I. Tujuan Praktikum
Mahasiswa dapat mengetahui apa itu HVAC Mahasiswa dapat memahami prinsip kerja HVAC sebagai mesin pendingin dan pompa kalor (heat pump) Mahasiswa dapat memahami siklus kompresi uap Mahasiswa dapat menghitung performa dari mesin pendingin dan pompa kalor pada HVAC Mahasiswa dapat menghitung efektivitas komponen-komponen HVAC
II. Dasar Teori A. HVAC HVAC adalah singkatan dari Heating, Ventilation, and Air Conditioning (dalam bahasa Indonesia berarti pemanasan, ventilasi dan AC), berfungsi untuk menjaga kondisi udara pada suatu ruangan atau tempat dengan cara mengatur ventilasi dan pengkodisian udara.
Heating : proses pengaturan udara untuk menciptakan udara panas. Ventilating : Proses pertukaran udara. Air Conditioning : Pengkondisian udara untuk menciptakan udara sejuk
B. Siklus Kompresi Uap Siklus kompresi uap adalah siklus yang memanfaatkan perbedaan tekanan serta temperatur suatu refrigeran untuk memanaskan atau mendinginkan fluida lain. Komponen utama dari siklus ini adalah kompresor, kondensor, evaporator, dan katup expansi.
Gambar 1. Skema siklus kompresi uap
Gambar 2. Diagram P - h siklus kompresi uap ideal Berikut adalah proses-proses yang terjadi pada ke empat komponen siklus kompresi uap : 1. Kompresi (1-2) Merupakan proses yang terjadi pada kompresor, dimana kompresor akan menekan refrigeran secara reversibel dan isentropik. Kerja atau usaha yang diberikan pada refrigeran tersebut akan membuat uap yang asalnya bertekanan rendah menjadi bertekanan tinggi serta berfasa uap kering/ superheat. Perbedaan tekanan ini juga akan membuat refrigeran mengalami kenaikan temperatur. Kompresor akan memompa refrigeran ke seluruh komponen melalui sistem pemipaan. 2. Kondensasi (2-3) merupakan proses pelepasan kalor refrigeran superheat ke lingkungan atau fluida lain (biasanya air), sehingga fasa refrigerant akan berubah dari uap menjadi cair jenuh tetapi tekanan dan temperaturnya masih tetap tinggi, sedangkan air akan mengalami kenaikan temperatur akibat dari perpindahan kalor yang terjadi. Kenaikan temperatur air inilah yang biasanya dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. HVAC yang memanfaatkan perpindahan kalor pada proses kondensasi ini disebut dengan heat pump.
3. Ekspansi (3-4) merupakan proses penurunan secara adiabatis pada tekanan dan temperatur sehingga nilainya lebih rendah dari temperatur lingkungan yang dilakukan oleh sebuah katup ekspansi. Beberapa alat ekspansi diantaranya adalah pipa kapiler, katup ekspansi manual, Thermostatic Expansion Valve (TXV), Automatic Expansion Valve (AXV), Electronic Expansion Valve (EXP), dan lain sebagainya. 4. Evaporasi (4-1) Setelah refrigeran diekspansikan secara irreversibel adiabatik menjadi cairan jenuh, refrigeran akan memiliki tekanan dan temperatur rendah sehingga pada saat di evaporator, refrigeran akan menerima sejumlah kalor dari lingkungan/ fluida (dalam hal ini udara), dimana refrigeran akan berubah seluruhnya menjadi uap jenuh yang kemudian masuk ke kompresor untuk disirkulasikan kembali, sedangkan udara yang keluar dari evaporator akan mengalami pendinginan karena kalor dari fluida berpindah ke refrigeran. Udara segar&dingin inilah yang akan dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti pada kulkas, mendinginkan ruangan pada AC (Air Conditionong) dan lain-lain. HVAC yang memanfaatkan proses perpindahan kalor pada evaporator ini disebut dengan mesin pendingin Pembagian evaporator berdasarkan bentuk koilnya yaitu pipa telanjang (bare tube), permukaan pelat (Plate Surface), dan bersirip (finned). Berdasarkan konstruksinya dibedakan menjadi shell & tube, Shell & coil, dan Bondelot. Sedangkan pembagian evaporator berdasarkan ekspansi langsung yaitu Tipe ekspansi kering (dry expansion type) dan tipe banjir (flooded type).
C. Mesin HVAC Yang Digunakan Mesin HVAC yang digunakan adalah mesin pompa kalor, yang dilengkapi dengan sebuah heat exchanger dengan gambar skematik sebagai berikut :
T A3
T A4
EVAPORATOR
FILTER
AIR
FAN
AIR
T A2
AIR HANDLING UNIT T A1
P5
ORIFICE ∆P
V106 CONDENSATE DRAIN
TF6 TF5
THERMOSTATIC EXPANSION VALVE
SOLENOID VALVE
SIGHT
F7
GLASS
TF7
FLOWMETER WATER
F1
TF4
FLOWMETER F2
HEAT
V101
EXCHANGER TF8 TW7
TW8
V107
PSV V105 FILTER / DRIER TF3
V102
CUTOUT SWITCH P1
HP / LP
CONDENSOR P2
TF1
TF2
V104
V103
COMPRESSOR
V110
Keterangan : 1. Refrigerant yang digunakan adalah R-12. 2.
Kompressor berupa kompressor torak, semi hermatik dengan pendin ginan udara. 3
Kapasitas 9,46 m /jam pada putaran 1450 rpm. 3.
Motor listrik tiga fasa 415 Volt 50 Hz dengan d aya maksimum 2,5 KW.
4.
Air handling unit Kipas udara terpasang pada AHU dengan 3 kecepatan yang berbeda. Maksimum 3
laju udara yang dihasilkan adalah 0,37 m /detik. Termometer berfungsi mengukur temperature bola kering dan basah yang terpasang pada saluran masuk dan keluaran AHU. Meter orifice yang dapat di pindah-pindah terpasang pada masukan saluran AHU. 5. III.
Kondensor, type shell dan tabung atau tube. Alat Praktikum
1. Refrigrant – 12 2. Air 3. Mesin HVAC ( mesin pompa kalor) 4. Stopwatch 5. Anemometer
IV.
Prosedur Percobaan
1. Nyalakan atau ON-kan saklar MCB untuk bagian heat pump dan sub water coolled . 2. Hidupkan pompa, lalu buka katup aliran yang menuju heat pump sampai terbuka penuh. 3. Nyalakan kipas angin (fan). 4. Nyalakan kompresor. 5. Dalam pengambilan data sebelumnya tunggu dahulu 15 menit, agar mesin panas. 6. Setelah 15 menit pertama pada fan speed 1 , catat data dengan selang waktu 5 menit untuk selanjutnya. 7. Diulang sampai 2 data yang didapatkan dengan selang waktu 5 menit. 8. Ubah fan pada speed 2, lakukan pengambilan data seperti langkah 6 dan 7.
9. Ubah fan pada speed 3, lakukan pengambilan data seperti langkah 6 dan 7 untuk 3 data. 10. Setelah selesai matikan kompresor, kipas dan tutup katup airnya. 11. Matikan kembali MCB-nya untuk heat pump dan water cooled .
VI.
Analisis Data Perhitungan no 4. 1. Performa pada bagian mesin pendingin
̇ ⁄ COP = = = = = 2.34 ̇ ⁄ 2. Performa pada bagian heat pump
̇ ⁄ PF = = = = = 0.566 ̇ ⁄ 3. Effektivitas pada kondensor
⁄ ̇ = x air = x 1000 ⁄ = 0.142 kg ⁄ x 1304 ⁄ = 0.043 kg ̇ = x ref = ̇ ̇ = ̇ ̇ ̇ = ̇ ⁄ = ⁄ = = 0.299
= 29.9 %
4. Effektivitas pada evaporator
̇ = 0.083 x = 0.083 √
= 0.083 x 3.79 = 0.315 kg
̇ ̇ = ̇ ̇ ⁄ = ⁄ = = 0.371
= 37.1 %
5. Effisiensi kompresor
̇ ⁄ η kompresor = = ⁄ = ⁄ ⁄ = ⁄ = 0.228 = 22.8 %
VII.
Pembahasan Dari data hasil perhitungan, didapat :
Nilai COP (coefficient of performance) pada evaporator sebesar 2.34, hal ini menunjukan bahwa bagian mesin pendingin pada mesin HVAC memiliki effisiensi yang cukup baik, dimana dari beberapa literatur diketahui bahwa nilai COP yang baik untuk sebuah mesin pendingin harus berkisar >1. Nilai PF (perfoma) pada kondensor didapat angka sebesar 0.566, hal ini juga menunjukan bahwa bagian heat pump atau pompa kalor pada pompa kalor atau heat pump memiliki efisiensi yang cukup baik, dimana dari beberapa literatur diketahui bahwa nilai PF yang baik untuk bagian pompa kalor harus <1. Nilai effektivitas pada kondensor didapat effektivitas sebesar 29.9 %. Angka tersebut menunjukan seberapa besar keeffektifan atau keberhasilan dari kondensor untuk memindahkan kalor dari fluida kerja ke air, sehingga air menjadi hangat atau bahkan panas. Dan dari nilai effektifitas yang ada, diketahui bahwa kondensor memiliki effektifitas yang cukup baik, sedangkan untuk nilai effektifitas itu sendiri tidak mungkin mencapai angka 100% diantaranya karena adanya perbedaan massa jenis antara fluida kerja dengan air dan adanya pengaruh dari konduktivitas kalor yang dimiliki oleh material yang ada pada kondensor tersebut. Nilai effiktivitas pada evaporator sebesar 37.1 %. Nilai ini menunjukan effektivitas / keberhasilan dari fluida kerja untuk menyerap kalor dari udara. Dari nilai effiktivitas yang ada, menunjukan bahwa evaporator juga memiliki effiktivitas yang cukup baik, sedangkan alasan mengapa nilai effektivitas pada evaporator tidak dapat mencapai angka 100% adalah sama seperti pada kondensor yaitu adanya perbedaan antara massa jenis fluida kerja dan udara serta adanya pengaruh dari konduktivitas kalor yang dimiliki oleh material yang ad a. Pada kompresor didapat nilai effisiensi sebesar 22.8%, angka ini menunjukan seberapa effisien kompresor dalam mengkonsumsi listrik untuk melakukan kerja yang ada. Nilai effisiensi ini berkurang karena adanya energi listrik yang terbuang menjadi panas selama proses berlangsungnya siklus ko mpresi uap.
VIII.
Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan pembahasan yang ada, dapat disimpulkan bahwa kinerja mesin baik itu untuk mesin pendingin maupun pompa kalor (heat pump) memiliki performa yang cukup baik, hal tersebut terlihat dari nilai COP = 2,34 dan nilai PF-nya = 0,566. Dan diketahui pula bahwa :
Nilai COP yang baik untuk bagian mesin pendingin harus lebih besar dari satu, dan, Nilai PF yang baik untuk bagian pompa kalor harus kurang dari satu.
Selain performa, ada juga effektivitas dari konden sor dan evaporator.
Effektivitas pada kondensor menunjukan seberapa besar keeffektifan atau keberhasilan dari kondensor untuk memindahkan kalor dari fluida kerja ke air, sehingga air menjadi hangat atau bahkan panas. Effektivitas pada evaporator menunjukan effektivitas / keberhasilan dari fluida kerja untuk menyerap kalor dari udara.
Dari variable yang ada untuk perhitungan nilai-nilai diatas, serta dari proses praktek yang dilakukan, dapat disimpulkan pula bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi performa dan effektivitas elemen-elemen HVAC yang ada adalah sebagai berikut : 1. 2. 3. 4.
Iklim dan kelembaban lingkungan Refrigerant yang digunakan Konsumsi energi tambahan, yaitu oleh pompa dan fan Sistem control HVAC itu sendiri
DAFTAR PUSTAKA
http://teknik-pendingin.blogspot.com/2008/09/sistim-refrigerasi-kompresi-uap.html
J.P. Holman dan E. jasjfi. Perpindahan Kalor .1991. Jakarta: Erlangga
Wuryanti, sri, Buku Ajar Perpindahan Panas dan Penerapannya. 2010. Bandung: Politeknik Negeri Bandung Jurusan Teknik Konversi Energi
