Skripsi yang diamati yaitu:
Penulis : MEGA HENDRAGANIJudul : PERANCANGAN ULANG MESIN AC SPLIT KAPASITAS 2 PK
NIM : 20000130038
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Universitas : UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
Tahun Lulus : 2005
PERANCANGAN ULANG
MESIN AC SPLIT KAPASITAS 2 PK
MEGA HENDRAGANI
MUHAMAD RIZKY SEPTIANTO
ABSTRAK
Pengunaan mesin untuk pengkondisian udara (AC) di Indonesia semakin meningkat baik untuk bangunan berukuran kecil, sedang, maupun besar mulai dari rumah tinggal, perkantoran, pertokoan hotel dan industri. Pengkondisian udara yang dimaksudkan adalah untuk memberikan kenyamanan dan kesegaran ruangan yang dikondisikan. Setiap ruangan mempunyai beban kalor yang berbeda dan hal ini akan mempengaruhi spesifikasi mesin AC yang akan dipakai. Ketepatan penentuan spesifikasi mesin AC yang sesuai, berpengaruh pada kesegaran dan kenyamanan di dalam ruangan.
Perancangan ini hanya pada empat buah komponen utama Mesin AC, yaitu: kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator. Kompresor berfungsi menghisap refrigeran untuk dinaikan tekanannya. Kondensor berfungsi untuk mencairkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi. Pipa kapiler digunakan untuk menurunkan tekanan refrigeran yang keluar dari kondensor. Di dalam evaporator cairan menguap secara berangsur-angsur karena menerima panas dari ruangan. Rancangan ini bertujuan untuk mendapatkan hasil rancang ulang mesin AC split kapasitas 2 Pk dan dalam perhitungannya menggunakan bantuan MATLAB.
Hasil perancangan ulang mesin AC kapasitas 2 PK dengan beban pendinginan sebesar 19000 Btu/hr dengan suhu evaporator 6°C dan suhu kerja kondensor 53°C didapat Pada evaporator luas perpindahan panas total 0,62 m2, panjang pipa perlintasan 0,77 m, pada kondensor didapat luas perpindahan panas total 1,19 m2 dan panjang pipa perlintasan 0,86 m, pipa kapiler dengan panjang 1,2 m dengan diameter dalam 2 mm, COP 4,35, refrigeran yang digunakan adalah R-22 dan daya kompresor 1,75 kW.
PENDAHULUAN
Terkait dengan hukum termodinamika dua muncul istilah refrigerasi dan pengkondisian udara. Bidang refrigerasi dan pengkondisian udara adalah saling berkaitan, tetapi masing-masing mempunyai ruang lingkup yang berbeda. Pengkondisian udara berupa pengaturan suhu, pengaturan kelembaban dan kualitas udara. Sedangkan refrigerasi digunakan untuk kebutuhan proses tertentu seperti pendinginan untuk rumah tangga, maupun keperluan umum. Aplikasi pengkondisian udara dimanfaatkan untuk kenyamanan manusia, misalnya : AC spilt, window tipe, AC sentral (water chiling plant), rooftop unit.
HASIL PENELITIAN danPEMBAHASAN
4.1 Perbandingan Spesifikasi
4.1.1 Evaporator
Evaporator adalah komponen pengkondisian udara yang berfungsi sebagai penukar kalor, serta bertugas untuk menguapkan refrigeran dalam sistem, sebelum kembali ke kompresor. Panas diserap dari udara sekeling evaporator yang menyebabkan suhu udara disekeliling evaporator menjadi turun. Suhu yang rendah ini dipindahkan ketempat lain dengan jalan dihembus dengan kipas, yang menyebabkan terjadinya aliran udara (Stocker,1996).
Table 4.2 Perbandingan Spesifikasi Evaporator
No
|
Data
|
Eksiting
|
Hasil rancang ulang
|
1)
|
Kapasitas panas buang
|
4835,6 W
|
5563,39 W
|
2)
|
Koefisien perpindahan panas sisi refrigeran
|
12651,02 W/m2 oC
|
9334,77 W/m2 oC
|
3)
|
Koefisien perpindahan panas sisi udara
|
2049,97 W/m2 oC
|
1143,78 W/m2 oC
|
4)
|
Koefisien perpindahan panas sisi menyeluruh
|
582,77 W/m2 oC
|
502,02 W/m2 oC
|
5)
|
Penurunan tekanan sisi refrigeran
|
5924,47 pa
|
5649,57 pa
|
6)
|
Tebal pipa terpakai
|
0,7 mm
|
1 mm
|
7)
|
Diameter dalam pipa
|
0,0088 m
|
0,0109 m
|
8)
|
Diameter luar pipa
|
0,0094 m
|
0,0127 m
|
9)
|
Jumlah pipa perlintasan
|
1
|
1
|
10)
|
Susunan pipa
|
Triangular
|
Triangular
|
11)
|
Panjang pipa per lintasan
|
0,75 m
|
0,77 m
|
12)
 |
Tebal sirip
|
0,0002 m
|
0,00033 m
|
13)
|
Tinggi sirip
|
0,0077 m
|
0,006 m
|
14)
|
Jumlah sirip tiap in
|
23
|
8
|
15)
|
Bahan pipa
|
Tembaga
|
Tembaga
|
16)
|
Bahan sirip
|
Aluminium
|
Aluminium
|
17)
|
Banyaknya lintasan pipa
|
23
|
24
|
18)
|
Luas perpindahan panas total
|
0,47 m2
|
0,64 m2
|
19)
|
Dimensi plenum (m)
|
0,75 x 0,03 x 0,29
|
0,77 x 0,032 x 0,45
|
4.1.2 Kondensor
Kondensor berfungsi menerima aliran refrigeran yang berupa uap superheated, serta digunakan untuk proses pencairan kembali uap superheated. (Stoecker, 1996).
Perbandingan spesifikasi diperoleh dari perhitungan ulang kondensor dan data eksiting, dimana dengan membandingkan data tersebut akan diketahui kapasitas panas buang mesin AC (kondensor). Data hasil perhitungan dan data eksiting tercantum sebagai berikut :
Table 4.3 Perbandingan Spesifikasi Kondensor
No
|
Data
|
Eksiting
|
Hasil rancang ulang
|
1
|
Kapasitas panas buang
|
5984,16 W
|
6897 W
|
2
|
Koefisien perpindahan panas sisi refrigeran
|
3193,1 W/m2 oC
|
4842,42 W/m2 oC
|
3
|
Koefisien perpindahan panas sisi udara
|
1765,74 W/m2 oC
|
538,33 W/m2 oC
|
4
|
Koefisien perpindahan panas sisi menyeluruh
|
976,04 W/m2 oC
|
649,56 W/m2 oC
|
5
|
Penurunan tekanan sisi refrigeran
|
4276,87 pa
|
4592,46 pa
|
6
|
Tebal pipa terpakai
|
0,7 mm
|
1 mm
|
7
|
Diameter dalam pipa
|
0,0088 m
|
0,0107 m
|
8
|
Diameter luar pipa
|
0,0094 m
|
0,0127 m
|
9
|
Jumlah pipa perlintasan
|
1
|
1
|
10
|
Susunan pipa
|
Triangular
|
Triangular
|
11
|
Panjang pipa per lintasan
|
0,77 m
|
0,86 m
|
12
|  |
0,0001 m
|
0,00033 m
|
13
|
Tinggi sirip
|
0,0033 m
|
0,006 m
|
14
|
Jumlah sirip tiap in
|
23
|
8
|
15
|
Bahan pipa
|
Tembaga
|
Tembaga
|
16
|
Bahan sirip
|
Aluminium
|
Aluminium
|
17
| |
37
|
40
|
18
|
Luas perpindahan panas total
|
0,77 m2
|
1,19 m2
|
19
|
Dimensi plenum (m)
|
0,77 x 0,03 x 0,56
|
0,86 x 0,032 x 0,72
|
4.2 Analisa Hasil
4.2.1 Evaporator
r Tebal pipa
Data eksiting dari hasil pengukuran didapat tebal pipa 0,1 mm, sedangkan hasil perancangan ulang didapat tebal pipa 1 mm dan masih diatas tebal minimum pipa dari rumus tebal pipa minimum, yang sangat tergantung pada variabel tekanan kerja refrigeran dan tegangan bahan ijin pipa.
tm=
= 
= 0,00365 in = 0,09mm
= 0,00365 in = 0,09mm
P = Tekanan refrigeran didalam pipa = 88,215 Psi.
S = Tegangan ijin bahan pipa tembaga = 6000 psi.
r Jumlah pipa dalam tiap lintasan
Data eksiting terdapat 23 lintasan.Hasil perancangan ulang terdapat 25 lintasan dikaranekan pipa yang dihasilkan dalam perancangan ulang lebih panjang.
r Diameter luar pipa
Data eksiting 0,375 in dari pengukuran menggunakan jangka sorong. Hasil perancangan ulang menggunakan pipa 0,5 in dikarenakan untuk pipa OD 0,375 tidak ada maka dipilih pipa 0,5 in BWG 20 tebal pipa 0,035 in ID 0,430 in.
r Diameter dalam pipa
Data eksiting menggunakan pipa dengan diameter 0,88 cm hasil pengukuran dari 2 tempat. Pada perancangan menggunakan pipa dengan diameter dalam 1,09 cm ini diambil dari data pipa penukar kalor BWG 20 OD 0,5 in.
r Susunan pipa
Susunan pipa evaporator untuk data eksiting dan hasil perancangan dibuat triangular. Susunan pipa pada perancangan disesuaikan dengan tabel yang diberikan Kays and London pada compact heat exchanger.
r Panjang pipa tiap lintasan
Data eksiting 0,75 m didapat dari hasil pengukuran menggunakan mistar. Hasil perancangan ulang didapat panjang pipa tiap lintasan 0,77 m. Ini dari hasil perhitungan sebagai berikut :
Le = 
= 
= 0,77 m
= 0,77 m
dengan,
Le = panjang pipa tiap lintasan
Pp = panjang pipa
b = banyaknya lintasan pipa
r Tebal sirip
Dari data eksiting diperoleh tebal sirip 0,1mm ini diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan mistar sedangkan pada perancangan diperoleh dari tabel Kays and London dengan tebal sirip 0,33 mm. Tebal sirip akan memmpengaruhi koefisien perpindahan panas pada sisis udara karena berkaitan dengan efisiensi sirip, semakin besar efisiensi sirip maka semakin besar pula koefisien perpindahan panas pada sisi udara.
r Tinggi sirip
Data eksiting 0,0077 m hasil perancangan ulang 0,006 m diperoleh dari tabel Kays and London, karena tinggi sirip berhubungan erat dengan tebal sirip maka tinggi sirip akan mempengaruhi efisiensi sirip. (grafik efisiensi sirip, lamp )
r Jumlah sirip tiap m
Data eksiting 780 tiap m hasil perancangan ulang dengan mengambil data dari tabel kays and london dengan jumlah sirip 315 per meter.
r Bahan pipa
Baik data eksiting maupun perancangan ulang menggunakan bahan pipa dari tembaga dengan alasan tembaga memiliki konduktifitas termal yang bagus. (kern,1983)
r Bahan sirip
Data eksiting dan hasil perancangan ulang menggunakan bahan sirip dari aluminium karena sifat aluminium mudah mengahantarkan panas, mudah dibentuk dan ringan.
r Banyak lintasan pipa
Data eksiting 23 lintasan, hasil perancangan ulang 24 hasil asumsi. Jumlah lintasan pipa berpengaruh pada panjang pipa tiap lintasan, semakin sedikit jumlah lintasan pipa maka semakin banyak panjang piap tiap lintasan.
Panjang pipa keseluruhan untuk data eksiting adalah 0,75 x 22 = 16,5 m
Panjang pipa keseluruhan untuk hasil rancangan ulang adalah 18,64 m.
r Kapasitas pendinginan berdasarkan data eksiting
Pada nameplate tertera besarnya beban pendinginan adalah 16500 Btu/hr sedangkan hitungan dari perancangan ulang diperoleh beban pendinginan sebesar 19000 Btu/hr. Perbedaan kedua beban pendinginan di atas menyebabakan dimensi permukaan evaporator berbeda, diantaranya panjang keseluruhan pipa evaporator, banyaknya lintasan pipa. Beban pendinginan yang berbeda memepengaruhi luas perpindahan panas total sehingga menyebabkan perbedaan panjang pipa.
4.2.2 Kondensor
r Tebal pipa
Data eksiting dari hasil pengukuran didapat tebal pipa 0,1 mm, sedangkan hasil perancangan ulang didapat tebal pipa 1 mm dan masih diatas tebal minimum pipa dari rumus tebal pipa minimum, yang sangat tergantung pada variabel tekanan kerja refrigeran dan tegangan bahan ijin pipa.
tm=
= 
= 0,013 in
= 0,013 in
P = Tekanan refrigeran didalam pipa = 333,774 Psi.
S = Tegangan ijin bahan pipa tembaga = 6000 psi.
r Diameter luar pipa
Data eksiting 0,375 in dari pengukuran menggunakan jangka sorong. Hasil perancangan ulang menggunakan pipa 0,5 in dikarenakan untuk pipa OD 0,375 tidak ada maka dipilih pipa 0,5 in BWG 20 tebal pipa 0,035 in ID 0,430 in.
r Diameter dalam pipa
Data eksiting menggunakan pipa dengan diameter 0,88 cm hasil pengukuran dari 2 tempat. Pada peranacangan menggunakan pipa dengan diameter dalam 1,09 cm ini diambil dari data pipa penukar kalor BWG 20 OD 0,5 in.
r Tebal sirip
Dari data eksiting diperoleh tebal sirip 0,1mm ini diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan mistar sedangkan pada perancangan diperoleh dari tabel kays and london dengan tebal sirip 0,33 mm. Tebal sirip akan memmpengaruhi koefisien perinpindahan panas pada sisis udara karena berkaitan dengan efisiensi sirip, semakin besar efisiensi sirip maka semakin besar pula koefisien perpindahan panas pada sisi udara.
r Panjang pipa tiap lintasan
Data eksiting 0,77 m didapat dari hasil pengukuran menggunakan mistar. Hasil perancangan ulang didapat panjang piap tiap lintasan 0,79 m. Ini dari hasil perhitungan sebagai berikut :
Le =
= 
= 0,86 m
= 0,86 m
dengan,
Le = panjang pipa tiap lintasan
Pp = panjang pipa
r Jumlah pipa dalam tiap lintasan
Data eksiting terdapat 37 lintasan hasil perancangan ulang terdapat 40 lintasan Susunan pipa kondensor untuk data eksiting dan hasil perancangan dibuat triangular. Susunan pipa pada perancangan disesuaikan dengan tabel yang diberikan Kays and London pada compact heat exchanger.
r Tinggi sirip
Data eksiting 0,0033 m, hasil perancangan ulang 0,006 m diperoleh dari tabel kays and london, karena tinggi sirip berhubungan erat dengan tebal sirip maka tinggi sirip akan mempengaruhi efisiensi sirip. (grafik efisiensi sirip, lamp )
r Jumlah sirip tiap m
Data eksiting 780 tiap m hasil perancangan ulang dengan mengambil data dari tabel kays and london dengan jumlah sirip 315 per meter.
r Bahan pipa
Baik data eksiting maupun perancangan ulang menggunakan bahan pipa dari tembaga dengan alasan tembaga memiliki konduktifitas termal yang bagus.(kern,1983)
r Bahan sirip
Data eksiting dan hasil perancangan ulang menggunakan bahan sirip dari aluminium karena sifat aluminium mudah mengahantarkan panas, mudah dibentuk dan ringan.
r Banyak lintasan pipa
Data eksiting 37 lintasan, perancangan ulang 40 hasil asumsi. Jumlah lintasan pipa berpengaruh pada panjang pipa tiap lintasan, semakin sedikit jumlah lintasan pipa maka semakin banyak panjang piap tiap lintasan.
Panjang pipa keseluruhan untuk data eksiting adalah 0,75 x 37 = 27,75 m
Panjang pipa keseluruhan untuk hasil rancangan ulang adalah 34,76m
4.2.3 Kompresor
Spesifikasi eksiting kompresor :
Ø Merk AC : Uchida.
Ø Power source : 1-phase 220 V ; 50 Hz.
Ø Cooling capacity : 16500 Btu/h = 4,835 Kj/s.
Ø Input : 1550 W.
Ø Running Ampere : 7,3 A.
Ø Refrigerant : R22 ; 1,15 Kg.
Pada perancangan ulang ini untuk kompresor adalah sebatas untuk pemilihan jenis kompresor yang akan dipakai, pemilihan ini didasarkan pada hasil perhitungan untuk daya yang dibutuhkan dan disesuaikan dengan kondisi dilapangan tentang jenis kompresor yang sering dipakai. Dari hasil perhitungan diperoleh daya yang diperlukan sebesar 1,62 kW. Maka dipilih kompresor hermatik yang dibuat untuk unit berkapasitas rendah, sampai 7,5 kW.
4.2.4 Pipa Kapiler
Pipa kapiler melayani hampir semua sistem refrigerasi yang berukuran kecil dan penggunaanya meluas hingga pada kapasitas 10 kW. Pipa kapiler pada umumnya mempunyai panjang 1 hingga 6 meter, dengan diameter dalam 0,5 sampai 2mm. Cairan refrigeran memasuki pipa kapiler tersebut dengan mengalir sehingga tekanannya berkurang disebabkan oleh gesekan dan percepatan refrigeran. Sejumlah cairan menjadi uap ketika refrigeran mengalir melalui pipa ini. Untuk memenuhi batasan-batasan yang diperlukan, banyak kombinasi antara panjang dan lubang pipa kapiler yang dapat dipakai. Sekali pipa kapiler dipasang maka pipa tersebut tidak dapat disetel lagi untuk mengatasi perubahan-peruban pada tekanan buang, tekanan hisap, atau beban. Kompresor dan alat ekspansi harus dapat mencapai kondisi-kondisi hisap dan buang, yang memungkinkan kompresor memompa refrigeran dari evaporator yang sama besarnya dengan yang dilewatkan oleh alat ekspansi.
Pada data eksiting didapat panjang pipa kapiler 1 m dari hasil pengukuran sedangkan pada hasil perancangan ulang didapat panjang pipa kapiler 1,2 m dengan diameter 2 mm hal ini diperoleh dari hasil perhitungan dengan menggunakan data dari hasil pengukuran pada mesin.
KESIMPULAN
Komponen utama sebuah mesin AC terdiri dari empat komponen utama yaitu evaporator, kondensor, kompresor dan pipa kapiler. Dengan keempat komponen tersebut mesin refrigerasi dapat beroperasi. Dalam perancangan ini diambil kondisi udara ruangan 770F (250C) dengan kelembaban relatif 55% dan temperatur udara luar 91,580F (33,10C) dengan kelembaban relatif 72%.
SARAN
1) Dalam pencarian data eksiting sebaiknya bukan hanya dari pengukuran manual tetapi juga sebaiknya dilihat juga dari manual book mesin yang akan dirancang ulang.
2) Untuk pemanfaatan energi sebaiknya AC perlu dimodifikasi misalnya dengan memanfatkan panas refrigeran sebelum refrigeran masuk ke kondensor.
3) Dalam perancangan sebaiknya ada pemilihan refrigeran.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, 2002, Penyegaran Udara, Pradnya Paramita, Jakarta.
Frank Kreith, 1994, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta.
Holman, J.P., 1997, Perpindahan Kalor, Erlangga Jakarta.
Incropera and David P.Dewit, 1990, Fundamentals Of Heat and Mass Transfer, Mc Graw-Hill, USA.
Kern, D.Q., Process Heat Transfer, Mc Graw-Hill, USA.
Stoecker, W.F., 1996, Refrigerasi dan pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta.
W. M. Kays dan A. L. London, Compact Heat Exchanger, Mc Graw-Hill, USA.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar