BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Praktikum Audit Energi mengenai Heat Pump yang dilakukan di Laboratorium Teknik Energi Atas ini dilakukan untuk memenuhi salah satu praktikum pada mata kuliah Audit Energi. Praktikum ini dilakukan sebagai aplikasi dari teori bahwa audit energi diperlukan untuk langkah konservasi energi dengan tanpa mengurangi produktivitas dan kenyamanan. Laboratorium Teknik Energi Atas adalah fasilitas perkuliahan di Jurusan Teknik Konversi Energi yang berfungsi sebagai tempat pelaksanaan praktikum bagi .mahasiswa Jurusan Teknik Konversi Energi khususnya di bidang kelistrikan.
HVAC (Heating Ventilating and Air Conditioning) merupakan sebuah mesin yang berfungsi sebagai alat pengkondisi udara yaitu memanaskan atau mendinginkan udara. Laboratorium Teknik Energi Atas mempunyai HVAC berupa Heat Pump yang digunakan untuk praktikum Kuliah Perpindahan Panas dan Kuliah Mesin Thermal. Audit energi pada Heat Pump penting dilakukan untuk mengetahui kinerja Heat Pump tersebut dengan cara membandingkan COP aktual dengan COP standar.
1.2 Tujuan
Tujuan dari Praktikum Audit Energi pada Heat Pump di Laboratorium Teknik Energi Atas yaitu :
Melakukan observasi pada objek audit energi.
Melakukan audit energi pada Heat Pump di Laboratorium Teknik Energi Atas;
Menentukan nilai COP dan membandingkan COP dengan standar
Memberikan rekomendasi terhadap kinerja Heat Pump di Laboratorium Teknik Energi Atas
1.3 Objek Audit Energi
Audit Heat Pump
a. Spesifikasi
Fluida Kerja : Refrigerant R12 Dichlorodifluoromethane
Sumber Panas : Udara sekitar (lingkungan)
Pendingin : Air
Kompresor : Semi-hermetic, twin cylinder, air cooled, reciprocating type.
Capacity 9,46 m3 /hr at 1450 rpm
Kondensor : Tipe Shell and tube. Air didalam pipa
Air Handling Unit : Fitted with three speed fan giving maximum air flow of 0,37 m3/sec. Measurement points for wet bulb and dry bulb temperature at inlet and
Outlet. Fitted with air flow measurement orifice 0,2 m diameter, on a removeable inlet duct. Exhaust duct fitted with silencer. Unit houses direct
Expansion evaporator for the working fluid.
Instrumentation : Digital indication of working fluid temperature at eight points around the
circuit, cooling water temperature into and out of condensor and air wet
and dry bulb temperature at inlet and outlet of air handling unit.
Analogue indication of working fluid pressure at four points around circuit,
by Bourdon Tube gauge.
Indication of water and working fluid mass flow rate by tapered tube
variable area flowmeters.
Measurement of air orifice depression by inclined manometer.
Digital indication with analogue trend, of compressor elecrtical power input
Design Conditions : Inlet Air Temperature 25oC
Inlet Water Temperature 20oC
Compressor Saturated Suction Temperature 10oC
Heat Pump Output 7 kW
Coefficient of Performance 4
Air Flow Rate 0,35 m3s
Water Flow Rate 6 l/min
Service Requirements : Electrical Supply 415 V, 50 Hz, 3 Phase
Maximum Consumption 2,5 kW
Water Supply 18 l/min maximum at 20oC maximum
Dimensions : 2995 mm long x 1322 mm wide x 1750 mm high
Length reduces to 1945 for packing
Weight : 250 kg
Mounting Requirements: The unit is mounted on four eastors and requires no special mounthings on foundations
1.4 Sistem Pengukuran
Audit Heat Pump
1.4.1 Gambar Rangkaian
Ada 14 titik temperatur pada saluran yang diamati yang ditunjukan dengan digital, yaitu :
TA1 = temperatur bola kering udara masuk
TA2 = temperatur bola basah udara masuk
TA4 = temperatur bola kering udara keluar
TA5 = temperatur bola basah udara keluar
Tw7 = temperatur air masuk kondensor
Tw8 = temperatur air keluar kondensor
Tf 1 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke kompresor
Tf 2 = temperatur fluida bahan pendingin keluar ke kompresor
Tf 3 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari pendingin
Tf 4 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari penukar kalor
Tf 5 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke katup ekspansi
Tf 6 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke evaporator
Tf 7 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari evaporator
Tf 8 = temperatur fluida bahan pendingin setelah melakukan penukaran panas
Empar meter tekanan yang berkerja secara analog terpasang seperti dalam rangkaian untuk mengetahui tekana fluida kerja
Laju alir air diukur menggunakan Flowmeter
Laju aliran udara diukur menggunakan meter orifice yang dilengkapi dengan manometer
Meter daya digunakan untuk mengukur daya yang digunakan kompresor
Pada peralatan mesin pompa panas ini dilengkapi juga dengan sembilan katup kendali yaitu
V101 = katup kendali aliran air
V102 = katup untuk menghentikan keluaran fluida kerja dari kondensor
V103 = katup untuk menghentikan keluaran fluida kerja dari kompresor
V104 = katup untuk menghentikan masukan fluida kerja ke kompresor
V105 = katup seperti katup V104
V106 = katup ekspansi
V107 = katup untuk mengisi kembali fluida kerja
V108 = katup ekspansi otomatis
Katup V101, katup kendali air. Katup ini yang diatur selama pengujian untuk mendapat laju aliran air. Katup ini yang diatur selama pengujian untuk mendapatkan laju aliran air yang dikehendaki.
1.4.2 Prosedur Percobaan
Persiapan percobaan
Periksalah level minyak pada pelumas kompresor atau pompa pada kaca penduga.
Periksa fluida manometer, kalibrasi manometer tersebut
Periksa air untuk mengukur termperatur bola basah masukan dan keluaran dari udara yang mengalir dalam evavorator
Siapkan tabel pengukuran
Prosedur percobaan
Hidupkan pompa pemasok air laboratorium
Hidupkan saklar MCB
Setting saklar fan
Jalankan motor penggerak
Pengamatan
Setelah system beroperasi amati temperatur bola basah dan bola kering pada evaporator
Ukur laju aliranudara di evaporator dan air di kondensor
Amati perbedaan tekanan di kompresor
Amati daya yang di hasilkan kompresor
Ulangi percobaan selama 10 menit untuk kecepatan berbeda-beda setiap 3 periode.
1.5 Pengolahan Data dan Analisis
RUMUS YANG DIGUNAKAN DAN PERHITUNGAN
Rumus yang digunakan
Laju aliran Udara
mu = 0,083 ( ρu . Δp ) 0,5
mu = laju aliran udara (kg/s)
ρu = kerapatan udara (kg/m3)
Δp = penurunan manometer
Qud pada evaporator
Qud = mud (hu1 – hu2) (kW)
Qud = panas yang diambil dari udara (kW)
hu1 = entalpi udara pada stasiun masukan (kJ/kg)
hu2 = entalpi udara pada stasiun keluaran (kJ/kg)
Q air, pada pengembun/ kondensor
Qa = ma Cp (Tw8 - Tw7)
Qa = panas yang di lepas ke kondensor
ma = laju aliran air (kg/s)
Cp = rata-rata panas spesifik air (kJ/kg)
Tw8 = temperatur keluaran air dari kondensor (oC)
Tw7 = temperatur masukan air dari kondensor (oC)
Daya Kompresor (Wk)
Nilainya dapat dilihat dari meter daya (kW) secara langsung
Coeffisien Of Performance
COP = Qud .evWk
PF = QaWk
PF = performan faktor, sama artinya dengan COP, COP biasanya digunakan untuk mesin pendingin, PF digunakan untuk pompa kalor.
Tabel data praktikum
Data hasil praktikum
Speed
No
Qc (kW)
Tw7 (oC)
Tw8 (oC)
F2 (L/min)
TA1 (oC)
TA2 (oC)
TA3 (oC)
TA4 (oC)
ΔP (mmHg)
I
1
0,929
26
28
12
28
28
25
25
8,2
2
0,930
26
28
12
28
28
26
25
8,1
3
0,922
26
28
12
28
28
26
25
8,2
II
1
0,935
26
29
12
28
29
26
26
11,8
2
0,926
26
29
12
28
28
26
26
11,6
3
0,946
26
29
12
29
29
27
26
11,8
III
1
0,957
27
29
12
28
28
27
26
14,5
2
0,962
27
29
12
28
28
26
26
14,8
3
0,950
27
29
12
28
28
26
26
14,6
Data hasil praktikum
Speed
No
Trata-rata (oC)
h1 (kJ/kg)
h2 (kJ/kg)
ρu (kg/m3)
Cp (kJ/kg.oC)
I
1
26
89,8
76,9
1,13
4,178
2
26
89,8
76,9
1,13
4,178
3
26
89,8
76,9
1,13
4,178
II
1
26
93,5
80,5
1,126
4,178
2
26
93,5
80,5
1,13
4,178
3
26
94,5
79,5
1,125
4,178
III
1
27
89,8
79,5
1,13
4,178
2
27
89,8
80,5
1,13
4,178
3
27
89,8
80,5
1,13
4,178
PERHITUNGAN
Speed 1
Qev = mo . Δh
= 0.083 x ρ x p x Δh
= 0,083 x 1,13 x 8,2 x (h1 – h2)
= 0,083 x 1.13 x 8,2 x (89,8 – 76,9)
= 3,386 kW
Qkon = ṁ x Cp x ΔT
= F x ρair x Cp x ΔT
= 12 x 10-360s x 995,75 x 4,178 x (28 - 26)
= 1,66 kW
COP = QEvQkom
= 3,3860,926
= 3,64 kW
Neraca Energi
Qevaporator + Qkompresor = Qkondensor + Qloss
3,386 + 0,926 = 1,66 + Qloss
Qloss = 2,652 kW
Tabel hasil perhitunga
Data hasil Perhitungan
Speed
No
Trata-rata (oC)
QEvaporator
(kW)
Qkondensor (kW)
Qkompresor (kW)
Qloss
(kW)
COP
I
1
26
3,386
1,66
0,929
2,652
3,64
2
26
3,239
1,66
0,93
2,509
3,48
3
26
3,259
1,66
0,922
2,521
3,53
II
1
26
3,9331
2,5
0,935
2,37
4,2
2
26
3,9
2,5
0,926
2,33
4,2
3
26
4,54
2,5
0,946
2,98
4,79
III
1
27
3,46
1,66
0,957
2,75
3,62
2
27
3,16
1,66
0,962
2,46
3,28
3
27
3,14
1,66
0,950
2,43
3,31
Grafik kinerja HVAC (COP) terhadap P
Analisa
Dari data praktikum, kita mengetahui semua parameter pengukuran. Disini kami ingin menganalisa dan mengaudit performa dari HVAC. Sebelumnya kami mengukur pada kecepatan – kecepatan tertentu dan membaginya menjadi 3 kecepatan (3 speed). Setelah dipahami dan dihitung didapat nilai dari Qevaporator, Qkondensor, Qkompresor dan Qloss, perbandingan antara Qevap dan Qkomp dinamakan COP (performa/kinerja HVAC).
Setelah COP didapat kami mencoba membandingkan nilai cop berdasarkan P nya lalu dibuatlah grafik COP VS P. Di grafik terlihat potret kinerja HVAC yang berfluktuasi. Pada saat P maksimum ternyata nilai COP nya paling rendah dan saat nilai COP maksimum P ada pada nilai pertengahan yakni 11,8. Dari grafik tersebut ternyata nilai COP terpengaruhi oleh besarnya nilai Qkomp ataupun Q evap dan bisa saja kinerja dari HVAC sudah menurun sehingga butuh pengefisienan dari komponen alat yang berkaitan dengan HVAC.
Rekomendasi
Tabel Standar Internasional COP
Efisiensi level
Heating COP
Cooling COP
EWT
Standar
2,8
3,5
Medium
3,2
4,5
high
4,0
5,5
Rata – rata nilai COP pada HVAC dari 9 kali percobaan sebesar 3,78, nilai COP pada HVAC berdasarkan nilai COP standar High internasional cukup jauh, ini dikarenakan HVAC tersebut sudah berusia lama sehingga performa HVAC. Rekomendasi kami menaikan Qevaporator dengan menaikan nilai h1 , menaikan efisiensi kondensor sehingga mengurangi Qloss atau mengurangi kerja kompresor dengan seefisien mungkin sehingga akan mendapakan nilai COP yang besar.
