rancangan bangun pompa panas
DESCRIPTION
Jurnal Haelko 095TRANSCRIPT
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada
Air Conditioner
Fazri Nurdiansyah5115070232
Wisudawan 2011/095 Pendidikan Teknik ElektroUNJ
Mochammad DjaoharDosen Teknik Elektro FT UNJ
Muhammad Rif’anDosen Teknik Elektro FT UNJ
Tri Alvianto 5115102594
Editor terdahulu Mahasiswa Pendidikan Teknik Elektro 2010
Abdul Jarot 5115111661
Mahasiswa Pendidikan Teknik Elektro 2011
ABSTRAC
FAZRI NURDIANSYAH. Design of Heat Pump (Heat Pump) In Air Conditioner. Supervisor Mochammad Djaohar, ST, M.Sc and Muhammad Rif'an, ST, MT.
Research and design aims to address the challenges of nature, both on extreme weather due to global warming and natural challenges on earth geography resulting air temperature is very cold in the room on cold regions in season or in mountainous areas efficiently because they do not need to buy heating additional.
Research and engineering conducted in the Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, State University of Jakarta on the second semester of 2010/2011 by using laboratory experiments. Tests carried out in the design of a room by measuring the amount of inside temperature using a thermometer. After testing the design space by instrument air conditioner and all the results obtained in accordance with the principle work function. Then it can thus be concluded that the design of heat pumps (heat pump) air conditioner can increase the intensity of the heat in a room and reduce the intensity of the heat or the cooling and heating in a room.Keywords: Hukum Thermodinamika, Air Conditioner,Klarifikasi Air Conditioner, Pompa Panas.
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada Air Conditioner. (Fazri Nurdiansyah)1
Pemanasan global sudah menjadi fakta dan
ancaman bagi keberlangsungan peradaban
manusia di muka bumi. Bukti terakhir
adalah Badai Perma di Philipina yang
menewaskan lebih dari 600 orang dan
setengah juta orang kehilangan tempat
tinggal akibat banjir dan tanah longsor,
sebelumnya banjir bandang bencana akibat
curah hujan tinggi yang merupakan dampak
pemanasan global terjadi di Mandailing
Natal sehingga menelan korban 12 orang
tewas, 25 hilang dan 4300 orang mengungsi
(Tropika, 2008).
Karena pemanasan global sebagai sebuah
fenomena global, maka dampak pemanasan
global dirasakan oleh seluruh umat manusia
di dunia, termasuk Indonesia. Posisi
Indonesia sebagai negara kepulauan,
menempatkan Indonesia dalam kondisi yang
rentan menghadapi terjadinya pemanasan
global. Sebagai akibat terjadinya pemanasan
global, Indonesia akan menghadapi
peristiwa : gangguan ekologis, peningkatan
permukaan laut, gangguan kesehatan
manusia, gangguan stabilitas
pertanian/pangan, iklim mulai tidak
stabil/perubahan pola pada cuaca,
berdampak pula pada sosial dan politik
(Wikipedia, Efek Rumah Kaca).
Daerah hangat akan menjadi lebih lembab
karena lebih banyak air yang menguap dari
lautan, kelembaban yang tinggi akan
meningkatkan curah hujan, secara rata-rata,
sekitar 1 persen untuk setiap derajat
Fahrenheit penghangatan. (Curah hujan di
seluruh dunia telah meningkat sebesar 1
persen dalam seratus tahun terakhir ini).
Badai akan menjadi lebih sering. Selain itu,
air akan lebih cepat menguap dari tanah.
Akibatnya beberapa daerah akan menjadi
lebih kering dari sebelumnya. Angin akan
bertiup lebih kencang dan mungkin dengan
pola yang berbeda. Topan badai (hurricane)
yang memperoleh kekuatannya dari
penguapan air, akan menjadi lebih besar.
Berlawanan dengan pemanasan yang terjadi,
beberapa periode yang sangat dingin
mungkin akan terjadi. Pola cuaca menjadi
tidak terprediksi dan lebih ekstrim
(Wikipedia, Dampak Pemanasan Global).
HUKUM THERMODINAMIKA
Tulisan Sadi Carnot (1796-1832),
berkebangsaan Prancis yang sangat terkenal
pada tahun 1824 menjadi inspirasi bagi
banyak penelitian yang dilakukan mengenai
berbagai konsep thermodinamika dan sistem
refrigerasi, karena proses penurunan dan
penambahan intensitas panas berarti
memindahkan energi panas dari satu
lingkungan ke lingkungan lainnya dengan
cara-cara tertentu dan diperlukan analisa
thermodinamika untuk mengetahui proses
Haelko, Vol 095, No.2 September 2011. Hal 1-112
yang terjadi. Analisa dasar thermodinamika
diawali dengan pengertian sistem dan
lingkungan, sistem adalah kegiatan atau
proses yang diperhatikan dalam suatu
lingkungan, sedangkan lingkungan adalah
semua hal diluar sistem.
Hukum thermodinamika I menyatakan
bahwa energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan, hukum ini juga dapat
diartikan bahwa energi dapat diubah
menjadi bentuk energi lain.
Hukum thermodinamika II menyatakan
bahwa perpindahan energi panas
berlangsung jika terdapat perbedaan
temperatur, dan panas akan mengalir dari
benda bertemperatur tinggi ke benda
bertemperatur rendah.
Namun perbedaan thermodinamika dengan
perpindahan kalor terdapat pada :
Analisis thermodinamika difokuskan
pada kondisi kesetimbangan
(meramalkan energi yang diperlukan
untuk mengubah kesetimbangan
yang satu menjadi sitem
kesetimbangan yang lain).
Analisis perpindahan panas
difokuskan pada laju perpindahan
panas.
Perpindahan panas terjadi secara konveksi
dari plat ke sekeliling atau sebaliknya,
perpindahan panas konveksi dibedakan
menjadi dua, yaitu konveksi bebas dan
konveksi paksa.
AIR CONDITIONER
Air conditioner didefinisikan sebagai proses
memperlakukan udara untuk dikondisikan
suhu, kelembaban, pengatur sirkulasi udara
dan penyaring udara dari debu. Air
conditioner secara umum dapat
diklasifikasikan untuk residental, komersial
dan industrial. Air conditioner yang
digunakan untuk residental menggunakan
air conditioner jenis room air conditioner,
sedangkan air conditioner yang digunakan
untuk komersial dan industrial biasa
mengunakan air conditioner chiler dan
central.
KLASIFIKASI AIR CONDITIONER
Paket air conditioner terdiri dari berbagai
macam bentuk dari penyesuaian kegunaan
ruangan atau bangunan, maka dari itu kita
harus mengklasifikasikan jenis-jenis air
conditioner yang terdapat dipasaran.
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada Air Conditioner. (Fazri Nurdiansyah)3
Metode perpindahan energi panas dapat
diklasifikasikan menjadi dua type, yaitu :
a. Perpindahan energi panas secara
langsung (direct expansion), dimana
perpindahan energi panas terjadi
secara langsung antara cairan
refrigerant dengan aliran udara yang
akan dikondisikan. Dengan
menggunakan metode ini berarti
semakin besar kapasitas pendinginan
maka semakin banyak juga
refrigerant yang dibutuhkan, oleh
karena itu air conditioner type ini
hanya digunakan pada kapasitas
pendinginan yang rendah. Mengingat
bila diaplikasikan pada AC central
atau AC chiler maka akan banyak
menggunakan refrigerant dan
menimbulkan kemungkinan besar
tidak ramah lingkungan.
b. Perpindahan energi panas secara
tidak langsung (indirect ekspansion),
dimana perpindahan panas antara
udara yang dikondisikan dengan
cairan refrigerant tidak terjadi secara
langsung melainkan menggunakan
media air atau brine, metode ini
biasa digunakan pada AC chiler.
Pada sistem ini, panas yang didapat
dari beban pendinginan dipindahkan
ke fluida sekunder yang selanjutnya
akan dipindahkan ke refrigerant.
Pada dasarnya metode ini
mengkonsumsi energi lebih besar
dibandingkan dengan sistem
perpindahan energi secara langsung,
hal ini disebabkan karena energi
tambahan yang diperlukan untuk
mensirkulasikan fluida sekunder,
namun dengan menggunakan metode
ini maka pada kapasitas besar akan
menghemat refrigerant, karena
sebagian fungsi dari refrigerant
digantikan oleh fluida sekunder.
POMPA PANAS
Pompa panas adalah mesin yang
memindahkan panas dari satu lokasi (atau
Haelko, Vol 095, No.2 September 2011. Hal 1-114
sumber) ke lokasi lainnya menggunakan
kerja mekanis. Sebagian besar teknologi
pompa kalor memindahkan panas dari
sumber panas yang bertemperatur rendah ke
lokasi bertemperatur lebih tinggi. Pompa
panas pada dasarnya adalah sebuah siklus
refrigerasi yang digunakan untuk memompa
energi panas dari tandon dingin (udara
dingin) ke tandon panas (udara panas).
Sistem pompa panas itu tidak hanya
berfungsi untuk mendinginkan atau
mempertahankan temperatur yang rendah.
Tetapi juga dapat mengalirkan energi panas
ke suatu benda atau ruangan untuk
menaikkan temperatur atau
mempertahankan temperaturnya pada
tingkat yang tinggi secara baik. Dalam ilmu
thermodinamika, air conditioner dan pompa
panas (heat pump) relatif sama.
Perbedaannya, terletak hanya pada proses
kerjanya yang merupakan kebalikan dari
proses kerja air conditioner.
Four way reversing valve adalah komponen
kunci dalam rancang bangun ini, fungsi
valve ini adalah membalik arah aliran
refrigerant pada sistem kerja air
conditioner.
Cara kerja valve ini adalah mengatur pilot
valve yang bertekanan untuk menekan
piston pengatur aliran refrigerant. Pilot
valve ini dikendalikan oleh sebuah selenoid.
Sehingga komponen ini tidak dapat berkerja
bila tidak ada tekanan dalam sistem atau
tekanan didalam sistem terlalu rendah.
METODE PENELITIAN
Adapun metode penelitian ini dibagi
menjadi beberapa tahapan perancangan
yaitu:
a. Perancangan Desain
Dalam hal rancang bangun pompa
panas (heat pump) pada air
conditioner, penulis terlebih dahulu
mempelajari karakteristik pengguna,
kebutuhan piranti dasar untuk
pengembangan rancang bangun
pompa panas (heat pump) pada air
conditioner sehingga rancang
bangun ini lebih mudah digunakan
dan dicermati oleh siapapun.
b. Instalasi Sistem Kelistrikan
Tahap pengerjaan instalasi sistem
kelistrikan meliputi pemodifikasi
rangkaian utama dengan mengambil
tegangan yang akan masuk PCB
control untuk menjalankan selenoid
pada four way reversing valve yang
berfungsi sebagai pengatur ulang
rute aliran zat refrigerant, untuk
menjalankan fungsi tambahan
penting yaitu sebagai pompa panas
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada Air Conditioner. (Fazri Nurdiansyah)5
atau sebagai penghangat ruangan.
Sebagai konsekuensinya adalah
melakukan penambahan saklar
dengan Miniateur Circuit Breaker
(MCB) sebagai alat yang
mengalirkan tegangan listrik ke
sebuah relay 220 VAC yang
mengendalikan solenoid four way
reversing valve.
c. Instalasi Sistem Pemipaan
Perombakan instalasi pipa dilakukan
mengingat penulis membuat sistem
sendiri yang sangat berbeda dengan
sistem yang telah ada dan telah
dibuat oleh produsen air conditioner
sebelumnya. Perombakan sistem
pemipaan juga dilakukan dengan
menambahkan komponen-komponen
pendukung yang berfungsi untuk
memastikan rute aliran zat
refrigerant pada instalasi sistem
pemipaan.
HASIL PENELITIAN
Setelah hasil rancang bangun dipastikan
sempurna, pengujian rangkaian diawali
dengan penghubungan instrumen dengan
catu daya menggunakan multimeter
dibeberapa titik untuk mengukur tegangan
listriknya dan memastikan tidak terjadi
kesalahan ataupun kerusakan komponen.
Berikut ini adalah langkah-langkah
pengujian rancang bangun pompa panas
(heat pump) pada air conditioner :
1. Siklus pendinginan.
a. Tekan tombol power pada remote
air conditioner.
b. Pilih mode cool pada tombol
mode.
c. Setting temperatur sebesar 240 C
pada remote.
d. Setting fan indoor auto pada
remote.
e. Tunggu sampai sensor
mendeteksi temperatur ruangan
dan kompresor on, sebelum
melakukan pengukuran
menggunakan thermometer.
f. Setelah sistem/kompresor
berkerja selama 15 menit.
maka melakukan
pengukuran temperatur pada
titik sesuai pada gambar 4.1
dan mengamati perubahan
temperatur udara didalam
ruangan .
g. Setelah melakukan
pengukuran pada siklus
pendinginan selesai, maka
matikan sistem air
conditioner dengan menekan
tombol power pada remote
air conditioner.
Haelko, Vol 095, No.2 September 2011. Hal 1-116
Setelah temperatur ruangan telah
kembali normal, maka lakukan
pengujian siklus pompa panas pada
suatu ruangan dengan volume udara
ruangan tertutup sebesar 22.5 m3.
2. Siklus pompa panas.
a. Tekan tombol power pada
remote air conditioner.
b. Pilih mode cool pada tombol
mode.
c. Setting temperatur sebesar
240 C pada remote.
d. Setting fan indoor auto pada
remote.
e. Tunggu sampai sensor
mendeteksi suhu dan
kompresor on, sebelum
melakukan pengukuran
menggunakan thermometer.
f. Setelah sistem/kompresor
berkerja selama 15 menit.
maka menaikan saklar/mcb
untuk menjalankan siklus
pompa panas.
g. Lakukan pengukuran
temperatur pada titik sesuai
pada gambar 4.1 dan
mengamati perubahan
temperatur udara didalam
ruangan.
h. Setelah selesai melakukan
pengukuran maka, air
conditioner dimatikan
dengan menurunkan
saklar/mcb terlebih dahulu
setelah itu baru menekan
tombol power pada air
conditioner.
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada Air Conditioner. (Fazri Nurdiansyah)7
Tabel 1 hasil pengukuran 1.
Siklus Komponen
Indoor unit Outdoor Unit
Air inlet Air outlet Temp. pipe Air inlet Air outlet Temp. pipePendingin 300C 240C 170C 300C 420C 620C
Pompa Panas 300C 420C 460C 300C 260C 220C
Tabel.1 hasil pengukuran 2.Siklus Komponen yang diukur
Temperatur didalam ruangan Temperatur didalam air
Temp. awal
Temp.Stlh 25 mnt
Temp.Stlh 45 mnt
Temp.Stlh 60 mnt
Temp. awal
Temp.Stlh 25 mnt
Temp.Stlh 45 mnt
Temp.Stlh 60 mnt
Pendinginan 280C 270C 260C 250C 260C 250C 250C 24.50CPompa panas 280C 300C 310C 320C 260C 270C 270C 27.50C
Sumber: Fazri Nurdiansyah: 2011 hal: 48-49.
3.
4. Pada tabel hasil pengukuran 1, dapat
dianalisis bahwa pada siklus
pendinginan maupun siklus pompa
panas. Temperatur outlet udara pada
indoor unit menggunakan siklus
pendinginan memiliki intensitas
panas yang hampir sama dengan
temperatur outlet pada outdoor unit
menggunakan siklus pompa panas,
yakni 240C untuk temperatur outlet
indoor pada siklus pendinginan dan
260C untuk temperatur outlet
outdoor pada siklus pompa panas.
Perbedaan selisih temperatur antara
kedua outlet ini dikarenakan
diameter, luas penampang dan
kecepatan kipas outdoor unit lebih
besar dari indoor unit yang
mengakibatkan terjadinya
perpindahan panas yang cepat
Haelko, Vol 095, No.2 September 2011. Hal 1-118
sehingga zat refrigerant sudah
terlebih dahulu menguap.
5. Pada tabel hasil pengukuran 1,
dapat dianalisis bahwa pada
siklus pendinginan maupun
siklus pompa panas. Temperatur
outlet udara pada outdoor unit
menggunakan siklus
pendinginan memiliki intensitas
panas yang sama dengan
temperatur outlet pada indoor
unit menggunakan siklus pompa
panas, yakni 420C untuk
temperatur outlet outdoor unit
pada siklus pendinginan dan
420C untuk temperatur outlet
indoor unit pada siklus pompa
panas, besarnya temperatur ini
akan selalu berkisar pada angka
500C. Hal ini dilandasi dari titik
kritis R-22 adalah sebesar 500C
(lampiran 7), dalam hal ini perlu
dipahami bahwa tekanan
evaporasi ekivalen terhadap
temperatur evaporasi. Begitu
juga dengan tekanan dan
temperatur kondensasi.
6. Pada tabel hasil pengukuran 1.
Dapat dianalisis bahwa pada
siklus pendinginan, intensitas
panas pada pipa outdoor unit
sebesar 620C. Sedangkan pada
siklus pompa panas, intensitas
panas pada pipa indoor unit
sebesar 460C. Secara teoritis
besarnya titik kritis pada R-22
sebesar 50 bar atau 500C
(lampiran 7) sehingga intensitas
panas pada kondisi ini bergerak
disekitar angka 50. Namun pada
kenyataannya adalah sebesar
620C, hal ini sangat mungkin
karena panas tambahan timbul
akibat kompresi, dan memiliki
intensitas panas sebesar 460C.
keadaan seperti ini juga sangat
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada Air Conditioner. (Fazri Nurdiansyah)9
7. mungkin terjadi karena
kebocoran panas mengingat
lokasi kompresor dengan indoor
unit cukup jauh.
8. Pada tabel hasil pengukuran 2, dapat
dianalisis bahwa pada siklus
pendinginan. Beban panas
maksimum pendinginan terjadi saat
permulaan proses pendinginan,
karena pada keadaan ini air
conditioner menerima beban penuh
dibandingkan beban rata-rata setiap
jam kerja. Oleh karena itu pada tabel
2, untuk menurunkan temperatur
ruangan sebesar 10C membutuhkan
waktu yang lebih lama. Hal
sebaliknya terjadi pada siklus pompa
panas yang menghangatkan ruangan.
Dalam pembuktian diatas maka, hukum
thermodinamika pertama dan kedua telah
terpenuhi.
KESIMPULAN
Sistem pengkondisian udara dengan air
conditioner yang selama ini hanya
digunakan untuk menurunkan temperatur
ruangan. Setelah melakukan rancang bangun
ini dapat ditarik kesimpulan bahwa :
1. Dengan menggunakan four way
reversing valve pada air conditioner
maka, indoor unit pada air
conditioner dapat memberikan
energi panas pada suatu ruangan atau
sebagai penghangat ruangan.
2. Rancang bangun pompa panas (heat
pump) pada air conditioner ini dapat
menjadi penghangat ruangan tanpa
membeli atau menambahkan
penghangat ruangan tambahan.
3. Rancang bangun dapat membuktikan
hukum thermodinamika I dan II,
diharapkan nantinya dapat digunakan
sebagai media pembelajaran dan
sebagai awal pengembangan
penelitian.
SARAN
1. Pada saat akan menjalankan fungsi dari
pompa panas (heat pump), tunggu
beberapa menit agar tekanan refrigerant
didalam pipa menjadi stabil dan four
way reversing valve dapat berkerja
secara maksimal.
2. Selama pengoperasian siklus pompa
panas dalam kondisi hidup, jika
Haelko, Vol 095, No.2 September 2011. Hal 1-1110
dimatikan dengan remote maka, secara
otomatis sistem tetap berada pada posisi
semula, yaitu posisi sistem pompa panas.
Bukan pada posisi siklus pendinginan.
3. Pengaturan temperatur ruangan pada
siklus pompa panas dilakukan secara
manual oleh pengguna yang berada
didalam ruangan sehingga, bila
temperatur didalam ruangan sudah
cukup hangat maka hendaknya pengguna
menekan tombol power pada remote
untuk mematikan sistem pompa panas
secara keseluruhan atau menekan mode
fan only pada remote.
4. Pada pengembangan lanjutan,
diharapkan pengendalian rancang
bangun pompa panas (heat pump) pada
air conditioner sudah menggunakan
remote/secara automatis.
5. Diharapkan pada Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Negeri
Jakarta untuk lebih berkreasi dalam
penanganan masalah global dengan
menerapkan ilmu yang berkaitan dengan
kajian Teknik Elektro, serta pemenuhan
sarana dan prasarana yang menunjang
terlaksananya hal tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Tropika, Jalan Lurus Setelah Pertemuan
Bali, (Jakarta : Tropika 2008), h. 9.
http://id.wikipedia.org/wiki/
efek_rumah_kaca
http://id.wikipedia.org/wiki
/ dampak _ pemanasan _ global
Fazri Nurdiansyah. 2011. Rancangan
Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada
Air Conditioner. Jakarta: Fakultas Teknik
UNJ
Rancangan Bangun Pompa Panas (Heat Pump) Pada Air Conditioner. (Fazri Nurdiansyah)11