Analisa Performansi AC Split dengan Penambahan Alat Penukar Kalor Tipe Selongsong di Pipa Isap dan Pipa Tekan

(1)

a

ANALISA PERFORMANSI AC SPLIT DENGAN

PENAMBAHAN ALAT PENUKAR KALOR

TIPE SELONGSONG DI PIPA ISAP

DAN PIPA TEKAN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SUMANTRI SIHALOHO

NIM. 120421046

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

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 bukti pertanggung jawaban atas pendidikan yang telah dijalani selama 3 tahun di Universitas Sumatera Uatara dan merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana yang dipilih

adalah “ANALISA PERFORMANSI AC SPLIT DENGAN PENAMBAHAN

ALAT PENUKAR KALOR TIPE SELONGSONG DI PIPA ISAP DAN PIPA TEKAN

”

Dalam penulisan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik moral maupun materi dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Farel H. Napitupulu, D.E.A. Selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

2. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME. Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri. Selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Ir. A. Halim Nasution, Msc. Selaku Penguji I yang memberikan masukan dan saran-saran.

(10)

ii 7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

8. Seluruh Rekan-rekan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada teman - teman seperjuangan Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan satu - persatu yang telah membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini.

9. Kedua orang tua saya yang tercinta Romiat Situmorang dan Kamin Sihaloho yang telah memberikan dukungan dalam doa baik moril dan dan juga materi.

10.Saudara dan kedua saudari saya Firman Sihaloho, Lasma Uli Sihaloho, Sindak Octaviani Sihaloho yang saya sayangi untuk dukungan, perhatian, kasih sayang yang telah diberikan.

11.Untuk teman, sahabat dan juga orang saya kasihi, tempat saya berbagi suka dan duka Septy Nova Purba A.md.

12.Enginering Hotel Antares (bang Joasran, Bang jonatan, Bang Alfred, Bang Rizal) untuk bantuannya dalam menyelesaikan pembuatan alat pengujian dan masukan-masukan yang diberikan.

13.Adik–adik pengurus YAKPM, UKM KMK Politeknik Negri Medan untuk dukungan, semangat dan doanya.

Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari 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, 01 Juli 2015.

Penulis,

(11)

iii

ABSTRAK

Alasan praktis penggunaan alat penukar kalor pada sistem pendingin adalah untuk menjaga agar refrigeran dalam fasa uap-cair tidak masuk ke dalam kompresor (tidak terjadi kompresi basah) serta pendinginan lanjut (subcooling) cairan dari kondensor untuk mencegah terbentuknya gelembung uap yang melewati katub ekspansi. Dengan penambahan alat penukar kalor ini diharapkan dapat meningkatkan efek refrigerasi serta meningkatkan kapasitas dan coeffisien Of performansi (COP) sistem pendingin. Salah satu cara yang dipakai untuk meningkatkan efek refrigerasi adalah dengan mengalirkan panas refrigeran yang keluar dari kondensor, kemudian disinggungkan dengan refrigeran yang keluar dari evaporator pada sebuah alat penukar kalor tipe selongsong. Pengujian dilakukan dengan mengambil data-data tekanan pada sisi masuk kompresor (P1), sisi keluar (P2) kompresor, sisi keluar kondensor (P3) dan sisi masuk evaporator (P4), Keluar Evaporator (P5) serta suhu di sisi masuk kompresor (T1), keluar kompresor (T2), keluar kondensor (T3), masuk evaporator (T4) dan keluar evaporator (T5) . Dengan diketahuinya P1, P2, P2, P3, P4 dan P5 maka entalpi diketahui. Dalam waktu 60 menit, kerja kompresor dari sistem pengkondisian udara yang dimodifikasi mengalami penurunan sebesar 2,2 %, efek refrigerasi mengalami peningkatan sebesar 13,9 %, koefisien performansi (COP) meningkat sebesar 18,18 % dan laju aliran massa refrigeran meningkat sebesar 9 % dari sistem yang tanpa dimodifikasi.

(12)

iv ABSTRACT

Practical reasons the use of a heatexchanger on cooling system is to keep the refrigerant in the liquid vapour phase do not enter into the compressor (wet compresion not occur) as well as the advanced liquid cooling (sobcooling) of the condenser to prevent the formation of bubles of steam passing throught expantion valve. So hopefully with the addition of a heat exchanger may increase the effects of refrigeration capascity and coeffisien Of performansi (COP), as well as improved cooling system. One of the ways used to raise the refrigera tion effect is way hot refrigerant flow coming out of the condenser, then missed with a refrigerant out of the evaporator on a heat exchanger sheel of bullet type. Testing is done with the data by taking the pressure on the compresser inlets (P1), out side of compressor (P2), out side of condenser (P3) evaporator inlets (P4), and out side evaporator (P5) as well as temperature on the compressor inlets (T1), out side of compressor (T2), out side of condenser (T3), evaporator inlets (T4), and out side of evaporator (T5) With the known P1, P2, P3, P4,P5 then known enthalpi. Within 60 seconds, the working compression of the air conditioning systems are modified a decline of 2,2 %, impact of refrigeration experience increased of 13,9 %,coefisient of performance 18,18 %,and refrigerant mass flow 9 %than without modification.

Keywords : Working Compression, impact of refrigeration, Coefisient Of

(13)

v

1.5 SistematikaPenulisan ... 3

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

2.2 Komponen Sistem Pendingin Ruangan ... 6

2.2.1 Kompresor ... 6

2.3 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan... 13

2.3.1 Jenis – jenis Pendingin Ruangan ... 14

2.4 Termodinamika Sistem Refrigerasi ... 24

2.4.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ... 25

2.4.2 Siklus Refrigerasi Absorbsi ... 28

2.5 Beban Pendingin ... 29

(14)

vi

2.5.2 Sumber-sumber Beban Pendingin... 30

2.5.3 Analisa Beban Pendingin ... 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat... 32

3.2 Gambar Alat Penujian ... 39

3.3 Sketsa Rangkaian Pengujian ... 40

3.3.1 Rangkaian Pengujian Tanpa Modifikasi ... 40

3.3.2 Rangkaian Pengujian Dengan Modifikasi Menggunakan APK ... 41

3.4 Langkah-langkah Penelitian... 41

3.4.1 Pengujian Sistem Refrigerasi Tanpa Modifikasi ... 41

3.4.2 Pengujian Sistem Refrigerasi Dengan Modifikasi Menggunakan APK Tipe Selongsong ... 45

BAB IV DATA DAN ANALISA DATA 4.1 Data Hasil Pengujian ... 49

4.1.1 Pengujian Tanpa Dimodifikasi dan Pengujian Setelah Dimodifikasi ... 49

4.1.1.1 Pengujian Tanpa Dimodifikasi ... 49

4.1.1.2 Pengujian Setelah Dimodifikasi ... 51

4.1.2 Analisa Data Pengujian Tanpa Dimodifikasi ... 53

4.1.2.1 Perhitungan Data Pengujian Siang Hari ... 53

4.1.2.2 Perhitungan Data Pengujian Sore Hari ... 59

4.1.2.3 Perhitungan Data Pengujian Malam Hari ... 62

4.1.3 Perhitungan Data Pengujian Setelah Dimodifikasi ... 64

4.1.3.1 Perhitungan Data Pengujian Siang Hari ... 64

4.1.3.2 Perhitungan Data Pengujian Sore Hari ... 71

4.1.3.3 Perhitungan Data Pengujian Malam Hari ... 74

4.2 Analisa Data ... 76

4.2.1 Hubungan Waktu Terhadap Kerja Kompresi ... 76

(15)

vii

4.2.1.2 Pengujian Sore Hari ... 77

4.2.1.3 Pengujian Malam Hari ... 78

4.2.2 Hubungan Waktu Terhadap Efek Refigerasi ... 80

4.2.2.1 Pengujian Siang Hari... 80

4.2.3 Hubungan Waktu Terhadap COP ... 84

4.2.3.2 Pengujian Sore hari ... 85

4.2.4 Hubungan Waktu Terhadap Laju Aliran Massa Refrigeran ... 88

4.2.5 Analisa Biaya Ekonomis Penggunaan AC Setelah Dimodifikasi dan Tanpa Dimodifikasi ... 91

4.2.5.1 Biaya Pembelian Bahan Teknik ... 91

4.2.5.2 Biaya Pembuatan Alat (APK)... 92

4.2.5.3 Biaya Listrik AC Tanpa Dimodifikasi ... 92

4.2.5.4 Biaya Listrik AC Setelah Dimodifikasi ... 93

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 94

5.2 Saran ... 96 DAFTAR PUSTAKA

(16)

viii

Gambar 2.6 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan ... 13

Gambar 2.7 AC Window ... 15

Gambar 2.8 Wall Type ... 16

Gambar 2.9 Floor Type ... 17

Gambar2.10 Cassette Type ... 17

Gambar2.11 Unit Pendingin (Chiller) ... 18

Gambar2.12 Air Handling Unit (AHU) ... 19

Gambar2.13 Centrifugal Fan ... 20

Gambar2.14 Cooling Coil ... 20

Gambar2.15 Saringan Udara (Filter)... 21

Gambar2.16 Proses Humidififying ... 21

Gambar2.17 Bentuk Saluran Udara ... 22

Gambar2.18 Bentuk Saluran Udara Balik ... 23

Gambar 2.19 Cooling Tower ... 23

Gambar 2.20 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap ... 25

Gambar2.21 Diagram T-s dan P-h Kompresi Uap ... 26

Gambar 2.22 Sistem Refrigerasi Absorbsi ... 29

Gambar2.23 Jenis Beban Pendingin Pada Udara Luar ... 30

(17)

ix

Gambar 3.7 Pemotong Pipa ... 35

Gambar 3.8 Alat Las ... 36

Gambar 3.9 Alat Penukar Kalor Tipe Selongsong ... 36

Gambar 3.10 Isolasi... 37

Gambar 3.11 Termometer Digital ... 38

Gambar 3.12 Selang Penghubung ... 38

Gambar 3.13 Tang Ampere ... 39

Gambar 3.14 Alat Pengujian... 39

Gambar 3.15 Sketsa Rangkain Pengujian Tanpa Modifikasi ... 40

Gambar 3.16 Sketsa Rangkain Pengujian Setelah Dimodifikasi ... 41

Gambar 3.17 Diagram P-h Pengujian Setelah Dimodifikasi ... 42

Gambar 3.18 Pengisian Refrigeran ... 44

Gambar 3.19 Pengambilan Data ... 45

Gambar 3.20 APK Tipe Selongsong Dipasang Pada Sistem... 45

Gambar 3.21 Posisi Pipa Kapiler ... 46

Gambar 3.22 Pengisian Refrigeran ... 48

Gambar 3.23 Pengambilan Data ... 48

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Kerja Kompresor Pengujian Siang Hari ... 77

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Kerja Kompresor Pengujian Sore Hari ... 78

Gambar 4.3 GrafikHubungan Waktu Terhadap Kerja Kompresor Pengujian Malam Hari... 79

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Dampak Refrigerasi Pengujian Siang Hari ... 80

Gambar 4.5 GrafikHubungan Waktu Terhadap Dampak Refrigerasi Pengujian Sore Hari ... 82

Gambar 4.6 GrafikHubungan Waktu Terhadap Dampak Refrigerasi Pengujian Malam Hari... 83

(18)

x Gambar 4.8 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Coeffisien Of Prestasi

(COP) Pengujian Sore Hari ... 86 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Coeffisien Of Prestasi

(COP) Pengujian Malam Hari ... 87 Gambar 4.10 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Daya Kompresor

Pengujian Siang Hari ... 88 Gambar 4.11 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Dampak Refrigerasi

Pengujian Sore Hari ... 90 Gambar 4.12 Grafik Hubungan Waktu Terhadap Dampak Refrigerasi

(19)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penamaan Refrigerant, Kode Warna Serta Rumus

Kimianya... 12

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Siang Hari Sebelum Dimodifikasi ... 50

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sore Hari Sebelum Dimodifikasi ... 50

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Malam Hari Tanpa Dimodifikasi ... 51

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Siang Hari Setelah Dimodifikasi ... 51

Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Sore Hari Setelah Dimodifikasi... 52

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Malam Hari Setelah Dimodifikasi ... 52

Tabel 4.7 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Siang Hari Tanpa Dimodifikasi ... 56

Tabel 4.8 Nilai Laju Aliran Massa Refrigeran, Kerja Kompresor, Dampak Refrigerasi, COP, dan Daya Kompresor Pengujian Siang Hari Tanpa Dimodifikasi... 59

Tabel 4.9 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Sore Hari Tanpa Dimodifikasi ... 59

Tabel 4.10 Nilai Laju Aliran Massa Refrigeran, Kerja Kompresor, Dampak Refrigerasi, COP, dan Daya Kompresor Pengujian Sore Hari Tanpa Dimodifikasi ... 61

Tabel 4.11 Enthalpi Setiap Tekanan Pengujian Malam Hari Tanpa Dimodifikasi ... 62

Tabel 4.12 Nilai Laju Aliran Massa Refrigeran, Kerja Kompresor, Dampak Refrigerasi, COP, Dan Daya Kompresor Pengujian Malam Hari Tanpa Dimodifikasi ... 64

Tabel 4.13 Enthalpi Pada Setiap Tekanan Pengujian Siang Hari Setelah Dimodifikasi... 68

(20)

xii Setelah Dimodifikasi... 71 Tabel 4.16 Nilai Laju Aliran Massa Refrigeran, Kerja Kompresor,

Dampak Refrigerasi, COP, dan Daya Kompresor Pengujian Sore Hari Setelah Dimodifikasi ... 73 Tabel 4.17 Enthalpi SetiapTekanan Pengujian Malam Hari

Setelah Dimodifikasi... 74 Tabel 4.18 Nilai Laju Aliran Massa Refrigeran, Kerja Kompresor,

Dampak Refrigerasi, COP, dan Daya Kompresor Pengujian Malam Hari Setelah Dimodifikasi ... 75 Tabel 4.19 Perbandingan Kerja Kompresor Setelah Dimodifikasi

Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian Siang Hari ... 76 Tabel 4.20 Perbandingan Kerja Kompresor Setelah Dimodifikasi

Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian Sore Hari ... 77 Tabel 4.21 Perbandingan Kerja Kompresor Setelah Dimodifikasi

Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian Malam Hari ... 78 Tabel 4.22 Perbandingan Dampak Refrigerasi Setelah Dimodifikasi

Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian Siang Hari ... 80 Tabel 4.23 Perbandingan Dampak Refrigerasi Setelah Dimodifikasi

Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian Sore Hari ... 81 Tabel 4.24 Perbandingan Dampak Refrigerasi Setelah Dimodifikasi

Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian Malam Hari ... 82 Tabel 4.25 Perbandingan Coeffisien Of Prestasi (COP) Setelah

Dimodifikasi Dan Tanpa Dimodifikasi

Pengujian Siang Hari ... 84 Tabel 4.26 Perbandingan Coeffisien Of Prestasi (COP) Setelah

Pengujian Sore Hari ... 85 Tabel 4.27 Perbandingan Coeffisien Of Prestasi (COP) Setelah

(21)

xiii Dimodifikasi Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian

Siang Hari ... 88 Tabel 4.29 Perbandingan Laju Aliran Massa Refrigeran Setelah

Dimodifikasi Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian

Sore Hari ... 89 Tabel 4.30 Perbandingan Laju Aliran Massa Refrigeran Setelah

Dimodifikasi Dan Tanpa Dimodifikasi Pengujian

(22)

xiv

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