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