Analisa Performansi Mesin Pendingin 1-Pk dengan Penambahan Subcool Menggunakan Refrigerant R-22

(1)

ANALISA PERFORMANSI MESIN PENDINGIN 1-PK DENGAN

PENAMBAHAN SUBCOOL MENGGUNAKAN

REFRIGERANT R-22

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RIKARDO GOODLAS MANURUNG

NIM. 130421015

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan rahmat dan anugerah-Nya kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik mungkin.

Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan

mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelarsarjana di

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun

judul Tugas Sarjana ini adalah “ANALISA PERFORMANSI MESIN

PENDINGIN 1-PK DENGAN PENAMBAHAN SUBCOOL

MENGGUNAKAN REFRIGERANT R-22”

Dalam penulisan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik

moral maupun materi dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terimakasih kepada :

1. Kedua Orang Tua penulis, M. Manurung dan K. Silalahi tidak henti-henti

nya memberikan nasihat, dukungan, dan doa kepada penulis.

2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, MT.Selaku Dosen Pembimbing yang telah

membimbing, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana

ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuriselaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik UniversitasSumateraUtara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik

MesinFakultasTeknikUniversitas Sumatera Utara.

5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik UniversitasSumateraUtara.

6. Kepada adik tersayang saya DNH yang selalu membantu dan memberikan

(17)

ii 7. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya

kepada teman - teman seperjuangan Angkatan 2013 yang tidak dapat

disebutkan satu - persatu yang telah membantu dan memberi masukan yang berguna

demi kelengkapan Tugas Sarjana ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih belum sempurna. Hal ini

dikarenakan terbatasnya pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis.Untuk

itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran-saran yang membangun dari semua

pihak untuk perbaikan tugas sarjana ini.

Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat bagi

pembaca dan peneliti lainnya.

Medan,Maret 2016

Penulis,

RikardoGoodlasManurung

(18)

iii

ABSTRAK

Sistem pengkondisian udara merupakan proses mengkondisikan udara suatu ruangan sehingga mencapai temperatur dan kelembapan yang diharapkan. Penambahan subcool dengan media pendingin air yand ditambahi es batu merupakan cara yang efektif untuk meningkatkan performansi sistem pendingin.Penggunaan subcool adalah untuk menjaga gelembung uap yang melewati katub ekspansi. Agar semua refrigerant yang masuk kedalam evaporator 100% cairan. Penelitian dilakukan pada air conditioning (AC) Split 1-PK. Pengujian dilakukan dengan mengambil data pada alat ukur tekanan yaitu pada sisi masukan kompresor (P1), sisi keluar kompresor (P2), sisi keluar kondensor (P3), sisi keluaran Subcool (P4), masukan evaporator (P5), serta temperatur di sisi masuk kompresor (T1), sisi keluar kompresor (T2), sisi keluar kondensor (T3) dan keluaran subcool (T4), sisi masukan evaporator (T5). Dari data yang telah dianalisa maka diperoleh peningkatan performansi sistem pendingin, yakni meningkatnya kapasitas pendinginan menjadi 208.075 kJ/kg kW, dan semakin rendah daya kompresor menjadi 0,814121 kW, serta meningkatnya COP sebesar 15% dari AC standar.

Kata kunci:_{Sistem Pengkondisian Udara , Performansi, Subcool, Kapasitas}

(19)

iv

ABSTRACT

An air conditioning system to condition the air of a room so as to achieve the expected temperature and humidity. Extra media subcool with water cooling block, add ice cubes is an effective way to improve system performance

pendingin.Penggunaan subcool is to keep the bubble of steam passing through the expansion valve. So that all the refrigerant into the evaporator 100% liquid. The study was conducted on the air conditioning (AC) Split 1-PK. Testing is done by taking data on a pressure gauge that is on the input side of the compressor (P1), the out side of the compressor (P2), the out side of the condenser (P3), the output side Subcool (P4), enter the evaporator (P5), and the temperature on the entrance side compressor (T1), the out side of the compressor (T2), the out side of the condenser (T3) and the output subcool (T4), the input side of the evaporator (T5). From the data that has been analyzed then gained increasing performance cooling system, namely the increased cooling capacity becomes 208 075 kJ / kg kW, and the lower the power compressor becomes 0.814121 kW, and increased COP of 15% of the standard AC. Keywords: Air Conditioning System, Performance, Subcool, Cooling Capacity.

(20)

v

1.5 SistematikaPenulisan ... 3

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

2.2 Komponen Sistem Pendingin Ruangan ... 6

2.2.1Kompresor ... 6

2.2.2 Kondensor ... 7

2.2.3 Flow Control / Katub Ekspansi ... 9

2.2.4 Evaporator ... 10

2.2.5 Refrigrant ... 11

2.3 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan ... 13

2.3.1 Jenis – jenis Pendingin Ruangan... 14

2.4 Termodinamika Sistem Refrigerasi ... 20

2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ... 21

2.4.2 Siklus Refrigerasi Absorbsi ... 26

(21)

vi BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu ... 28

3.7 Langkah Pembuatan Subcool ... 47

3.8 Langkah- Langkah Penelitian ... 42

3.9 Skema Alat Pada Penelitian ... 44

3.9.1 Skema Alat Pada Penelitian AC Standar ... 44

3.9.2 Skema Alat Pada Penelitian AC Menggunakan Subcool .. 45

3.5.3 Laju Aliran Air Dalam Pipa Yang dihasilkan Pompa . 48 3.5.2 Koefisien Perpindahan Panas Secara konveksi paksa . 48 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian ... 45

4.1.1Pengujian AC dengan Kondisi Standar ... 46

4.1.2 Pengujian AC dengan Menggunakan Subcool ... 66

4.1.3 AnalisaPerformansi ... 86

4.1.3.1 Hubungan Waktu dengan Daya Kompresor ... 86

4.1.3.2 Hubungan Waktu Dengan Kapasitas Pendinginan ... 88

4.1.3.3 Hubungan Waktu Dengan Kalor Kondensor ... 90

4.1.3.4 Hubungan Waktu Dengan COP ... 91

4.2 Penghematan Konsumsi Listrik AC ... 86

(22)

vii 4.2.1 Konsumsi Listrik AC Standar ... 86

4.2.2 Konsumsi Listrik Setelah Dimodifikasi ... 86

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 94

5.2 Saran ... 96

DAFTAR PUSTAKA

(23)

viii

Gambar 2.6 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan ... 14

Gambar 2.7 AC Window... 15

Gambar 2.13 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap ... 21

Gambar 2.14 Diagram T-s dan P-h Siklus Kompresi Uap ... 22

Gambar 2.15 Diagram P-h Sistem Komresi Uap Ideal ... 22

Gambar 2.16 Sistem Refrigerasi Absorbsi ... 26

Gambar 2.17 Siklus Mesin Pendingin Dengan Menggunakan Subcool . 23 Gambar 3.1 Satu Unit AC LABTECH 1 PK ... 28

Gambar 3.2 Pipa Tembaga ... 29

Gambar 3.3 Kotak Styrofoam... 29

Gambar 3.4 Pipa Sambungan U ... 30

Gambar 3.5 Selang Air ... 30

Gambar 3.6 Refrigeran R-22 Dupont... 31

Gambar 3.7 Subcool ... 33

Gambar 3.8 Pipa PVC ... 33

Gambar 3.9 Tang Ampere ... 34

(24)

ix

Gambar3.10 Manifold Gauge ... 34

Gambar3.11 Alat Pengukur Suhu ... 35

Gambar3.12 Pompa Pakum ... 35

Gambar3.13 Pompa Auarium ... 36

Gambar3.14 Pentil Selang Manifold Gauge ... 37

Gambar3.15 Kawat Las ... 37

Gambar3.16 Flaring Tool ... 37

Gambar3.17 Tube Cutter ... 38

Gambar3.18 Dimensi Utama Subcool ... 39

Gambar3.19 Posisi Selang Inlety dan Outlet Dari Air Pendingin ... 37

Gambar3.20 Posisi Masing-masing Selang ... 41

Gambar3.21 Pompa Aqquarium Didalam Kotak Styrofoam ... 41

Gambar3.22 Pemasangan Manifold gauge, Termometer, dan clamp meter ... 42

Gambar3.23 Proses Pengisian Freon Dupont R-22 ... 39

Gambar3.24 Rangkaian Alat Pada Pengujian AC Standar ... 44

Gambar3.25 Rangkaian Alat Pada Pengujian AC Dengan Penambahan Subcool ... 45

Gambar3.26 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian ... 46

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor Pengujian Pagi Hari ... 88

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor Pengujian Siang Hari ... 88

Gambar 4.3 GrafikHubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor Pengujian Malam Hari ... 89

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Kapasitas Pendinginan Pengujian Pagi Hari ... 89

(25)

x Pengujian Siang Hari ... 90

Gambar4.6 GrafikHubungan Waktu Terhadap Kapasitas Pendinginan

Pengujian Malam Hari ... 90

Gambar 4.7 GrafikHubungan Waktu Terhadap Kalor Kondensor

Pengujian Pagi Hari ... 91

Gambar 4.8GrafikHubungan Waktu Terhadap Kalor Kondensor

Pengujian Siang Hari ... 92

Gambar 4.9GrafikHubungan Waktu Terhadap Kalor Kondensor

Pengujian Malam Hari ... 92

Gambar 4.10 GrafikHubunganWaktuTerhadapCoeficient Of Prestasi

(COP) Pengujian Pagi Hari ... 93

Gambar4.11GrafikHubungan Waktu Terhadap Coeficient Of Prestasi

(COP)Pengujian Siang Hari ... 93

Gambar4.12GrafikHubungan Waktu Terhadap Coeficient Of Prestasi

(COP)Pengujian Malam Hari ... 94

(26)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 PenamaanRefrigerant, Kode WarnaSertaRumus

Kimianya ... 13

Tabel 4.1 Data Pengujian AC Standar Pagi Hari... 48

Tabel 4.2 Nilai Enthalpi Setiap Tekanan pada Pengujian Pagi Hari

AC Standar ... 51

Tabel 4.3 Nilai Kapasitas Pendinginan, Daya Kompresor, Laju Aliran

Massa, Kapasitas Evaporator, Kalor Kondensor, dan COP

Pengujian Siang Hari AC Standar ... 53

Tabel 4.4 Data Pengujian AC Standar siang Hari ... 55

Tabel 4.5 Nilai Enthalpi Setiap Tekanan pada Pengujian Siang Hari

AC Standar ... 57

Pengujian Siang Hari AC Standar ... 60

Tabel 4.7 Data Pengujian AC Standar Malam Hari ... 61

Tabel 4.8 Nilai Enthalpi Setiap Tekanan pada Pengujian Malam Hari

AC Standar ... 63

Pengujian Malam Hari AC Standar ... 66

Tabel 4.10 Data Pengujian AC Dengan Menggunakan Subcool Pagi Hari ... 67

Tabel 4.11 Nilai Enthalpi Setiap Tekanan pada Pengujian Pagi Hari

AC Dengan Menggunakan Subcool ... 70

(27)

xii Tabel 4.13 Data Pengujian AC Dengan Menggunakan Subcool siang Hari .... 74

Tabel 4.14 Nilai Enthalpi Setiap Tekanan pada Pengujian Siang Hari

AC Dengan Menggunakan Subcool ... 77

Pengujian Siang Hari AC Dengan Menggunakan Subcool ... 80

Tabel 4.16 Data Pengujian AC Standar Malam Hari... 81

Tabel 4.17 Nilai Enthalpi Setiap Tekanan pada Pengujian Malam Hari

AC Standar ... 84

Pengujian Malam Hari AC Standar ... 87

(28)

xiii

ER Kapasitas Pendinginan kJ/kg

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

COP KoefisienPrestasi (coefisien of performance)

P Daya Kompresor W

V Tegangan V

cos θ Faktor Daya