View
225
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
SKRIPSI
ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL
KINERJA POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN
R – 134A DAN MC – 134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS
Oleh:
I Gede Putu Adi Pratama
1219351005
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK NON REGULER
UNIVERSITAS UDAYANA
2015
Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin
Or. I Nengah Suarnadwipa, MT) NIP.19651231119921030
Or. Hendra Wiiaksana, MSc) NIP.196412301991031003
\
Pembimbing II Pembimbing I
Hari/Tanggal: Senin I 30 Nopember 2015
Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi
Konsentrasi : Konversi Energi
: 1219351005 NIM
: I Gede Putu Adi Pratama Nama
Oleh:
Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program
Nonreguler Universitas Udayana
ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL
KINERJA POMP A KALOR DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN
R-134A DAN MC -134 UNTUK PRODUKSI AIR PANAS
LEMBARPENGESAHAN
Telp/Faks: 0361-246163, Email; Mesin@me.unud.ac.id Kampus Denpasar
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAM PENDIDIKAN TINGGI FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NON REGULER
JURUSAN TEKNIK MESIN
i
ANALISA KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMPA KALOR
DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R – 134A DAN MC – 134
UNTUK PRODUKSI AIR PANAS
Oleh : I Gede Putu Adi Pratama
Dosen Pembimbing : Ir. Hendra Wijaksana, MSc
Ir. Nengah Suarnadwipa, MT
ABSTRAK
Ketersedian air panas pada sebuah hotel, usaha dibidang jasa penginapan atau
rumah tangga semakin banyak diminati untuk memenuhi kenyamanan dari setiap
penghuni rumah maupun penginapan. Terdapat berbagai jenis alat untuk menghasilkan
panas sebagai pemanas air, diantaranya dengan menggunakan panas dari energy listrik
(heater), energi panas matahari, boiler, dan pompa kalor.
Dalam penelitian ini penulis mengangkat topik mengenai pompa kalor yang
merupakan suatu alat yang cukup efektif untuk menghasilkan air panas. Pompa kalor
ini akan menggunakan kondensor tipe tube in tube dengan aliran air yang masuk
berlawanan arah dengan aliran refrigeran.
Pada penelitian ini laju aliran air akan di variasikan dari 2 L/min, 3 L/min, 4
L/min sampai 5L/min serta refrigerant yang digunakan adalah R-134a dan MC-134
yang bersifat hydrocarbon.
Dari hasil penelitian didapat daya listrik yang dikonsumsi ketika
menggunakan refrigerant R-134a lebih tinggi mencapai 718.98 Watt, Teperatur air
yang dihasikan dari proses pemanasan pada kondensor tube in tube mencapai 45.90°C,
COP dari sistem pompa kalor pada laju alian air 5 L/min sebesar lebih kecil 1.82, dan
ketika menggunakan MC-134 daya yang dikonsumsi mencapai 581.13 Watt,
temperatur air mencapai 45.25°C dan COP yang pada laju aliran air 5 L/min sebesar
2.16.
Kata kunci: Pompa Kalor, Refrigeran, Kondensor Tube in Tube, Daya Listrik,
Temperatur Air, dan COP.
ii
COMPARISON OF EXPERIMENTAL PERFORMANCE ANALYSIS HEAT
PUMP USING REFRIGERANT R – 134a AND MC - 134 FOR HOT WATER
PRODUCTION
Author : I Gede Putu Adi Pratama
Guidence : Ir. Hendra Wijaksana, MSc
Ir. Nengah Suarnadwipa, MT
ABSTRACT
Hot water has becoming more important to be provided whether by hotel, home stay
or private houses to increase conveniences of their tenants. There are now various
equipments available that can be used to produce hot water such as, heater, boiler and
heat pump. This report describes heat pump which is hypothesized as very effective to
produce hot water. This heat pump uses a tube in tube condenser type where water
flow in the condenser is at a reverse direction relative to the flow of refrigerant. In
this study, water flow rate was varied from 2 L/min, 3 L/min, 4 L/min and 5 L/min
using two kind of hydro carbon refrigerants, i.e. R-134a and MC-134. This study
found that when using R-134a refrigerant, heat pump consumed 718.98 watt electric
power. Under this conditions, heating processes in this condenser increased water
temperature into 45.90oC. In this system, COP was 1.82 when rate of water flow is 5
L/min. A different result was found when refrigerant in the system was changed with
MC-134. Under this type of refrigerant, heat pump consumed 581.13 watt electric
power and heating process in condenser increased temperature into 45.25oC. Under
condition of MC-134, COP was 2.16 when water flow in the condenser was 5 L/min.
Key words: Heat Pump, refrigerant, tube in tube condenser, electric power, water
temperature, COP.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
berkat rahmat –Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ANALISA
KOMPARASI EKSPERIMENTAL KINERJA POMPA KALOR DENGAN
MENGGUNAKAN REFRIGERAN R – 134A DAN MC – 134 UNTUK
PRODUKSI AIR PANAS”.
Dalam Penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari
berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih sebesar – besarnya
kepada:
1. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, Ph.D, selaku Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, MSc, selaku Dosen Pembimbing I dalam
penulisan skripsi ini.
3. Bapak Ir. I Nengah Suarnadwipa MT, selaku Dosen Pembimbing II dalam
penulisan skripsi ini.
4. Bapak I Gusti Ketut Sukadana, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Udayana.
6. Team Lab. Refrigerasi dan Tata Udara, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik
Negeri Bali.
7. Semua pihak dan kawan – kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu
dalam penyelesaian skripsi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat
keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan
saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali
lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada
kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini.
Denpasar, November 2015
Penulis
iv
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN
ABSTRAK ....................................................................................................... i
ABSTRACT .................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR .................................................................................... iii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DARTAR GAMBAR ...................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ........................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah....................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ......................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 4
1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Refrigeran ................................................................................................... 5
2.2 Jenis-jenis Refrigeran ................................................................................. 7
2.2.1 Refrigeran Halocarbon Compounds ................................................. 8
2.2.2 Azeotropes Compounds.................................................................... 9
2.2.3 Refrigeran Musicool – 134 ............................................................... 13
2.2.4 Kondisi Fisik Refrigeran Dalam Sistem ........................................... 14
2.3 Definisi Mesin Pompa Kalor (heat pump) .................................................. 15
2.4 Siklus Kompresi Uap .................................................................................. 16
2.5 Komponen – Komponen Utama Pompa Kalor ........................................... 18
2.5.1 Kompresor ........................................................................................ 18
v
2.5.2 Kondensor......................................................................................... 19
2.5.3 Katup Ekspansi ................................................................................. 21
2.5.4 Evaporator ........................................................................................ 22
2.6 Prestasi Siklus Kompresi Uap Pompa Kalor .............................................. 22
2.6.1 Kalor yang Dilepas Oleh Kondensor ................................................ 23
2.6.2 Laju Pemanasan Air ......................................................................... 23
2.6.3 Analisis Efektivitas Kondensor ........................................................ 24
2.6.4 Kerja Kompresi ................................................................................ 24
2.6.5 Daya Kompresor ............................................................................... 25
2.6.6 COP Heating (Performa Saat Pemanasan) Berdasarkan Siklus ....... 25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian ...................................................................... 27
3.2 Variabel Penelitian ..................................................................................... 27
3.2.1 Variabel Tetap .................................................................................. 27
3.2.2 Variabel Bebas.................................................................................. 28
3.3 Alat dan Bahan pengujian........................................................................... 29
3.3.1 Peralatan yang digunakan ................................................................. 29
3.4 Bahan Pengujian ......................................................................................... 38
3.5 Rancangan Peneltian................................................................................... 39
3.6 Instalasi Penelitian ...................................................................................... 39
3.7 Diagram Alir Penelitian .............................................................................. 42
3.8 Prosedur Penelitian ..................................................................................... 43
3.8.1 Tahapan Persiapan ............................................................................ 43
3.8.2 Tahapan Pengujian ........................................................................... 43
3.9 Penentuan Sumber Data.............................................................................. 44
vi
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian .................................................................................. 45
4.1.1 Proses pengolahan data..................................................................... 46
4.1.2 Perhitungan Enthalpi h (kJ/kg) ......................................................... 47
4.1.3 Perhitungan Laju Aliran Massa Refrigeran ...................................... 48
4.1.4 Perhitungan Laju Aliran Massa Air .................................................. 49
4.1.5 Perhitungan Kalor Spesifik Air (Cp air) ........................................... 50
4.1.6 Perhitungan Kalor yang Dilepas Kondensor .................................... 50
4.1.7 Perhitungan Laju pemanasan air ...................................................... 50
4.1.8 Perhitungan Kerja Kompresor .......................................................... 51
4.1.9 Perhitungan COP Pompa Kalor ........................................................ 51
4.1.10 Perhitungan COP Pemanasan Air Aktual ....................................... 51
4.1.11 Perhitungan Efektivitas Kondensor ................................................ 51
4.1.12 Perhitungan Daya kompresor yang terukur .................................... 51
4.2 Analisa Grafik............................................................................................. 53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 57
5.2Saran ............................................................................................................ 59
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
PERNYATAAN
SK SKRIPSI/PEMBIMBING
DATA HASIL PENELITIAN
FOTO - FOTO
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram P – h (R-134a) .............................................................. 11
Gambar 2.2 Diagram P – h (mc – 134)............................................................. 13
Gambar 2.3 Diagram Mollier dan Keadaan Fisik Refrigeran .......................... 15
Gambar 2.4 Skematik Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar ......... 16
Gambar 2.5 T – s Diagram Siklus Kompresi Uap Standar ............................... 16
Gambar 2.6 P – h Diagram Siklus Kompresi Uap Standar .............................. 17
Gambar 2.7 Kompresor .................................................................................... 19
Gambar 2.8 Kondensor Koil Pipa Ganda ......................................................... 20
Gambar 2.9 Kondensor Koil Pipa ganda .......................................................... 20
Gambar 2.10 Katup Ekspansi ........................................................................... 21
Gambar 3.1 Kompresor hermatic 1 PK ............................................................ 29
Gambar 3.2High Pressure Control.................................................................... 30
Gambar 3.3 Kondensor Tube in Tube .............................................................. 30
Gambar 3.4 Accumulator ................................................................................. 31
Gambar 3.5 Filter .............................................................................................. 31
Gambar 3.6 Katup Ekspansi ............................................................................. 32
Gambar 3.7 Evaporator..................................................................................... 32
Gambar 3.8 Liquid Separator ........................................................................... 33
Gambar 3.9 TH Series Computer Controlled ................................................... 33
Gambar 3.10 Bak Penampung Air dan pompa sirkulasi .................................. 34
Gambar 3.11 Katup Sirkulasi Air ..................................................................... 35
Gambar 3.12 Katup Sirkulasi Refrigeran ......................................................... 35
Gambar 3.13 Pressure Gauge ........................................................................... 36
Gambar 3.14 Thermocouple ............................................................................. 36
Gambar 3.15 Flowmeter Air ............................................................................. 36
Gambar 3.16 Flowmeter Refrigeran ................................................................. 37
Gambar 3.17 charging manifold ....................................................................... 37
viii
Gambar 3.18 Pompa Vacum ............................................................................. 38
Gambar 3.19 Refrigeran Hidrokarbon (MC - 134)........................................... 39
Gambar 3.20 Skematik Pompa Kalor Dengan Kondensor Tube in Tube ........ 40
Gambar 3.21 Diagram Alir Penelitian .............................................................. 42
Gambar 4.1 Proses Menentukan Nilai Enthalpi ............................................... 47
Gambar 4.2 Grafik Laju Aliran Air Terhadap Temperatur Air ........................ 53
Gambar 4.3 Grafik Laju Aliran Terhadap Laju Pemanasan Air....................... 54
Gambar 4.4 Grafik Konsumsi Daya Sistem Ketika Menggunakan
R-134a dan MC-134 ...................................................................... 55
Gambar 4.5 Grafik Laju Aliran Air Terhadap COP ......................................... 56
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Potensi yang Dimiliki Oleh Refrigeran Hydrocarbon Dan
Halocarbon ....................................................................................... 5
Tabel 2.2 Penomeran Refrigeran Halocarbon .................................................. 9
Tabel 3.1 Time Schedule Pembuatan Skripsi ................................................... 27
Tabel 4.1 Pengukuran data pada laju aliran air 5 Liter/min dengan refrigerant
R-134a .............................................................................................. 46
Tabel 4.2 Hasil Pengolahan Data ..................................................................... 52
Tabel 4.3 Rata – rata Temperatur yang dihasilkan dari proses pemanasan air
pada kondensor tube in tube pada refrigerant R – 134a dan MC-134
dengan laju aliran air 5 sampai 2 Liter/menit. ................................. 53
Tabel 4.4 Rata – rata laju pemanasan air yang dihasilkan pada refrigerant R –
134a dan MC-134 dengan laju aliran air 5 Liter/menit sampai 2
Liter/menit. ....................................................................................... 54
Tabel 4.5 Rata – rata daya listrik pada refrigerant R-134a dan MC-134 dengan
laju aliran air 5 Liter/menit sampai 2 Liter/menit .............................. 55
Tabel 4.6 Rata – rata COP yang dihasilkan pada refrigerant R – 134a dan MC-
134 dengan laju aliran air 5 sampai 2 Liter/menit. .......................... 56
Recommended