Heat pump adalah alat yang dgunakan untuk medistribusikan udara dengan suhu tertentu kesuatu tempat. Heat Pump merupakan sistem Air Conditioning yang dapat diatur menjadi dua mode, yaitu cooling mode dan heating mode dengan cara membalik arah sirkulasi refrigeran. Heating Pump dapat diaplikasikan pada sistem pendinginan udara dan sistem pemanasan air pada suatu gedung contohnya penggunaan heating pump di hotel, yang pada saat heat pump beroperasi pada cooling mode digunakan sebagai pendingin ruangan dan pada saat heating mode heat pump berfungsi sebagai pemanas air. Temperatur yang dihasilkan oleh kerja heat pump dapat disesuaikan dengan pengaturan yang diinginkan.
Ketika heat pump beroperasi pada cooling mode diusahahan diaplikasikan pada ruangan yang luas. Hal itu dikarenakan daya kompresor yang dibutuhkan sangat besar.
Heat pump banyak digunakan pada daerah yang memiliki perbedaan suhu yang signifikan antara ruang dalam dengan suhu lingkungan luar.
Berikut adalah contoh pembuatan laporan praktikum Heat pump
Laporan Paktikum Heat Pump
Daftar Isi
Daftar isi…………………………………………………………………..
1
I
|
OBYEK dan TUJUAN
|
|
1.1
|
Obyek ………………………………………………………………………
|
2
|
1.2
|
Tujuan ……....................................................................................................
|
2
|
II
|
PEMAHAMAN TEKNOLOGI
|
|
2.1
|
Skema Sistem Refrigerator .………………………………………………..
|
3
|
2.2
|
Parameter, Variabel, Konstanta, dan Alata Ukur ……..................................
|
4
|
2.3
|
Rumus-rumus Terpakai …………………………………………………..
|
6
|
III
|
DATA
|
|
3.1
|
Primer/Pengukuran ………………………………………………………
|
7
|
3.2
|
Kompilasi ………………………………………………………………..
|
8
|
IV
|
ANALISIS
|
|
4.1
|
Kesetimbangan Kalor (Proses Thermodinamika) ………
|
10
|
4.2
|
Performansi Sistem Refrigeran ………………………
|
13
|
V
|
KESIMPULAN
|
15
|
DAFTAR PUSTAKA
|
0,5 hal
|
|
Lampiran A: Journal Praktikum Sistem Refrigerator
(Original)
|
1 hal
|
|
Lampiran B: Spesifikasi Teknis R12
|
1 hal
|
|
Lampiran C: Konversi Sistem Satuan
|
1 hal
|
|
I.
OBYEK dan TUJUAN
2.1 OBYEK
Heat Pump adalah
sistem Air Conditioning yang dapat diatur menjadi dua mode, yaitu cooling mode
dan heating mode dengan cara membalik arah sirkulasi refrigeran. Heating Pump dapat
diaplikasikan pada sistem pendinginan udara dan sistem pemanasan air pada suatu
gedung contohnya penggunaan heating pump di hotel, yang pada saat heat pump
beroperasi pada cooling mode digunakan sebagai pendingin ruangan dan pada saat
heating mode heat pump berfungsi sebagai pemanas air. Temperatur yang
dihasilkan oleh kerja heat pump dapat disesuaikan dengan pengaturan yang
diinginkan.
Ketika heat pump
beroperasi pada cooling mode diusahahan diaplikasikan pada ruangan yang luas.
Hal itu dikarenakan daya kompresor yang dibutuhkan sangat besar.
2.2 TUJUAN
1.
TUJUAN UMUM :
Mengidentifikasi
performansi kerja sistem Heat Pump
2. TUJUAN KHUSUS :
1. Mengenal dan memahami sistem peralatan heat pump.
2. Mengidentifikasi komponen penyusun sistem dan
mekanisme kerja heat pump
3. Mengenal siklus refrijeran/fluida kerja maupun
fluida yang ditangani (obyek) pada setiap
modul heat pump.
II.
PEMAHAMAN TEKNOLOGI
2.1
Skema Sistem Heat Pump
a
Gambar 1.1 Skema Sistem Heat Pump
Gambar 1.2 Skema
siklus refrigeran pada Heat Pump-Cooling Mode
Adapun komponen yang dibutuhkan pada
sistem heat pump adalah sebagai berikut:
a.
Refrigeran
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.
Terdapat banyak refrigeran, antara lain R11, R12,
R13, R21, R22, R113, R114, dll. Untuk Heat Pump menggunakan R12.
b. Kompresor
Kompresor
adalah suatu alat mekanis yang berfungsi untuk menghisap refrigeran dari evaporator dalam fase gas.
Kemudian menekan (mengkompres) refrigeran, dengan demikian suhu dan tekanan
refrigeran akan menjadi lebih tinggi. Kompresor atau pompa hisap tekan
berfungsi mengalirkan refrigeran ke seluruh sistem pendingin. Sistem kerjanya
adalah dengan cara mengubah tekanan sistem sehingga refrigeran dapat berpindah dari sisi
bertekanan tinggi ke sisi bertekanan rendah.
c. Kondensor
Kondensor
berfungsi sebagai tempat refrigeran melepas kalor ke air (karena media
pendinginannya dengan air). Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi
refrigeran dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Refrigeran di
dalam kondensor akan melepaskan kalor yang kemudian diserap oleh air. Kondensor
diletakkan antara kompresor dan expansi valve. Kondensor diletakkan di luar
ruangan yang sedang didinginkan agar dapat membuang panasnya ke luar kemudian
akan diserap zat yang mendinginkan refrigeran.
d. Evaporator
Evaporator
atau sering juga disebut boiler, freezer,
froster, cooling coil, chilling unit, dan lain-lain. Fungsi dari evaporator
adalah untuk menyerap panas dari udara atau benda yang berada di dalam mesin
pendingin dan mendinginkannya. Di evaporator, refrigeran akan menyerap kalor
benda atau zat yang akan didinginkan.
Evaporator
fungsinya kebalikan dari kondensor, yaitu tidak membuang panas kepada udara di
sekitarnya, tetapi untuk mengambil panas dari udara di dekatnya. Kondensor
ditempatkan di luar ruangan yang sedang didinginkan, sedangkan evaporator
ditempatkan di dalam ruangan yang sedang didinginkan. Kondensor terletak pada
sisi tekanan tinggi, yaitu diantara kompresor dan expansion valve. Evaporator
terletak pada sisi tekanan rendah, yaitu diantara expansion valve dan
kompresor.
e. Katup Ekspansi
Alat
ini digunakan untuk mengatur jumlah cairan refrigeran yang masuk ke dalam
evaporator. Alat ini terletak diantara evaporator dan kondensor. Refrigeran
yang keluar dari kondensor mempunyai suhu dan bertekanan tinggi. Sedangkan
refrigeran yang masuk ke dalam evaporator harus memiliki suhu dan tekanan
rendah. Oleh karena itu, untuk menurunkan suhu dan tekanan tinggi ini
diperlukan suatu alat ekspansi.
2.2
Parameter, Variabel, Konstanta
dan Alat Ukur
Ada beberapa
parameter yang terdapat di dalam sistem heat pump, yaitu temperatur, tekanan,
laju volume.
Ø Tekanan mempunyai satuan bar yang diukur menggunakan pressure gauge.
Dalam sistem heat pump tekanan refrigeran diukur di 4 titik. Yaitu pada titik
refrigeran masuk ke kompresor (P1) dan titik refrigeran keluar dari kompresor
(P2), titik refrigeran masuk katup expansi (P3) dan titik refrigeran keluar
dari evaporator (P4).
Ø Temperatur mempunyai satuan °C yang diukur menggunakan thermocouple. Pada pengujian Heat Pump-Cooling
Mode suhu diukur pada 14 titik yang terdiri dari :
v 7 titik suhu refrigeran yakni refrigeran masuk ke kompresor (T1),
refrigeran keluar dari kompresor (T2), refrigeran keluar kondensor (T6),
refrigeran keluar dari heat exchanger (T7),(T3),(T5), refrigeran keluar dari
evaporator (T4).
v 2 titik suhu air yakni air masuk ke kondensor (T10) dan air keuar
dari kondensor (T9)
v 4 titik suhu udara yakni udara kering (T13) dan udara basah (T14)
yang masuk ke evaporator dan udara kering (T11) dan udara basah (T12) yang
keluar dari evaporator.
Ø Laju volume air mempunyai satuan L/menit yang diukur menggunakan
flowmeter.
Ø Laju volume refrigeran mempunyai satuan L/menit dan hanya diukur
pada 1 titik saja, yaitu pada titik setelah heat exchanger dan sebelum katup expansi
Terdapat 2
variabel dalam sistem ini, yaitu
fan speed control dan laju volume air. Fan
speed control akan diubah menjadi 3 macam kecepatan yakni kecepatan 1, 2
dan 3. Sedangkan laju volume air akan disetting menjadi 8 L/menit, 7 L/menit, 6
L/menit, dan 5 L/menit.
2.3
Rumus-rumus Terpakai
Adapun rumus yang kami
gunakan dalam pengujian heat pump-cooling mode adalah sebagai berikut:
No
|
Parameter
|
Rumus
|
Unit
|
Note
|
1.
|
Kalor
Udara
|
Q udara = ṁ udara x ∆h
|
Q = kJ
ṁ = kg/s
h
= kJ/kg
|
Q = Kalor
ṁ = Laju Aliran Massa
h = Enthalpy
|
2.
|
Kalor
Kondensor
|
Q cond
= ṁ ref x (h2-h3)
|
Q = kJ
ṁ = kg/s
h
= kJ/kg
|
Q = Kalor
ṁ = Laju Aliran Massa
h
= Enthalpy
|
3.
|
Kalor
Evaporator
|
Q evap
= ṁ ref x (h1-h4)
|
Q = kJ
ṁ = kg/s
h
= kJ/kg
|
Q = Kalor
ṁ = Laju Aliran Massa
h
= Enthalpy
|
4.
|
Kalor
Air
|
Q air
= ṁ air x cp x (T1-T2)
|
Q = kJ
ṁ = kg/s
cp =
T
= °c
|
Q = Kalor
ṁ = Laju Aliran Massa
cp = 4.187
T
= suhu
|
5.
|
Kerja
Kompresor
|
W comp
= ṁ ref x (h2 - h1)
|
W = kW
ṁ = kg/s
h
= kJ/kg
|
W = Kerja
ṁ = Laju Aliran Massa
h
= Enthalpy
|
6.
|
Coefisien
of performance
|
COP =
|
Q = kJ
W = kW
|
Q = Kalor
W = Kerja
|
Tabel 1.1 Rumus – rumus yang digunakan untuk mengkompilasi data
operasional heat pump
Kemudian konversi satuan dari setiap parameter yang kami gunakan
dalam sistem heat pump adalah sebagai berikut:
Parameter
|
Satuan
|
Konversi satuan
|
Tekanan
|
1 bar
|
105
Pascal
|
Suhu
|
1°C
|
33,80 F
|
Laju volume
|
1
L/menit
|
0,0167
L/sekon
|
Tabel
1.2 konversi satuan parameter
III.
DATA
3.1
Data Primer/pengukuran
Berikut ini merupakan tabel operasional dari hasil pengujian sistem
heat pump yang kami dapatkan adalah
sebagai berikut:
Tabel 1.3.1 Data Operasional hasil
pengukuran heat pump-cooling mide pada ύw 8 l/min dan 5 l/min
Tabel 1.3.2 Data Operasional hasil
pengukuran heat pump-cooling mide pada ύw 7 l/min
Tabel 1.3.3 Data Operasional hasil
pengukuran heat pump-cooling mide pada ύw 6 l/min
3.2
Data Kompilasi
Setelah menyelesaikan data operasional,
kami mencari data kompilasi berdasar pada rumus yang sudah kami gunakan. Adapun
tabel kompilasi tersebut adalah sebagai berikut:
Tabel
1.4 data kompilasi sistem heat pump-cooling mode pada ύwater 8 l/min
dan 5 l/min
Tabel
1.4 data kompilasi sistem heat pump-cooling mode pada ύwater 7 l/min
Tabel
1.4 data kompilasi sistem heat pump-cooling mode pada ύwater 6 l/min
BAB IV
ANALISIS
4.1
Kesetimbangan kalor (proses thermodinamika)
Dalam
suatu peralatan sistem pendingin dapat diketahui performansi berdasarkan kerja
kompresor dan kalor yang diserap oleh refrigeran di evaporator. Yang mana
besarnya COP berbanding lurus dengan kalor yang diserap oleh refrigeran di
evaporator dan berbanding terbalik dengan kerja kompresor. COP ini dapat
dibandingkan dengan ṁ-udara yang ditampilkan pada grafik 1.1 sampai 1.4
Grafik
1.1 Perbandingan COP dengan ṁ-udara pada ύwater 8 L/menit
Berdasarkan
grafik 1.1, jika Fan Speed Control pada posisi 3, ṁ air menunjukkan angka 0.41dan COP 3.13, pada posisi 2 ṁ air menunjukkan angka 0.62 dan COP 3.13, pada posisi ṁ air menunjukkan
angka 0.83 dan COP 3.00
Jadi, apabila fan speed control di turunkan, maka ṁ air akan cenderung meningkat. Tetapi COP akan cenderung menurun
jika fan speed control di turunkan. Sehingga laju aliran massa udara berbanding
terbalik dengan COP.
Grafik
1.2 Perbandingan COP dengan ṁair pada ύwater 7 L/menit
Berdasar pada grafik 1.2, diketahui pada ύwater 7 L/menit dengan fan speed control
3 didapatkan ṁair 0,45 kg/s, untuk fan speed control 2 dan 1
didapatkan ṁair 0,62 kg/s dan 0,82 kg/s. Dilihat berdasarkan ύwater
7 L/menit, ṁair-nya
semakin meningkat bila fan speed controlnya dikecilkkan.
COP yang dihasilkan oleh Heat Pump-cooling mode, pada ύwater 7 L/menit dengan speed control 3, 2 dan 1
adalah 3,08; 3,04; dan 2,92. Semakin fan speed controlnya dikecilkan maka COP
yang dihasilkan semakin mengecil. Maka fan speed control dengan COP berbanding
lurus.
Dapat disimpulkan berdasarkan ύwater 7 L/menit, COP dan ṁair berbanding
terbalik dikarenakan semakin besar ṁair maka COP yang dihasilkan
semakin mengecil.
Grafik
1.3 Perbandingan COP dengan ṁair pada ύwater 6 L/menit
Berdasarkan diagram di atas bahwa, jika Fan
Speed Control pada posisi 3, ṁ air menunjukkan angka 0.44
dan COP 2.48, pada posisi 2 ṁ air
menunjukkan angka 0.62 dan COP 2.48, pada posisi ṁ
air menunjukkan angka 0.82 dan COP 2.48
. jadi pada laju aliran massa water 6liter/menit ini hanya menunjukan
peningkatam laju aliran massa air
apabila fan speed control diturunkan dan pada COP cenderung konstan.
Grafik
1.4 Perbandingan COP dengan ṁair pada ύwater 5 L/menit
Berdasarkan
diagram di atas bahwa, jika Fan Speed Control pada posisi 3, ṁ air menunjukkan
angka 0.41dan COP 2.80, pada posisi 2 ṁ air menunjukkan angka 0.62 dan COP 2.80, pada posisi ṁ air menunjukkan
angka 0.83 dan COP 2.75
. Jadi apabila fan speed control di
turunkan, maka ṁ air akan cenderung meningkat. Tetapi
COP akan cenderung menurun jika fan speed control di turunkan. Sehingga laju
aliran massa udara berbanding terbalik dengan COP.
4.2 Performansi Sistem Refrigeran
Gambar 1.3 Diagram P-h pada ύwater 8 L/menit
Gambar 1.3 menjelaskan tentang siklus refrigerasi yang terjadi pada ύwater
8 L/menit dengan pengaturan fan speed control 3, 2, dan 1. Pada siklus
tersebut terjadi beberapa titik yang diakibatkan oleh kerja komponen
refrigerator, titik tersebut adalah 1, 2, 3, dan 4. Secara berurutan pengaturan
fan speed control 3, 2 dan 1 mempunyai masing-masing nilai dari parameter
tekanan, temperature dan entalpi. Pengaturan fan speed control dimulai dari 3
yang menghasilkan nilai dari masing-masing parameter berdasarkan titik opesari.
Pada titik 1 terjadi pada tekanan 1,1 Bar dan temperatur refrigeran 23 ⁰C karena kerja evaporator menyerap kalor dari udara luar sehingga
terbentuk entalpi 370 KJ/s. Pada titik 2 terjadi pada tekanan 8.8 Bar dan
temperatur refrigerant 106⁰C karena kerja
compresor memampatkan uap refrigerant sehingga terbentuk entalpi 418 KJ/s. Pada
titik 3 terjadi pada tekanan 8,2 Bar dan temperatur refrigerant 35 ⁰C karena kerja kondensor sehingga terbentuk entalpi 220 KJ/s. Pada
titik 4 terjadi pada tekanan 1,1 Bar dan temperature -28 ⁰C karena kerja katup ekspansi sehingga terbentuk entalpi 220 KJ/s.
Begitu juga pada pengaturan fan speed control 2 dan 1 dapat diketahui nilai
masing-masing tekanan, temperature dan entalpi berdasarkan tabel kompilasi.
Gambar 1.4 Diagram
P-h pada ύwater 7 L/menit
Gambar 1.3 menjelaskan tentang siklus refrigerasi yang terjadi pada ύwater
7 L/menit dengan pengaturan fan speed control 3, 2, dan 1. Pada siklus
tersebut terjadi beberapa titik yang diakibatkan oleh kerja komponen
refrigerator, titik tersebut adalah 1, 2, 3, dan 4. Secara berurutan pengaturan
fan speed control 3, 2 dan 1 mempunyai masing-masing nilai dari parameter
tekanan, temperature dan entalpi. Pengaturan fan speed control dimulai dari 3
yang menghasilkan nilai dari masing-masing parameter berdasarkan titik opesari.
Pada titik 1 terjadi pada tekanan 1,1 Bar dan temperatur refrigeran 22 ⁰C karena kerja evaporator menyerap kalor dari udara luar sehingga
terbentuk entalpi 370 KJ/s. Pada titik 2 terjadi pada tekanan 8.9 Bar dan
temperatur refrigerant 108 ⁰C karena kerja
compresor memampatkan uap refrigerant sehingga terbentuk entalpi 418 KJ/s. Pada
titik 3 terjadi pada tekanan 8,4 Bar dan temperatur refrigerant 36 ⁰C karena kerja kondensor sehingga terbentuk entalpi 222 KJ/s. Pada
titik 4 terjadi pada tekanan 1,1 Bar dan temperature -28 ⁰C karena kerja katup ekspansi sehingga terbentuk entalpi 222 KJ/s.
Begitu juga pada pengaturan fan speed control 2 dan 1 dapat diketahui nilai
masing-masing tekanan, temperature dan entalpi berdasarkan tabel kompilasi.
Gambar 1.5 Diagram
P-h pada ύwater 6 L/menit
Gambar 1.6 Diagram
P-h pada ύwater 5 L/menit
Gambar 1.6 menjelaskan tentang siklus refrigerasi yang terjadi pada ύwater
5 L/menit dengan pengaturan fan speed control 3, 2, dan 1. Pada siklus
tersebut terjadi beberapa titik yang diakibatkan oleh kerja komponen
refrigerator, titik tersebut adalah 1, 2, 3, dan 4. Secara berurutan pengaturan
fan speed control 3, 2 dan 1 mempunyai masing-masing nilai dari parameter
tekanan, temperature dan entalpi. Pengaturan fan speed control dimulai dari 3
yang menghasilkan nilai dari masing-masing parameter berdasarkan titik opesari.
Pada titik 1 terjadi pada tekanan 1,2 Bar dan temperatur refrigeran 22 ⁰C karena kerja evaporator menyerap kalor dari udara luar sehingga
terbentuk entalpi 370 KJ/s. Pada titik 2 terjadi pada tekanan 9.6 Bar dan
temperatur refrigerant 111 ⁰C karena kerja
compresor memampatkan uap refrigerant sehingga terbentuk entalpi 420 KJ/s. Pada
titik 3 terjadi pada tekanan 9.1 Bar dan temperatur refrigerant 39 ⁰C karena kerja kondensor sehingga terbentuk entalpi 420 KJ/s. Pada
titik 4 terjadi pada tekanan 9,1 Bar dan temperature -27 ⁰C karena kerja katup ekspansi sehingga terbentuk entalpi 222 KJ/s.
Begitu juga pada pengaturan fan speed control 2 dan 1 dapat diketahui nilai
masing-masing tekanan, temperature dan entalpi berdasarkan tabel kompilasi.
BAB V
KESIMPULAN
Heat Pump merupakan salah satu
aplikasi sistem pendingin dimana terdapat 3 fluida yaitu refrigerant,air dan
udara. Pada saat kompilasi, di kondensor mengalami penurunan tekanan
dikarenakan laju aliran air yang masuk ke kondensor terlalu besar. Semakin
tinggi kalor yang diserap refrigerant di evaporator dan semakin rendah kerja kompresor
maka semakin baik COPnya karena COP berbanding lurus dengan kalor yang diserap
refrigerant di evaporator dan berbanding terbalik dengan kerja kompresor.
DAFTAR PUSTAKA
Kusuma Goerge, 2013, Modul Ajar HVAC vol. 3, Jurusan Permesinan Kapal, PPNS
National Refrigerants, 2004, Refrigerant Reference Guide 4th
edition
Konversi Sistem Satuan
1. Konversi Satuan Temperatur
T K =
) T ⁰C + 273
2. Konversi Satuan Waktu
n menit = n . 60 detik
3. Konversi Satuan Volum
n L = n . 10-3 m3
4. Konversi Satuan Aliran Volum
n L/min =
m3/s
5. Konversi Satuan Tekanan
1 bar = 407,2 InWg =
10.342, 88 mmWg
0 komentar:
Post a Comment