a 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
i 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. 6. Bapak Johannes Asran selaku ketua Engginering Hotel Antares, Bapak
ii 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
iii 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.
iv 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-AirConWater). 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.
v
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv DAFTAR ISI ... vDAFTAR 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
vi
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
vii
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
viii 4.5 Analisis Biaya ... 74
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 79
5.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA
ix
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
x
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
xi
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-AirConWater ... 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
xii pada sore hari ... 73
4.13 Grafik Perbandingan AC Split-AirConWater dengan AC Standar
xiii
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-AirConWater pada Siang Hari ... 46
4.2 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Sore Hari ... 48
4.3 Data Pengujian AC Split-AirConWater pada Malam Hari ... 50
4.4 Data Perhitungan Qkomp pada AC Split-AirConWater ... 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-AirConWater ... 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
xiv
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
xv 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
