job sheet 1 heat pump - mesin.pnj.ac.id 4...1 laboratorium konversi energi jurusan teknik mesin...

1

LABORATORIUM KONVERSI ENERGI

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

JOB SHEET PRAKTIKUM POMPA DAN KOMPRESSOR

JOB SHEET 1 PENGUJIAN POMPA KALOR

HEAT PUMP 200 MENIT

I. Tujuan percobaan

Setelah mempelajari dan melakukan pengujian pompa kalor, anda anda diharapkan

dapat :

Menjelaskan komponen utama dan fungsinya;

Menjelaskan prinsip pompa panas;

Menjelaskan karakteristik mesin pompa panas dan pendingin;

Menjelaskan pengaruh laju aliran air dan udara pada karakteristik mesin;

Menggambarkan keseimbangan energi pada sistem ;

Menjelaskan fungsi kendali pada sistem;

Menetukan langka – langka operasi untuk optimasi sistem.

II. Dasar teori

Gambar skematis pengujian

mesin pompa panas yang digunakan dalam percobaan ini adalah jenis siklus tekanan

uap Rankine. Secara skematis peralatan pengujian dipelihatkan seperti Gambar 6.1.

2






HEAT PUMP 200 MENIT

3






HEAT PUMP 200 MENIT

penjelasan

1. Bahan pending in (Refrigeran) yang diperlukan adalah Freon 12 (R12).

2. Kompresor berupa konpresor torak, semi hermetic, dengan pendingin udara.

Kapasitas 9,46 m3/jam pada putaran 1450 rpm.

3. Motor listrik 3 fasa 415 V 50 Hz dengan daya maksimum 2,5 kW. Daya yang digunakan

dapat dilihat pada meter daya.

4. AHU, (Air handling unit)

kipas udara terpasang pada AHU dengan 3 kecepatan yang berbeda. Maksimum laju

udara yang dihasilkan adalah 0,37 m3/det. Thermometer berfungsi mengukur

temperatur bola kering dan basah terpasang pada saluran masukan dan keluaran

AHU. Meter orifice yang dapat dipindah – pindah terpasang pada saluran AHU.

5. Kondensor, tipe shell dan tabung (tube).

6. Intrumentasi.

Ada 14 titik temperatur pada saluran yang diamati yang ditunjukkan dengan digital, yaitu

:

TA1 = temperature bola kering bola masuk.

TA2 = temperatur bola basah udara masuk.

TA4 = trperatur bola kering udara kelur.

TA5 = temperatur bola basah udara keluar.

TW7 = temperatur air masuk kondensor.

TW8 = temperature air keluar kondenser.

4






HEAT PUMP 200 MENIT

TF1 = temperatur fluida bahan dingin masuk ke kompresor.

TF2 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari kondensor.

TF3 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari pendingin.

TF4 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari penukar panas.

TF5 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke katup ekspansi.

TF6 = temperature fluida bahan pendingin masuk ke evaporator.

TF7 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari evaporator.

TF8 = temperatur fluida bahan pendingin setelah masuk ke penukaran panas kembali.

Empat meter tekanan yang bekerja secara analog terpasang seperti dalam rangkaian

untuk mengetahui tekanan fluida kerja.

Laju aliran air diukur menggunakan flowmeter

Laju aliran udara diukur menggunakan meter orifice yang dilengkapi dengan

manometer.

Meter daya digunakan untuk mengukur daya yang digunakan kompresor.

Pada peralatan mesin pompa panas ini dilengkapi juga Sembilan katup kendali.

V101= katup kendali aliran air.

V102= katup untuk menghentikan keluaran fluida kerja dari kondensor.

V103= katup untuk menghentikan keluaran fluida kerja dari kondensor.

V104= katup untuk menghentikan masuknya fluida kerja dari kondensor.

V105= katup seperti katup V104.

V106= katup ekspansi.

5






HEAT PUMP 200 MENIT

V107= katup untuk mengisi kembali fluida kerja.

V108= katup ekspansi otomatis.

Katup V101, katup kendali air. Katup ini yang diatur selama pengujian untuk mendapatkan

laju aliran air yang dikehendaki.

Katup – katup lain hanya berfungsi sebagai katup pemeliharaan. Khusus katup V108,

katup ini bekerja secara otomatis tergantung pada temperatur fluida pendingin keluaran

dari evapotor.

Siklus termodinamika

Prinsip kerja pompa kalor atau heat pump :

Fasa perubahan dari cairan ke uap (penguapan) dan uap ke cair (pengembunan/

kondensasi membutuhkan dan melepas sejumlah panas).

Temperatur pengembungan dan penguapan suatu zat tergantung tekanan. Makin

tinggi tekanan, makin tinggi temperatur penguapan maupun pengembunan. Sebagai

contoh, air akan menguap pada temperatur 0˚C jika pada kondisi vakum, dan

sebaliknya akan mengembun pada temperatur 200 ˚C bila tekanannya sangat besar.

Jenis cairan lain, seperti eter, refrigeran dan sejenisnya, akan menguap di bawah

temperature 0˚C jika tekanan berada di bawah tekanan atmosfer. Untuk itu sangat baik

mengunakan cairan yang akan menguap pada temperatur rendah dan tekanan sekitar 1

atmosfir. Dengan mempertahankan tekanan di atas 1 atmosfir, maka kebocoran yang

terjadi lebih mudah diketahui.

6






HEAT PUMP 200 MENIT

Prinsip kerja sebagai berikut, eter setelah memulai pompa hampa, diembunkan

dan dikembalikan ke cairan. Eter yang telah diembunkan kemudian lewatkan ke ketel

penguapan dan eter akan mulai menguap lagi, demikian seterusnya.

Dalam usaha untuk mengembunkan kebali uap, perlu menaikkan tekanan pada

pengembun (kondenser). Dengan menggunakan pompa, dibanding pompa vakum

sistem akan mempunyai tekanan diatas tekanan atmosfer. Dengan tekanan makin tinggi,

volume spesifik uap makin kecil, sehingga volume kompresor lebih kecil juga pipa – pipa

dan penukaran panas.

7






HEAT PUMP 200 MENIT

Cara kerja siklus pemampatan pompa panas secara rici dalah sebagai berikut

(lihat Gambar 6.1).

Fluida kerja dimampatkan kedalam kompresor dari tinggi 1 menjadi 2. Pada

tekanan tinggi ini, fluida kerja didinginkan dengan udara di kompresor dan dengan air

pendingin di kondensor pada tekanan tetap (2-3). Pada kondisi ini panas akan dibuang

ke air. Ini merupakan kerja dari pompa panas. Fluida kerja, kemudian dilewatkan

penukar panas (3-4), hingga kondisi pendinginan lanjut (sub cooled). Proses ini

berlangsung terus sampai kondisi 5.

Fluida kerja diekspansikan, dengan menggunakan katup ekspansi, tekanan akan

turun. (proses 5-6), dan fluida kerja akan menguap di dalam evaporator pada AHU

(proses 6-7).

Pada proses penguapan, fluida kerja akan menganbil panas dari udara yang

dilewatkan AHU. Untuk memastikan bahwa tidak ada fluida kerja dalam bentuk cair

sebelum masuk kompresor, fluida kerja R12 dilewatkan penukar panas (proses 7-8).

Kondisi uap panas lanjut terjadi sampai kompresor (8-1). Kerja yang dihasilkan mesin

pompa kalor yaitu dengan bertambah panasnya air pendingin pada pepengembun

(kondensor) ini dibanding dengan daya masuk kompresor tersebut coefficient of

performance (COP) mesin pompa kalor.

Kondisi termodinamik fluida kerja dalam sistem di atas dapat digambarkan pada

diagram T-S dan p-h seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.4 dan 6.5 tampak berbeda siklus P-h dengan menggunakan penukar

kalor (gambar 6.5) dan tampa penukar kalor (gambar 6.4) untuk proses P-h dengan

perbandingan lanjut (gambar 6.5) akan ddiproses COP yang lebih tinggi.

8






HEAT PUMP 200 MENIT

9






HEAT PUMP 200 MENIT

Keterangan gambar 6.1

Proses :

1-2. proses pemampatan, idealnya proses insentropik.

2-3. pelepasan kalor pada pendingin, idealnya isobarik.

2-4. pelepasan kalor pada pendingi, proses isobar dan isothermik.

3-4. pelepasan kalor pada penukar panas.

4-5. pelepasan kalor pada pipa saluran.

5-6. ekspansi, insenthalpik.

6-7. menyerapan panas pada evaporator (pengisat).

7-8. penyerapan panas pada penukar panas.

8-1. penyerapan panas pada pipa saluran.

Pada kenyataannya proses tak berlagsung ideal, pada kompresor fluida kerja naik

temperaturnya. Selain itu turun sepanjang pipa karena gesekan, sehingga diagram

yangdiperoleh tidak seperti diagram idealnya.

COP (coefficient of performance)

Pada mesin kalor, perbandingan keluaran dan masukan energi selalu lebih kecil

dari pada 1 dan dikenal sebagai efisiensi. Pada proses mesin pompa kalor, panas

10






HEAT PUMP 200 MENIT

diperoleh dari temperatur rendah ke temperatur yang lebih tinggi dengan menambahkan

kerja.

Perbandinga keluaran dan masukan daya ini lebih besar dari 1 dan biasa disebut

coefficient of performance (COP). COP ini dapat dihitung dari hasil pengukuran kondisi

thermodnamika maupun hasil pengukuran daya kompresor, kalor pemanas air, dan

pendinginan udara.

Secara thermodinamika dengan mengetahui tekanan dan teperatur fluida kerja

pada titik tijauan seperti gambar 6.1, 6.4, dan 6.5, COP dapat dituliskan sebagai

berikut :

𝐶𝑂𝑃 𝑚𝑒𝑠𝑖𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 = ℎ1−ℎ6

ℎ2−ℎ1

𝐶𝑂𝑃 𝑚𝑒𝑠𝑖𝑛 𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 = ℎ2 − ℎ5

ℎ2 − ℎ1

Untuk menghitung COP cara lain, dibutuhkan parameter – parameter lain.

Perlu diinget dalam menentukan COP secara riil, masukkan energi pada peralatan

tambahan seperti fan dan pompa perlu diperhitungkan.

11






HEAT PUMP 200 MENIT

Rumus yang digunakan dan perhitungan.

Untuk menentukan COP di atas diperlukan rumus dan data sesuai dengan gambar

6.1 sebagai berikut:

𝑇𝐴1

𝑇𝐹3

𝑇𝐴2

𝑇𝐹4

𝑇𝐴4

𝑇𝐹5

𝑇𝐴5

𝑇𝐹6

𝑇𝐴8

𝑇𝐹7

𝑇𝐹1

𝑇𝐹8

𝑇𝐹2

12






HEAT PUMP 200 MENIT

Keterangan dapat dilihat pada gambar 6.1

Tekanan masuk kompresor (P1).

Tekanan keluar kompresor (P2).

Tekanan masuk katup ekspansi (P5).

Tekanan keluaran evaporator (P7).

Laju aliran fluida kerja (F1).

Laju aliran air (F2).

Daya masukan kompresor (Wc).

Penurunan manometer (ΔP).

Rumus yang digunakan .

1. Laju aliran udara.

𝑀𝑢 = 0,0830 (𝜌 𝑢 𝛥 𝑃)0,5

mu = laju aliran udara (kg/det).

U = kerapatan udara (kg/m3).

P = u (volume spesifik).

Ρ = diperoleh dari tabel atau psychometric chart.

13






HEAT PUMP 200 MENIT

2. 𝑄𝑢𝑑 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟

𝑄𝑢𝑒𝑉 = 𝑚𝑢𝑑(ℎ𝑢1 − ℎ𝑢2)(𝑘𝑊)

14






HEAT PUMP 200 MENIT

𝑄𝑢𝑑𝑒𝑉 − 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑏𝑖𝑙 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 (𝑘𝑊)

ℎ𝑢1 − 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑡𝑎𝑠𝑖𝑢𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘𝑎𝑛 (𝑘𝐽

𝑘𝑔)

ℎ𝑢2 − 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑡𝑎𝑠𝑖𝑢𝑛 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑛 (𝑘𝑗

𝑘𝑔)

hu1 dan hu2 diperoleh dengan mengukur temperatur bola basah TA2 dan temperatur

bola kering TA1 masuk untuk h1 dan temperatur keluaran bola TA4 dan bola kering TA3

untuk menghitung h2.

3. Q air, pada pengembun/kondenser.

𝑄𝑎 = 𝑚𝑎 𝐶𝑝 (𝑇𝑤8 – 𝑇𝑤7)

𝑄𝑎 = 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑙𝑒𝑝𝑎𝑠 𝑘𝑒𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑏𝑢𝑛 (𝑘𝑊)

𝐶𝑃 = 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑠𝑝𝑒𝑠𝑖𝑓𝑖𝑘 𝑎𝑖𝑟 (𝑘𝑗

𝑘𝑔)

𝑇𝑤8 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑏𝑢𝑛 (°𝐶)

𝑇𝑤7 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑎𝑖𝑟 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑏𝑢𝑛 (°𝐶)

𝑚𝑎 = 𝑙𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑖𝑟 (𝑘𝑔

𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘)

4. Daya kompresor (wk)

Rumusnya dapat dilihat dari meter daya (kW) secara langsung

5. Coeficien of performance

𝐶𝑂𝑃 = 1 −𝑇𝐿

𝑇ℎ=

𝑇𝐻 − 𝑇𝐿

𝑇𝐻

H = temperature tinggi

L = temperatur rendah

15






HEAT PUMP 200 MENIT

Pada mesin refrigerasi

𝐶𝑂𝑃 = 𝑇𝐿

𝑇𝐻 − 𝑇𝐿

= 𝑇𝐿

𝑇𝐻𝑇𝐿

− 1

job sheet 1 heat pump - mesin.pnj.ac.id 4...1 laboratorium konversi energi jurusan teknik mesin...

Documents