PRAKTIKUM KINERJA SISTEM PROSES HEAT PUMP / POMPA KALOR LAPORAN Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Kinerja Sistem Energi
Nama Praktikan NIM Kelompok Nama Anggota Kelompok
: Putri Hanifah Sasmitoningrum : 151734021 :1 : 1. Abiano Alaffan 2. Farizha Fadhilla Ilyas 3. Ryan Fadhilah : 11 Oktober 2017 : 18 Oktober 2017
Tanggal Praktikum Tanggal/jam pengumpulan Laporan Nama Instruktur/Dosen : Nama Teknisi : Tanda Tangan Dosen/Teknisi : Tanda Tangan Mahasiswa :
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
KINERJA SISTEM PROSES HEAT PUMP / POMPA KALOR
I.
TUJUAN 1. Mengetahui dan memahami sistem Pompa Kalor (HVAC-Refrigerasi). 2. Mengetahui dan memahami siklus kompresi uap dalam sistem Pompa Kalor beserta diagram P-h untuk setiap jenis fluida kerja yang digunakan. 3. Menghitung performa/kinerja dari sistem Pompa Kalor. 4. Memahami paramater-parameter kinerja dalam sistem Pompa Kalor (mencari gejala penurunan kinerja sistem yang memerlukan perawatan).
II. DASAR TEORI 2.1 Pengertian Heat pump atau pompa kalor adalah suatu sistem yang dapat menyerap kalor dari suatu tempat kemudian membuangnya di tempat lain. Pompa kalor dapat digunakan sebagai pendingin jika memanfaatkan sisi penyerapan kalor , inilah yang disebut dengan sistem refrigerasi. Sebaliknya pompa kalor juga dapat digunakan sebagai pemanas jika memanfaatkan sisi pembuangan kalornya. Contoh sederhana pompa kalor adalah air conditioner. Air conditioner menyerap kalor yang ada diruangan kemudian membuangnya ke luar ruangan. Untuk memahami prinsip pompa kalor maka analogi pompa air dapat digunakan karena secara prinsip keduanya tidak berbeda. Air secara alami akan mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Untuk mengalirkan air dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi dibutuhkan suatu alat (pompa) dan usaha/kerja/energi dari luar (mekanik). Dengan menggunakan pompa maka air yang ada di tempat yang lebih dapat dihisap dan dikeluarkan di tempat yang lebih tinggi. Pada kalor pun terjadi hal yang sama. Kalor secara alami mengalir/berpindah dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang rendah. Tinggi atau rendahnya temperatur merupakan salah satu indikasi besarnya energi kalor yang dimiliki suatu zat. Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi energi kalornya. Untuk memindahkan kalor dari tempat yang temperaturnya lebih rendah maka dibutuhkan sistem pompa kalor. Seperti halnya pompa air, untuk menyerap kalor dan membuang kalor dibutuhkan kerja/usaha/energi dari luar.
2.2 Sistem Kompresi Uap Sistem
refrigerasi
kompresi
uap
adalah
sistem
refrigerasi
yang
menggunakan kompresor sebagai alat kompresi refrigeran, kondensor sebagai pelepas kalor dan pengubah fasa refrigeran, alat
ekspansi sebagai penurun tekanan
sekaligus temperatur, evaporator sebagai penyerap kalor dari produk yang akan didinginkan dan pengubah fasa refrigeran. Refrigeran yang berasal dari evaporator berupa uap bertekanan rendah kemudian masuk ke kompresor untuk dikompresi hingga refrigeran tersebut menjadi uap bertekanan dan bertemperatur tinggi. Dari kompresor, refrigeran mengalir ke kondensor dan melakukan pelepasan kalor hingga refrigeran tersebut berubah fasa dari uap bertekanan tinggi menjadi cair bertekanan tinggi, kemudian refrigeran tersebut diturunkan tekanan sekaligus temperaturnya pada alat ekspansi seperti pipa kapiler atau ThermostaticExpansion Valve (TXV). Setelah dari alat ekspansi, refrigeran kemudian mengalir ke evaporator untuk menyerap kalor dari produk yang akan didinginkan sehingga refrigeran tersebut berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kemudian refrigeran tersebut masuk ke kompresor untuk dikompresi dan bersirkulasi kembali, seperti yang terlihat di diagram skematik refrigerasi kompresi uap yang terlihat pada berikut ini :
2.2.1 Diagram P-h
Dengan garis jenuh sebagai rujukan, maka garis-garis suhu entropik dan volume spesifik konstan akan muncul pada diagram garis suhu konstan mendatar pada daerah campuran karena disini suhu tersebut harus cocok dengan besar daerah cairan bertekanan berada di sebelah kiri garis cairan jenuh dalam daerah ini, garis konstant secara praktis tegak karena titik suhu cairan bertekanan menentukan tekanan entalphi bukan tekanan menentukan entalphi cair-cair yang berada pada keadaan bawah dingin maka entalpi tersebut dibaca sebagai entalpi cairan jenuh. Pada saat itu waktu tekanan sebenarnya lebih tinggi dari tekanan jenuh tersebut. Daerah dipanaskan lanjut akan berada di sebelah kanan garis uap jenuh pada daerah pemanasan lanjut. Gas tekanan tetap pertama kali akan sedikit turun ke arah kanan dan kemudian tegak lurus garis spesifik konstan akan miring ke atas ke arah kanan garis volume spesifik yang lebih tinggi akan ditentukan pada tekanan jenuh tersebut.
2.3 Jenis Jenis Heat Pump 1. Pompa kalor paket (package heat pump) dengan daur reversibel Jenis ini mencakup unit-unit rumah tangga dan komersil berukuran kecil yang mampu memanaskan ruangan pada musim dingin dan mendinginkannya di musim panas. Udara merupakan bahan penting, banyak digunakan tetapi air sumur mempunyai prestasi kerja lebih baik karena suhunya sama sepanjang tahun, sedangkan udara dipengaruhi oleh suhu. 2. Pompa kalor tidak terpusat Sistem dapat memompa kalor dari zona-zona pembangunan yang membutuhkan pendinginan ke zona lain yang membutuhkan penghangatan. Unit-unit pompa kalor ini tersedia dalam bentuk yang disesuaikan dalam ruang kit pump dan ruanganruangan dengan peralatan kecil. 3. Pompa kalor dengan kondensor berselubung ganda. Suatu jenis pompa kalor yang bersumber dari dalam (internal Source Heat Pump) yang memompa kalor dan mempunyai kondensor berselubung ganda dimana pendinginan air untuk salah satu bundle dari air panas untuk zona luar mengalir melalui bundle lain. 4. Pompa kalor industri Penggunaan pompa kalor saat ini diarahkan pada pemanasan dan pendinginan bangunan. Salah satu contoh penggunaan pompa kalor industri adalah sebuah konsentrasi sari buah untuk melindungi rasa.
2.4 Proses Siklus Proses Kompresi Proses kompresi berlangsung di kompresor secara isentropic adiabatic dimana kondisi awal refrigeran pada saat masuk kompresor atau keluaran evaporator pada sisi hisap (suction) adalah uap jenuh bertekanan rendah dan setelah dikompresi refrigeran menjadi uap bertekanan tinggi, oleh karena itu proses ini dianggap isentropic dan temperatur refrigeran keluar kompresor pun meningkat. Hal ini dilakukan agar refrigeran dapat membuang panas yang telah diserap dievaporator ke lingkungan karena ketika dikompres tekanan dan temperatur mengalami peningkatan dan melebihi temperatur lingkungan.
Proses Kondensasi Proses ini terjadi di kondensor, refrigeran yang berasal dari kompresor selanjutnya dialirkan ke kondensor. Karena temperatur refrigeran lebih tinggi dari temperatur lingkungan maka refrigeran akan melepaskan kalor ke lingkungan. Kalor tersebut akan dilepas melalui dinding pipa kondensor. Pada saat uap refrigeran yang berasal dari discharge kompresor masuk kondensor maka uap tersebut akan diembunkan pada keadaan saturasi. Refrigeran keluaran kondensor berubah fasa dari uap menjadi fasa cair, bertekanan tinggi
Proses Ekspansi Pada proses ini refrigeran masuk ke alat ekspansi untuk diturunkan tekanan dan temperaturnya
Proses Evaporasi Keadaan ini terjadi di evaporator, dimana temperatur refrigeran dibuat lebih rendah dari temperatur ruangan yang akan dikondisikan. Karena temperatur refrigeran yang lebih rendah dari tempratur lingkungan maka pada proses ini refrigeran menyerap kalor dari lingkungan.
Perhitungan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu PF (Performance Factor) dan COP (Coeficient of Performance) PF =
ππππππππ ππ ππππππππ π ππ
COP =
πππ£ππππππ‘ππ ππππππππ π ππ
Dimana : Qcondensor = laju alir massa fluida kerja (αΉ) x (entalphi fluida masuk kondensor β entalphi fluida keluar kondensor) Qevaporator = laju alir massa fluida kerja (αΉ) x (entalphi fluida keluar evaporator β entalphi fluida masuk evaporator) Qcondensor = laju alir massa fluida kerja (αΉ) x (entalphi fluida masuk kompresor β entalphi fluida keluar kompresor)
2.5 Komponen Utama Sistem Refrigrasi Kompresi Uap Komponen utama terdiri dari : 1. Kompresor 2. Kondensor 3. Katup Ekspansi 4. Evaporator 1. Kompresor Pada siklus kompresi uap sederhana, kompresor bekerja untuk mengkompresi refrigeran berfasa uap dari evaporator agar tekanan dan temperaturnya naik, dan kemudian dialirkan ke kondensor. Kompresor Adalah Sebuah alat yang berfungsi untuk menyalurkan gas refrigeran ke seluruh sistem. Jika dianalogikan, cara kerja kompresor AC layaknya seperti jantung di Tubuh Manusia. Kompresor Memiliki 2 Pipa, yaitu Pipa Hisap Dan Pipa tekan. Dan Memiliki 2 daerah tekanan, yaitu tekanan rendah dan tekanan tinggi. Ada tiga jenis kompresor, yaitu: Kompresor Torak (Reciproacting) Kompresor Sentrifugal, dan kompresor rotary. 2. Kondensor Kondensor berfungsi untuk membuang kalor ke lingkungan, sehingga refrigeran dapat berubah fasa dari gas menjadi cair. Kondensor akan mengkondensasikan uap yang berasal dari kompresor yang bertemperatur dan bertekanan tinggi menjadi refrigeran cair yang akan mengalir ke katup ekspansi untuk kemudian diturunkan tekanannya. Kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan agar dapat membuang panasnya ke luar. Menurut media/ zat yang mendinginkannya, kondensor dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu :
1)
Air-Cooled Condensor, menggunakan udara sebagai media pendinginannya
2)
Water-Cooled Condensor, menggunakan air sebagai media pendinginannya.
a. Evaporative Condensor, menggunakan campuran air dan udara sebagai media pendinginannya.
3. Katup exspansi Katup ekspansi yang digunakan ini adalah Katup Ekspansi pipa kapiler. Pipa kapiler merupakan komponen utama yang berfungsi menurunkan tekanan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran menuju evaporator. Fungsi utama pipa kapiler ini sangat vital karena menghubungkan dua bagian tekanan berbeda, yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. refrigeran bertekanan tinggi sebelum melewati pipa kapiler akan di ubah atau diturunkan tekananya. Akibat dari penurunan tekanan refrigeran menyebabkan penurunan suhu. Pada bagian inilah (pipa kapiler) refrigeran mencapai suhu terendah (terdingin). Pipa kapiler terletak antara saringan (filter) dan Evaporator 4. Evaporator Evaporator berfungsi untuk menyerap kalor dari lingkungan atau ruangan sehingga refrigeran mengalami perubahan fasa dari cair ke uap. Penguapan ini bertujuan untuk mengambil panas dari kabin atau ruangan yang akan dikondisikan temperaturnya. Pemilihan jenis evaporator tergantung dari media yang akan didinginkan dan lokasi penginstalan evaporator ini. 2.6 Refrigran Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah fasanya dari gas menjadi cair atau sebaliknya (refrigeran) untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor. Syarat-syarat refrigeran adalah: a. Tidak beracun dan tidak berbau menyengat b. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak pelumas dan sebagainya c. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin. d. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah. e. Mempunyai panas laten penguapan yang besar, f. Konduktivitas thermal tinggi g. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah, agar tahanan aliran refrigeran dalam pipa sekecil mungkin.
2.6.1 Jenis β Jenis Refrigran Dasar pemilihan refrigran, karakteristik refrigran yang merupakan faktor yang dominan dalam pemilihan tersebut. Berikut ini adalah jenis-jenis refrigran dan penggunaannya. a.
Udara
Penggunaan umum refrigran udara sebagai refrigran adalah di pesawat terbang, sistem udara yang ringan menjadi kompensasi bagi COP-nya yang rendah. b. Ammonia Jenis ini digunakan pada instalasi suhu rendah pada industri besar. Banyak sistem ammonia yang baru, mulai yang digunakan pada setiap tahun. c.
Karbondioksida
Refrigran ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan cara sentuhan langsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya yang tinggi biasanya membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu yang rendah dalam sistem kaskada (Cascade), yang untuk bagian suhu tingginya digunakan refrigran lain. d. Refrigran 11 Bersama dengan refrigran 113, refrigran ini populer untuk sistem-sistem kompresor tunggal. e.
Refrigran 12
Refrigran ini terutama digunakan dengan kompressor torak untuk melayani refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif. f.
Refrigran 22
Karena biaya kompressor dapat lebih murah jika menggunakan refrigran 22 dibandingkan dengan refrigran 12, maka refrigran ini telah banyak mengambil peranan refrigran 12 untuk keperluan pengkondisian udara. g. Refrigran 502 Refrigran ini adalah jenis refrigran yang terbaru, dengan sejumlah keuntungan seperti yang dimiliki refrigran 22, tetapi mempunyai kelebihan dari sifatnya terhadap minyak, dan suhu buang (discharge temperature) yang lebih rendah dibanding refrigran 22.
III. ALAT DAN BAHAN 1. Satu perangkat system Pompa Kalor, Manometer, Pompa Air Pendingin. 2. Diagram P-h ( Mollier Refrigrant )
3. Perangkat tambahan : - RhMeter - Stopwatch
IV. PROSEDUR KERJA A. PERSIAPAN
Menyalakan sumber listrik utama untuk area praktikum
Menyalakan sumber listrik untuk pompa kalor
Menyalakan sumber listrik untuk pompa air pendingin
Menyalakan pompa
Membuka katup pompa air ke pompa kalor (katup 1 lalu katup 2)
Pompa kalor siap digunakan
ALUR GAMBAR PERSIAPAN
B. PENGOPERASIAN
Menyalakan pompa kalor dengan memutar switch compressor ke ON
Menyalakan fan dengan memutar switch fan ke ON
Atur fan speed ke speed 1
ukur semua parameter dengan cara memutar knob yang terdapat pada panel
Catat setiap data pada tabel yang telah disediakan
ulangi langkah yang sama untuk fan speed 2 dan 3
ALUR GAMBAR PENGOPERASIAN
B. MENGHENTIKAN OPERASI
Matikan compressor pompa kalor ubah switch ke OFF
Ubah fan speed ke speed 1 lalu matikan fan ubah switch fan ke OFF
Matikan pompa air pendingin
Tutup katup 1 dan katup 2
Matikan MCB unruk pompa kalor dan pompa air
Matikan sumber listrik area praktikum
ALUR GAMBAR MENGHENTIKAN PENGOPERASIAN
DAFTAR PUSTAKA
Prijono,Arko. 1994. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi Ketiga. Jakarta. Erlangga. Wuryanti,Sri. 2010. Buku Ajar Perpindahan Panas dan Penerapannya. Bandung : POLBAN. Senja, Mutiara. 2015. Pompa Kalor (Heat Pump) dan Refrigerasi. http://tiaradrter modinamika.blogspot.co.id/2015/03/pompa-kalor-heat-pump-dan-refrigerasi.html [ 15 Okto ber 2017 ] Erul, Khairullah. 2012. Percobaan Heat Pump. http://erulmesin09.blogspot.co.id /2012/11/percobaan-heat-pump.html [ 15 Oktober 2017 ] Rokhman, Tauifqur. 2014. Coefficient Of performance (COP). https://taufiqur rokhman.wordpress.com/2014/01/16/coefficient-of-performance-cop/ [ 15 Oktober 2017 ] Harahap, Pandopotan. 2017. Pompa Kalor (Heat Pump) dan Refrigerasi. https://vand ha.wordpress.com/tag/pompa-kalor/ [ 15 Oktober 2017 ] Sampoerna, Putri. 2015. Pembahasan Heat Pump. https://dokumen.tips /docu ments/pembahasan-heat-pump.html [ 15 Oktober 2017 ] Jubaidi, Ali. 2015. Heat Pump. https://alijubaidi.blogspot.co.id/2015/06/heat-pump .html [ 15 Oktober 2017 ]
