencapai 50C dengan begitu, suhu udara ruangan akan

menjadi rendah (dingin) ketika melewati evaporator.

Gambar 2.7 Evaporator

b. Motor Blower dan Motor Pengatur Aliran Udara (motor stepper) Motor Blower berfungsi untuk mensirkulasikan udara dalam ruangan,

sehingga udara ruangan dapat bersirkulasi melewati evaporator, setelah udara

melewati evaporator aliran udara diarahkan ke ruangan oleh pengatur aliran udara

(motor stepper). Blower akan bekerja sampai temperature udara ruangan sesuai

keinginan. Dengan kata lain blower akan berhenti kerja (off) ketika temperature

udara ruangan mencapai suhu yang kita inginkan (setting suhu pada pengaturan

Gambar 2.8 Motor Stepper

c. Saringan (filter) Udara

Pada indoor AC Split Saringan (filter udara) berfungsi menyaring udara

yang melewati evaporator, sehingga udara yang bersirkulasi dalam ruangan

menjadi lebih bersih. Pada unit AC Split model baru juga dilengkapi dengan filter

anti bakteri atau anti racun untuk menangkal bibit penyakit dan menyaring polutan

berbahaya bagi tubuh manusia yang terbawa melalui udara ruangan.

Gambar 2.9 Saringan Udara

d. Kontrol Panel Electric, Remote Kontrol dan Sensor Suhu (Thermistor)

Pada bagian indoor AC Split terdapat Kontrol Electric dan sensor suhu

compressor, fan outdoor dan fungsi timer. Dan remote berfungsi untuk memberi

perintah ke modul, mengatur suhu sesuai keinginan, dll.

Gambar 2.10 Kontrol Panel Elektrik, Remote Kontrol dan Sensor Suhu (Thermistor)

e. Talang Air

Berfungsi sebagai penampung air yang dihasilkan dari kondensasi di

evaporator lalu dibuang melalui selang.

2.3.1.2Bagian Outdoor

Gambar 2.12 Unit Outdoor

Keterangan :

1.Front Grille Guard 12. Outdoor unit Top Panel

2. Grille Guard Clip 13. Outdoor unit Back Net

3. Grille Guard Face Panel 14. Electric Installation Board Assembly

4. Small Handle 15. Outdoor unit Large Handle

5. Outdoor unit Fan Blade 16. Outdoor unit Right Panel

6. Outdoor unit Motor 17. Low-Pressure Valve

7. Motor Support 18. High-Pressure Valve

8. Outdoor unit Base 19.Valve Installation Panel

9. Air conditioner Compresssor

10. Partition Board

11. Air conditioner Condenser

Pada bagian outdoor AC split secara umum terdapat komponen utama, yaitu :

a. Kondensor

Ketika refrigerant keluar melewati bagian indoor AC Split (evaporator),

Serupa dengan evaporator, kondensor terbuat dari pipa tembaga yang dibuat

berkelok-kelok dan dilengkapi sirip-sirip yang bertujuan untuk melepas kalor

udara berjalan dengan efektif dan kalor (panas) udara yang terbawa oleh

refrigerant (Freon) lebih cepat dilepaskan atau dibuang ke udara bebas (luar

ruangan).

Gambar 2.13 Kondensor

Untuk mencairkan uap refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur

tinggi (yang keluar dari kompresor) diperlukan usaha melepaskan kalor sebanyak

kalor laten pengembunan dengan cara mendinginkan uap refrigerant itu. Jumlah

kalor yang dilepaskan oleh uap refrigerant kepada air pendingin atau udara

pendingin di dalam kondensor sama dengan selisih entalpi uap refrigerant pada

seksi masuk keluar kondensor. Jumlah kalor yang dilepaskan di dalam kondensor

sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh refrigerant di dalam evaporator dan

kalor yang ekivalen dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja

kompresor.

Pada waktu mesin refrigerasi mulai bekerja, temperature benda yang harus

didinginkan masih tinggi, sehingga temperature penguapannya juga tinggi.Oleh

karena itu kalor pengembunannya juga bertambah besar.Dengan demikian, dalam

perancangan kondensor hal tersebut sangat diperhitungkan.

Faktor penting yang menentukan kapasitas kondensor dengan pendingin udara

adalah

 Perbedaan suhu antara bahan pendingin dengan udara luar.  Sifat dan karateristik bahan pendingin yang dipakai.

Laju perpindahan kalor yang dibutuhkan didalam kondensor merupakan fungsi

dari kapasitas refrigerasi, suhu penguapan serta suhu pengembunan.Uap

refrigerant yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir kompresi dapat

dengan mudah dicairkan dengan mendinginkannya dengan air pendingin (atau

dengan udara pendingin pada sistem dengan pendinginan udara) yang ada pada

temperature normal. Dengan kata lain, uap refrigerant menyerahkan panasnya

(kalor laten pengembunan) kepada air pendingin (atau udara pendingin) didalam

kondensor. Sehingga mengembun dan menjadi cair. Jadi, karena air (udara)

pendingin menyerap panas dari refrigerant, maka ia akan menjadi panas waktu

keluar dari kondensor. Selama refrigerant mengalami perubahan dari fasa uap ke

fasa cair, dimana terdapat campuran refrigerant dalam fasa uap dan cair, tekanan

(tekanan pengembunan) dan temperaturenya (temperature pengembunan)

konstan.Oleh Karena itu temperaturnya dapat dicari dengan mengukur

tekanan.Table 2.1 menunjukkan hubungan antara temperature pengembunan

(kondensasi) dan tekanan pengembuanan (kondensasi).

Tabel 2. 1. Temperatur pengembunan dan tekanan pengembunan dari

beberapa refrigerant.[4]

Kompressor AC Split berfungsi mensirkulasikan aliran refrigerant. Dari

compressor refrigerant (Freon) akan dipompa dan dialirkan menuju komponen

utama AC Split yaitu kondenser, pipa kapiler, evaporator, dan kembali lagi ke

Berikut ini jenis kompresor beserta keterangannya :

1. Kompresor Bolak-Balik (Reciprocating Compressor )

Kompresor bolak-balik merupakan jenis yang banyak dipakai., Kompresor

ini dapat bersilinder tunggal atau ganda. Dinamakan kompresor bolak-balik

karena gerak toraknya maju mundur dalam silindernya.Panjang gerakan dari torak

tersebut disebut langkah (stroke) atau panjang langkah. Panjang langkah ini

biasanya sama dengan diameter silinder.

Kapasitas kompresor tergantung dari faktor-faktor, antara lain : jumlah

silinder, panjang langkah, jumlah putaran per menit dan lain-lain, Gerak dari torak

yang bolak-balik ini didapat dari poros engkol yang menerima gerakan dari motor

listrik Untuk cara kerjanya, perjalanan refrigerant dari dan masuk ke kompresor

diatur oleh katup pembuang (discharge) dan klep pengisap (suction). Refrigeran

keluar melalui katup pembuang dan masuk melalui katup penghisap.Apabila torak

bergerak menjauhi katup maka langkah ini disebut suction-stroke dan tekanan aka

berkurang.Oleh karena tekanan didalam kompresor lebih rendah dari tekanan

saluran hisap, maka uap refrigerant masuk kedalam kompresor.

Gambar 2. 14. Kompresor tipe torak

2. Kompresor Rotari (Rotary Compressor)

Baling-baling/vane bergerak maju mundur secara radial dalam slot rotor

mengikuti kontur dinding silinder saat rotor berputar. Sudu didorong oleh gaya

sentrifugal yang timbul saat rotor berputar sehingga selalu rapat dengan dinding

port terkompresi dan kemudian dikeluarkan melalui discharge port. Untuk

menjamin kerapatan antara sudu dengan dinding silinder dipasang pegas pada slot

rotor. Untuk menjaga air sudu tidak cepat aus, maka biasanya diujung sudu yang

bersinggungan dengan casing digunakan logam lain. Kapasitas kompresor untuk

ukuran rotor dan casing sama yang sama adalah fungsi jumlah sudu. Semakin

banyak sudunya, makin besar kapasitasnya tetapi perbandingan kompresinya lebih

rendah dan volume vane lebih besar.

Gambar 2. 15. Kompresor tipe rotary

c. Kapasitor Kompresor

Running kapasitor merupakan komponen yang sangat penting untuk

kompresor satu fase karena memiliki fungsi sebagai pembeda fase antara lilitan

utama dan lilitan bantu, selain itu running kapasitor juga berfungsi untuk

penempatan kapasitor). Running kapasitor banyak digunakan pada mesin

pendingin.Kapasitor juga dapat difungsikan sebagai starting kapaitor.

Gambar 2. 16. Kapasitor Kompresor

d. Kipas (Fan)

Pada bagian kondensor AC split juga dilengkapi dengan kipas (fan).

Fungsinya adalah membuang panas pada kondensor ke udara bebas.

Gambar 2.17 Kipas (fan)

e. Accumulator

Accumulator pada mesin pendingin berfungsi sebagai penampung

sementara refrigerant cair bertemperatur rendah dan campuran minyak pelumas

evaporator. Selain itu, accumulator berfungsi mengatur sirkulasi aliran bahan

refrigerant agar bisa keluar-masuk melalui saluran isap compressor. Untuk

mengkondisikan wujud refrigerant yang masuk ke compressor tetap dalam wujud

gas. Sebab, ketika wujud refrigerant berbentuk gas akan lebih mudh masuk ke

dalam kompressor dan tidak merusak bagian dalam kompressor.

Gambar 2.18 Accumulator

f. Pipa Kapiler

Pipa Kapiler/Katup ekspansi pada unit AC Split berfungsi menurunkan

tekanan refrigerant sehingga merubah wujud refrigerant cair menjadi uap ketika

zat pendingin meninggalkan katup ekspansi/Pipa kapiler dan memasuki

evaporator.

Gambar 2.19 Pipa Kapiler

2.4 Refrigeran

Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi)

atau mesin pengkondisian udara.Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari

benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 8

kelompok yaitu sebagai berikut:

1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon

(HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan

mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl),

fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl

dan F maka refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan

karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC).Jika hanya

sebagian saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran

yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon (HCFC).Refrigeran halokarbon

yang tidak mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC).

2. Kelompok refrigeran senyawa organik cyclic.

Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor

refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi

ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:

a. R-C316 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane

b. R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane

c. R-318 C4F8 octafluorocyclobutane

3. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.

Kelompok refrigeran ini merupakan refrigeran campuran yang bisa terdiri

dari campuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk

merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara

destilasi.

4. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.

Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi

yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada

konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu

refrigeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau

tekanan) yang lain refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.

5. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa

Kelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya.

Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara

penomoran refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah

dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua

digit. Sebagai contoh butana (C4H10), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan

cara penomoran refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor

R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.

6. Kelompok refrigeran senyawa anorganik.

Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan

digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari

refrigeran ini adalah:  R-702 : hydrogen  R-704 : helium  R-717 : amonia  R-718 : air  R-744 : O2  R-764 : SO2

7. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.

Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan

menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap didepan

Gambar 2. 20 Refrigeran R 22

2. 4. 1. Sampel Produk Refrigeran 1. Refrigeran Halocarbon (CFC)

Tabel 2. 2. Jenis-jenis refrigerant halocarbon (CFC) [5]

Refrigeran Titik didih

Jenis

Kompresor Temperatur Penguapan Temperatur

(0C) Pengembunan

R 11 23,8 Sentrifugal Tinggi Biasa

(Pendinginan udara) (Pendinginan air, udara

R 12 -298 Torak,Putar Tinggi-rendah Biasa

(Pembekuan,pendinginan (Pendinginan air, udara

ruangan)

R 13 -814 Torak,Putar

Temperatur sangat

rendaah Pendinginan biner R 21 8,9 Torak,Putar Tinggi (Pendinginan) Tinggi ( pendinginan

udara

R 22 -408 Torak,Putar Tinggi-rendah Biasa (Pendinginan air,

(refrigerasi, pendinginan udara

R 113 47,6 Sentrifugal Tinggi (Pendinginan) Biasa (Pendinginan air,

udara

R 502 -456 Torak,putar Tinggi-rendah Biasa (Pendinginan air,

(refrigerasi, pendinginan udara

2. 4. 2 Aplikasi Refrigeran

Tabel 2. 3 Aplikasi Penggunaan refrigerant Halocarbon (CFC) [6]

Refrigeran Penggunaan

R 11 Pendinginan air sentrifugal

R 13 Refrigerasi temperatur sangat rendah R 21 Pendingin kabin alat pengangkat

R 113 Pendingin air sentrifugal ukuran kecil

R 502 Unit temperatur rendah

2.5 Jenis-jenis Pemanas Air di Pasaran 2.5.1 Pemanas Air Listrik

Prinsip kerja pemanas air listrik adalah dengan cara mengalirkan air

dalam tangki berisolasi yang dilengkapi dengan elemen pemanas yang akan

memanaskan air karena adanya listrik. Pemanas air listrik dilengkapi dengan

adanya ther mosta t sehingga sistem dapat mati/hidup secara otomatis. Ketika

air panas ddigunakan, supply air akan masuk ke dalam tangki yang

menyebabkan turunnya temperatur air di tangki. Penurunan temperatur akan

mengaktifkan sistem pemanas sampai temperatur air panas tertentu tercapai.

Kekurangannya adalah dibutuhkan energi listrik yang besar untuk

menghasilkan panas yang dibutuhkan.

2.5.2 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas

Prinsip kerjanya adalah dengan melewatkan air melalui pipa-pipa kedalam

sebuah tangki yang diisolasi sekelilingnya, kemudian pada bagian bawah tangki

tersebut dibakar dengan menggunakan gas, untuk menghasilkan air panas. Untuk

memperluas bidang perpindahan panas diperlukan agar input energi lebih besar

sehingga temperatur yang diperoleh lebih tinggi. Selain itu digunakan pula

pipa-pipa tembaga untuk mempercepat perpindahan panas.

Gambar 2.22 Pemanas Air Berbahan Bakar Gas [8]

2.5.3 Pemanas Air Tenaga Surya

Tipe ini merupakan tipe ramah lingkungan karena menggunakan radiasi

panas matahari sebagai sumber energinya, tetapi untuk harga alat ini jauh lebih

mahal dibandingkan dengan tipe lainnya. Prinsip kerjanya adalah dengan

memanfaatkan energi radiasi matahari yang diserap oleh absorber, kemudian air

panas ditampung di dalam tangki yang diisolasi. Fluida mengalir dengan cara

pemanas telah dilengkapi dengan heater tambahan sehingga dapat memanaskan

air walaupun tidak ada sinar matahari. Pemanas air tenaga surya yang paling

umum adalah jenis pemanas air tenaga surya plat datar(flat plate solar water

heater). Kekuranganya adalah pemasangan yang lebih rumit (diletakkan di atas

atap rumah) dan panas yang dihasilkan akan tegantung dari panas matahari yang

ada.Apabila panas matahari yang ddi butuhkan tidak cukup untuk memanaskan air

yang ada, maka pemanas listrik yang ada bekerja untuk memanaskan air. Jadi

dibutuhkan energi listrik tambahan lagi.

Gambar 2.23 Prinsip Kerja Pemanas Air Tenaga Surya

2.5.4 Air Conditioning Water Heater

Air Conditioning Water Heater adalah sistem yang memanfaatkan pans

buang dari sistem pendinginan untuk memanaskan air. Sebagian kalor dari

refrigan yang sudah dikompresi oleh kompresor ddigunakan untuk memanaskan

air dengan bantuan alat penukar kalor. Penukar kalor inilah yang sangat

menentukan kinerja dari Air Conditioning Water Heater.

Gambar 2.25 Siklus Air Conditioning Water Heater

Prinsip kerja Air Conditioner Water Heater adalah [9]:  Proses 1-2 :

Uap refrigerant dihisap kompresor kemudian ditekan sehingga tekanan dan

temperature refrigeran naik.  Proses 2-2 :

Panas refrigerant ditransfer kepada air didalam penukar kalor sehingga

air mengalami kenaikan temperature sedangkan refrigeran mengalami

penurunan dan sebagian telah berubah fasa menjadi cairan.  Proses 2-3 :

Refrigeran didinginkan pada konddensor seperti pada siklus pendinginan

 Proses 3-4 :

Refrigeran keluar kondensor dan penukar kalor digabungkan sebelum

diekspansi. Cairan refrigeran dengan tekanan dan temperatur tinggi

diekspansikan sehingga mengalami penurunan tekanan dan temperatur.  Proses 4-1 :

Refrigeran di evaporator dalam keadaan temperatur rendah sehingga

dapat menyerap kalor ruangan. Cairan refrigeran menguap secara

berangsur-angsur karena menerima kalor sebanyak kalor laten

penguapan. Selama proses penguapan di dalam pipa terddapat campuran

refrigeran fase cair dan uap.

Secara teoritis dengan penggunaan Air Conditioner Water Heater dapat

meningkatkan jumlah kalor yang dapat dibuang yang berarti dapat menambah

beban pendinginan (cooling load) yang dapat dipinddahkan dengan kerja

kompresor yang sama. Namun perlu diperhatikan jika beban pendinginan tidak

ditambah, akan mengakibatkan refrigeran yang masuk ke dalam kompresor masih

berada dalam kubah uap (berfasa campuran antara liquid dan vapor) sehingga

dapat merusak kompressor.

Berdasarkan standar temperatur air panas untuk kepentingan mandi dan

mencuci tangan, maka temperatur yang harus dicapai oleh sistem

Split-AirCon-Water adalah 40–450C.

2.6 Perhitungan kinerja Sistem Refrigerasi

Dasar – dasar perhitungan perfomansi siklus kompresi uap standar

a) Kerja kompresi ( wc )

Untuk menghitung kerja kerja kompresi adalah sebagai berikut :

wc = h2– h1... (2.1) Dimana :

wc = Kerja Kompresi (kJ/kg)

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

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

b) Efek refrigerasi ( qr )

Untuk menghitung kerja kerja kompresi adalah sebagai berikut :

qr = h1– h4... (2.2) Dimana :

qr = Besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)

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

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

c) Koefisien prestasi ( COP )

COP disebut dengan koefisien prestasi dipergunakan untuk menyatakan

perfomansi dari siklus refrigeransi. Untuk mencari COP menggunakan Persamaan

sebagai berikut:

COP =

��... (2.3)

d) Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air

Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan air dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut :

Qwater = �x Cp x ∆T…....( 2.4 ) Dimana :

ρ = Massa air ( kg/m3 ) V = Volume air (m3) t = Waktu (s)

�p= Kalor spesifik air (J/kg.K)

Tawal = Temperatur air awal (˚C), Takhir= Temperatur air akhir (˚C)

Daya aktual kompresor

Daya aktual kompresor dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

P aktual = V . I . Cos θ….(2.5)

Dimana :

P = Daya aktual kompresor (watt) I = Arus Listrik ( Ampere )

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3. 1. Tempat dan Waktu

Tempat penelitian atau pengujian dilakukan di Kantor Engineering Hotel

Antares Indonesia, Jalan Sisinga Mangaraja Medan. Waktu penelitian atau

pengujian selama 3 bulan.

3. 2. Bahan

Pada penelitian ini, bahan pengujian yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Pipa tembaga

Pipa tembaga banyak dimanfaatkan di industri pendingin karena memiliki

konduktivitas termal yang baik dan ketahanan terhadap korosi.

Gambar 3. 1. Pipa Tembaga

2. Refrigeran

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang

mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Refrigeran

Gambar 3. 2 Refrigeran R22 Dupont

3. Triplek dan Besi Siku

Sebagai bahan utama untuk rangka dari rumah atau tempat kondensor dan

kompresor

4. Bak penampungan air panas

Bak penampungan yang digunakan adalah bak yang terbuat dari fiberglass,

hal ini dimaksudkan agar dapat menyimpan air dengan suhu tinggi tanpa

kehilangan panas seiring waktu.

Gambar 3.3 Bak penampungan air panas

5. Pipa Sambungan Siku

Digunakan untuk membentuk pipa-pipa tembaga yang akan dibentuk

Gambar 3.4 Pipa Sambungan Siku

3. 3. Alat Ukur Yang Digunakan

Alat-alat ukur yang digunakan pada pengujian alat penukar kalor ini

adalah sebagai berikut :

1. Clamp Meter (Tang Ampere)

Merupakan alat ukur praktis yang bisa dipergunakan dengan mudah saat

pengukuran kuat arus, tanpa harus memutus atau membuat kabel jumper guna

mengetahui berapa besaran kuat arus yang mengalir pada beban rangkaian

elektronik atau listrik.

Gambar 3.5 Clamp Meter

2. Manifold Gauge

Fungsi manifold :

 Mengetahui adanya kebocoran pada sistem.

Jumlah manifold gauge yang digunakan pada pengujian mesin ini

sebanyak 5 manifold.

Gambar 3. 6 Manifold Gauge

3. Pengukur Suhu/Temperatur

Untuk mengukur suhu suatu benda yang diinginkan, alat pengukur suhu

yang digunakan untuk pengujian mesin ini sebanyak 6 pengukur.

Gambar 3.7 Alat Pengukur Suhu

3. 4. Peralatan Yang Digunakan 1. Sistem Air Conditioner

Air Conditioner yang digunakan dalam pengujian ini adalah tipe split

dengan daya sebesar 1 PK. Unit indoor, yang terdiri dari evaporator, dan unit

outdoor, yang terdiri dari kompressor, kondensor, dan pipa kapiler. Seluruh

jalur pemipaan (pipping) refrigerant yang ada diisolasi untuk mencegah

kebocoran thermal yang dapat menurunkan performa AC.

Spesifikasi AC :

1 PK

 Model : S09LS-1

 LG Model : HS-C096QDA3  Power input : 795 Watt

 Voltage/Freq : 220-240 V/50 Hz  Current : 4.1 A

 Refrigerant : R-22 (0.41 kg)

2. Pompa Vakum

Pompa vakum digunakan untuk memvakumkan alat mesin pendingin agar

tidak ada kotoran yang tertinggal didalam sistem pendingin

Gambar 3. 8 Pompa Vakum

Spesifikasi Pompa Vakum :

Merek : ROBINAIR

Model No. : 15601

Kapasitas : 142 l/m

Motor HP : ½

Volt : 110-115 V / 220-250 V

3. Pentil Selang Manifold Gauge

Pentil digunakan sebagai tempat selang manifold gauge agar tekanan dapat

dibaca tanpa ada kebocoran dan dapat dibongkar pasang sehingga lebih

Gambar 3. 9 Pentil Selang Manifold Gauge

4. Las Tembaga dan Las Besi

Untuk menyambung pipa tembaga, menyambungkan pentil selang

manifold dan me-las keperluan lainnya.

5. Flaring Tool

Berfungsi untuk mengembangkan ujung pipa agar dapat disambung

dengan pipa lain atau sambungan berulir.

Gambar 3. 10 Flaring Tool

6. Pemotong pipa tembaga (Tube Cutter)

3. 5. Langkah Pembuatan Water Heater dengan menggunakan Alat Penukar Kalor Tipe Serpentine

3. 5. 1. Pembuatan Rumah Atau Tempat Kondensor dan Kompresor Rangka dari tempat kondensor dan kompresor menggunakan besi siku

ukuran 2cm x 2 cm dengan tebal 2mm dibentuk sesuai dengan ukuran yang telah

ditentukan. Setelah rangka selesai dilas atau dibentuk kemudian pemasangan

triplek setebal 8mm sebagai bodi dari rangka tersebut.

Gambar 3. 12 Pengerjaan Rangka dan bodi Kondensor-Kompresor

Gambar 3.13 Dimensi Tempat Kondensor-Kompressor

3.5.2. Pembuatan Bagian Water Heater

1. Membentuk pipa tembaga menjadi tipe serpentine

Pipa tembaga dibentuk dengan menggunakan pipa sambungan siku agar pipa

tersebut dapat saling menyambung, kemudian di-las disatu sisi setiap sambungan

dengan pipa.

Gambar 3. 15 Pipa tembaga yang telah disambung/di-las

Penelitian ini menggunakan desain pipa serpentine seperti yang terdapat

pada gambar 3.16, dengan menggunakan pipa tembaga berdiameter ¼ inch

dengan 34 laluan dan panjang 4.26 meter.

Gambar 3.16 Alat penukar kalor tipe serpentine

2. Pemasangan pipa tembaga pada bak penampungan air panas

Semua pipa yang disambung dipasang di dalam bak air

3.5.3. Instalasi Alat Pengujian

Alat pengujian terdiri dari system AC dengan aliran refrigerant dihubungkan

dengan penukar kalor tipe serpentine yang berada dalam bak air. Pipa outlet

kompresor dan pipa inlet kondensr dipotong kemudian dihubungkan dengan alat

penukar kalor. Dengan demikian, refrigerant dengan temperature tinggi yang

keluar dari kompressor akan mengalir terlebih dahulu melalui alat penukar kalor

lalu menuju ke kondensor.

Gambar 3.18 Alat Pengujian

Keterangan :

P1 = Tekanan keluaran Evaporator (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

P2 = Tekanan keluaran Kompressor (Psi) T6 = Suhu ruangan (0C)

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T7 = Suhu Air (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C)

T2 = Suhu keluaran kompressor (0C)

T3 = Suhu keluaran kondensor (0C)

T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

Gambar 3.20 Desain Alat Pengujian

3.6 Prosedur Pengujian.

Prosedur pengujian dapat diuraikan sebagai berikut :

1. Pemasangan alat ukur 5 manifold gauge untuk mengetahui besarnya tekanan

kondensor, pada pipa sesudah kondensor sebelum pipa kapiler, pada pipa

kondensor setelah pipa kapiler dan pada selang pengisian posisi : pada pipa

kompresor, pada pipa sebelum kondensor, pada pipa setelah refrigerant.

2. Pemasangan alat ukur temperature sebanyak 6 dengan kondensor sebelum

pipa kapiler, pada pipa setelah kondensor setelah pipa kapiler, didalam dan

diluar ruangan dan untuk bak penampungan air panas.

3. Pemasangan clamp meter untuk mengetahui besarnya arus listrik yang

digunakan mesin pendingin.

Gambar 3. 21 Pemasangan manifold gauge, pengukur suhu dan clamp meter.

4. Proses pemvakuman dengan menggunakan pompa vakum dengan tujuan agar

kotoran-kotoran yang ada dari sisa pemotongan pipa, saat me-las dapat

terbuang dan tidak terjadi penyumbatan serta dapat mnegetahui adanya

kebocoran. Proses pemvakuman dilakukan selama 15-20 menit

5. Pengisian Refrigeran Dupont R-22.

Pada saat pengisian refrigerant harus menggunakan manifold (keadaan

mesin pendingin telah dihidupkan) dan posisi tabung Freon harus terbalik agar

yang masuk pada mesin pendingin tidak hanya oksigen (angin) saja dan

ditunggu hinga tekanan konstan pada angka 60 Psi (30 menit) setelah itu

pengambilan data bisa dilakukan.

6. Setelah tekanan Freon konstan (60 Psi) maka bak penampungan air panas diisi

dengan air yang sebelumnya telah diukur suhunya, panas pipa tembaga akibat

dari kerja kompressor lambat laun akan memanaskan air yang ada di bak

penampungan air panas,

7. Proses pengambilan data dilakukan 3 kali yaitu :  Siang hari : Pukul 13. 00

 Sore Hari : Pukul 17. 00  Malam Hari : Pukul 21. 00

Pengambilan data dilakukan selama satu jam setiap 5 menit dan mencatat

semua data dari alat pengukur secara bersamaan.

3.7 Prosedur Pengolahan Data dalam Penelitian Pengolahan data dilakukan dengan beberapa asumsi :

 Alat penukar kalor bekerja dalam keadaan steady  Tidak ada kebocoran kalor (heat loss) ke lingkungan

 Temperatur tiap fluida seragam pada setiap bidang perpotongan pada alat penukar kalor

 Kecepatan aliran fluida terdistribusi merata pada sisi masing-masing

Nilai-nilai yang didapat dalam pengolahan data kali ini adalah :

 Kalor yang diterima air dapat dihitung dari massa air pada tangki penyimpanan dikalikan dengan massa jenis air dan perbedaan temperatur

air awal & akhir. Kapasitas kalor air yang diambil adalah kapasitor kalor

rata-rata temperatur masuk dan temperatur keluar air.

 Kerja kompressor didapatkan dari perkalian arus listrik yang dikonsumsi dengan tegangan listrik PLN.

 Coefficient of Performance (COP) menyatakan rasio antara manfaat yang dicapai dengan kerja/usaha yang dilakukan untuk mendapatkan manfaat

3.8 Flowchart Penelitian

Berikut merupakan tahapan dalam pengujian pendingin kondensor:

Mulai

BAB IV

ANALISA DATA PENELITIAN

Pengolahan data dilakukan sesuai dengan prosedur pengolahan data yang

sudah dijelaskan pada bab III. Pengolahan data dimaksudkan untuk mendapatkan

karakteristik sistem Split-Air ConWater yang diteliti. Data-data yang didapat

diolah dan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Pengujian dilakukan dengan

dua kondisi AC yang berbeda, yaitu :

1. Pengujian AC LG 1-PK dalam kondisi standard pabrikan, dimana data

yang diambil akan dijadikan bahan perbandingan dengan

Split-AirConWater.

2. Pengujian AC LG 1-PK yang telah dimodifikasi dengan menggunakan

Alat Penukar Kalor.

Keterangan :

Seperti dibahas pada bab III, sebelum pengujian dilakukan pemakuman

selama 15-20 menit pada kondensor untuk membersihkan dari kotoran dan untuk

mengetahui ada tidaknya kebocoran. Evaporator ditempatkan pada ruangan 6x5 m

dengan beban yang sama antara pengujian standart dan modifikasi.

4.1 Analisa Karakterisasi Split-AirConWater

4.1.1 Pengujian pada Siang Hari

Pada siang hari, temperature air maksimum dapat mencapai 61,6 0C.

Sedangkan temperature refrigerant maksimun tercapai pada 99,3 0C. kondisi

ruangan akan stabil pada temperature 25 0C.

Gambar 4.3 Grafik tekanan pada siang hari Split-AirConWater

Berikut data pada pengujian siang hari.

Tabel 4.1 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Siang Hari

Keterangan :

4.1.2 Pengujian pada Sore Hari

Gambar 4.4 Grafik temperatur pada sore hari Split-AirConWater

Pada sore hari, temperature air maksimum dapat mencapai 61,6 0C.

Sedangkan temperature refrigerant maksimun tercapai pada 95,9 0C. kondisi

Gambar 4.5 Grafik tekanan pada sore hari Split-AirConWater

Berikut data pada pengujian sore hari.

Tabel 4.2 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Sore Hari

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

A = Kuat Arus (Ampere) T6 = Suhu ruangan (0C)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T7 = Suhu Air (0C)

4.1.3 Pengujian pada Malam Hari

Gambar 4.6 Grafik temperatur pada malam hari Split-AirConWater

Pada sore hari, temperature air maksimum dapat mencapai 61,1 0C.

Sedangkan temperature refrigerant maksimun tercapai pada 97 0C. kondisi

Gambar 4.7 Grafik tekanan pada malam hari Split-AirConWater

Berikut data pada pengujian malam hari.

Tabel 4.3 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Malam Hari

P3 = Tekanan keluaran Kondensor (Psi) T4 = Suhu keluaran pipa kapiler (0C)

P4 = Tekanan keluaran Pipa Kapiler (Psi) T5 = Suhu lingkungan (0C)

A = Kuat Arus (Ampere) T6 = Suhu ruangan (0C)

T1 = Suhu keluaran evaporator (0C) T7 = Suhu Air (0C)

Penambahan beban pendinginan pada siang hari yang diakibatkan oleh

panas pada dinding-dinding, dan plafon, daripada malam hari yang cenderung

dingin mempengaruhi temperatur air pada bak penyimpanan. Dengan naiknya

beban pendinginan maka kalor yang diserap refrigerant akan meningkat pula

sehingga menaikkan temperature refrigerant itu sendiri. Dengan naiknya

temperature refrigerant maka kalor yang diserap air pun makin meningkat dan

secara langsung menaikkan temperature air tersebut. Untuk pengujian

Split-AirConWater dengan 1 PK menghasilkan temperature yang berkisar diantara 60 0

4.2.1 Perhitungan Daya Kompressor (Qkomp)

Tabel 4.4 Data Perhitungan Qkomp pada AC Split-AirConWater