Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-14

Penerapan Evaporative Cooling Untuk Peningkatan Kinerja MesinPengkondisian Udara Tipe Terpisah (AC Split)

Azridjal Aziz1,a *, Idral2,b, Herisiswanto3,b Rahmat Iman Mainil4,c,David Jenvrizen5,d

1,,2,3,4Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Riau

Jl. Subrantas km 12,5, Pekanbaru, 28293, Indonesiaaazridjal@yahoo.com, bidral_amri@yahoo.com, cheri_ft_unri@yahoo.ac.id,

drahmat.iman@gmail.com, edavidjenvrizen@ymail.com

AbstrakEvaporative Cooling (EC) merupakan proses pendinginan udara yang mengalir melintasipermukaan basah dengan menguapkan air dari permukaan basah tersebut sehingga temperatur udarasekitarnya turun menjadi lebih rendah (mendinginkan udara). Penerapan EC pada mesinpengkondisian udara tipe terpisah (AC Split) akan menurunkan temperatur udara lingkungan yangmasuk ke kondensor, sehingga mempengaruhi kinerja AC Split. Penelitian ini bertujuan mengetahuipeningkatan kinerja AC Split pada penerapan EC dengan laju aliran air ke EC yang berbeda (0,88Liter/menit, 1,04 Liter/menit dan 1,22 Liter/menit). Hasil penelitian menunjukkan bahwa denganpenerapan EC, temperatur udara yang mengalir masuk ke kondensor turun lebih rendah dibandingkondisi tanpa EC dengan perbedaan temperatur sekitar 6oC, hal ini juga menyebabkan tekanankondensor dan tekanan evaporator menjadi turun. Makin cepat laju aliran air ke EC, maka tekanankondensor dan tekanan evaporator akan turun lebih rendah, sehingga komsumsi energi listrik turundan kinerja AC Split naik sampai 20% pada laju aliran air ke EC 1,22 L/menit. Penelitian inimenunjukkan bahwa penerapan Evaporative Cooling memberikan kinerja mesin pengkondisianudara tipe Split (AS Split) yang lebih baik pada laju aliran air ke EC yang lebih tinggi (1,22L/menit).

Kata kunci : Evaporative Cooling, kondensor, evaporator, AC Split, mesin pengkondisian udara

Pendahuluan

Mesin refrigerasi Siklus Kompresi UapStandar (SKU) pada adalah salah satu jenismesin konversi energi, dimana sejumlahenergi dibutuhkan untuk menghasilkan efekpendinginan. Efek pendinginan dapatdiperoleh di evaporator karena refrigeran(fluida kerja) di evaporator yang berada padatemperatur dan tekanan yang rendah akanmenyerap panas dalam ruangan yangbertemperatur lebih tinggi dari evaporator(indoor). Sebaliknya, refrigeran ini dikondensor akan membuang membuang panasyang diserap di evaporator ke udara luar

(outdoor) yang bertemperatur lebih rendahsehingga refrigeran seluruhnya akan beradadalam fasa cair (kondensasi) [1].

Siklus Kompresi Uap (SKU) standar,seperti tampak pada Gambar 1, memilikiempat komponen utama yaitu kompresor,kondensor, katup ekspansi dan evaporator [2].Dari Gambar 1. tampak bahwa temperaturrefrigeran yang keluar dari kompresor masihsangat tinggi, refrigeran bertemperatur tinggiini sangat ideal untuk dimanfaatkan sebagaiHeat Recovery System (HRS) pada daerah a-2s dengan menempatkan kondensor dummy

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-14

sebelum kondensor utama untuk kebutuhanair panas. Pada kondensor utamaditempatkan sebuah modul EvaporativeCooling (EC) pada daerah 3-a. Air dinginuntuk kebutuhan EC diperoleh dari airkondensat yang diperoleh dari prosespenyerapan kalor di evaporator (indoor) ataudari sumber air tertentu. [3,4]. Proses ECsederhana dapat dilihat pada Gambar 2 [5].Penambahan EC pada kondensor utama dapatmeningkatkan kinerja RAC.

Gambar 1. Model Siklus Kompresi Uap[2]

Gambar 2. Proses Evaporative Coolingsederhana (diadaptasi dari [5])

Hasil penelitian Chainarong Chaktranondand Peachrakha Doungsong [6] menunjukkan,

apabila temperatur pada kondensor (outdoor)naik 1 ºC, Coefficient of Performance (COP)dari AC akan turun sekitar 3%. Sehinggauntuk mengatasi masalah ini maka udara yangakan mendinginkan kondensor perluditurunkan temperaturnya denganEvaporative Cooling (EC), sehinggatemperatur dan tekanan kondensor turun danCOP akan menjadi lebih baik.

E.Hajidavallo [7,8], Vrachopoulos [9], Hudan Wang [10] telah menggunakan ECdengan media pad maupun menggunakanwater sprayer untuk mengkondisikan udarayang akan melewati kondensor untuk ACWindow (tipe jendela) dan AC industrimaupun AC Central. Penggunaaan EC dapatmenurunkan temperatur dan tekanankondensor secara berarti sehingga akanmeningkatkan efisiensi energi RAC.

Pada penelitian ini dikembangkan sebuahmodul evaporative cooling, yang ditempatkanpada bagian belakang kondensor (outdoorunit). Tujuan penelitian ini adalah untukmengetahui pengaruh penggunaanevaporative cooling terhadap peningkatankinerja AC Split pada penerapan EC denganlaju aliran air yang bervariasi dari 0,88Liter/menit, 1,04 Liter/menit dan 1,22Liter/menit, yang dialirkan ke mediaevaporative pad pada modul EC.

Metodologi Penelitian

Tahapan dalam penelitian ini diawalidengan studi literatur pada penggunaan ECpada mesin refrigerasi siklus kompresi uapyang ditempatkan pada kondensor.Selanjutnya dikembangkan sebuah modul ECyang ditempatkan pada kondensor sepertitampak pada Gambar 3. Penelitian inidilakukan secara eksperimental menggunakanAC Split 1 PK dengan Refrigeran HCR-22(refrigeran hidrokarbon) dengan penambahansistem evaporative cooling pada kondensor,

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-14

untuk mengetahui seberapa besar pengaruhperubahan debit air yang diterima mediaevaporative pad terhadap perubahantemperatur input ke kondensor, tekanankompresor dan evaporator, dan koefisienkinerja (COP) mesin pendingin tipe terpisah(AC Split).

Media evaporative pad yang digunakanterbuat dari bahan kertas khusus yang dapatmenyerap air namun tidak merubah fisikkertas. Kertas yang digunakan adalah jeniscorrugated paper dapat dilihat pada Gambar3.

Gambar 3. Sketsa penerapan modul EC padakondenser (outdoor unit), diadaptasi [6]

Peralatan atau unit mesin pendingin yangdigunakan dalam pengujian ini adalah mesinpengkondisian udara dengan penambahansistem evaporative cooling pada kondensor(outdoor unit), dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Penggunaan Evaporative Coolingpada AC Split

Pada penelitian ini data yang dianalisisadalah temperatur input dan output dikondensor, tekanan kompresor danevaporator. Koefisien kinerja (Coeficient ofPerformance, COP) mesin pendingin tipeterpisah dihitung menggunakan persamaan 1.

COP = (1)

QL (kapasitas pendinginan) di evaporatordihitung menggunakan persamaan 2:

QL = ṁ (h1 – h4) (2)

dimana QL = kapasitas pendinginan padaevaporator (kW), ṁ = laju aliran massarefrigeran (kg/s), h1 = entalpi Refrigeranmasuk kompresor (kJ/kg) h4 = entalpirefrigeran masuk evaporator (kJ/kg).

Kerja kompresor sama dihitungmenggunakan persamaan 3 [1,2] yangmerupakan selisih entalpi uap refrigeran yangkeluar kompresor dengan entalpi uaprefrigeran yang masuk ke kompresor.

wk = h2 – h1 (3)

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-14

dimana: wk = kerja spesifik kompresor(kJ/kg), h2 = entalpi gas refrigeran keluarkompresor (kJ/kg).

Hasil dan Pembahasan

Gambar 5 menunjukkan temperaturlingkungan dan temperatur input kekondensor dengan menggunakan evaporativecooling (EC) dan tanpa penggunaanevaporative cooling (TEC) atau kondisi ACSplit standar.

Hasil pengujian menunjukkan bahwadengan penggunaan EC temperatur input kekondensor turun lebih rendah dari temperaturlingkungan seperti tampak pada Gambar 5.Temperatur input rata-rata ke kondensordengan EC pada debit 0,88 Liter/menit, 1,04Liter/menit dan 1,22 Liter/menit ke mediaevaparotive pad berturut-turut adalah 27,18oC, 26,14 oC dan 25,32 oC. Sedangkantemperatur input rata-rata ke kondensor tanpamenggunakan EC adalah 32,47 oC. Artinyadengan menggunakan EC maka temperaturinput akan lebih rendah dibandingkan kondisiAC Split standar atau tanpa EC (TEC). Halini disebabkan makin besar debit air ke EC,makin rendah temperatur input ke kondensoryang dihasilkan dan makin banyak jumlah airyang diuapkan, sehingga makin banyak kalorsekitarnya yang diserap.

Gambar 5. Temperatur lingkungan dantemperatur input ke kondensor dengan EC

dan Tanpa EC (TEC) terhadap waktu

Gambar 6 menunjukkan temperaturlingkungan dan temperatur output darikondensor dengan menggunakan evaporativecooling (EC) dan tanpa penggunaanevaporative cooling (TEC) atau kondisi ACSplit standar.

Gambar 6. Temperatur lingkungan dantemperatur output dari kondensor dengan EC

dan Tanpa EC (TEC) terhadap waktu

Dari Gambar 6 dapat disimpulkan bahwatemperatur output dari kondensormenggunakan EC lebih rendah daritemperatur output kondensor tanpa EC (TEC).Temperatur output rata-rata dari kondensordengan EC pada debit 0,88 Liter/menit, 1,04

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-14

Liter/menit dan 1,22 Liter/menit ke mediaevaparotive pad berkisar 38 oC - 36 oC.Sedangkan temperatur output rata-rata darikondensor tanpa menggunakan EC (TEC)sekitar 50 oC. Artinya sama seperti temperaturinput ke kondensor, dengan menggunakan ECmaka temperatur output dari kondensor akanlebih rendah dibandingkan kondisi AC Splitstandar atau tanpa EC (TEC), karenatemperatur input ke kondensor lebih rendahdari temperatur lingkungan. Semakin besardebit air ke EC, semakin rendah temperaturoutput dari kondensor yang dihasilkandibandingkan kondisi AC Split standar atautanpa EC (TEC), hal ini sebanding dengantemperatur input dari kondensor.

Gambar 7 memperlihatkan tekanankompresor dan tekanan evaporatormenggunakan evaporative cooling (EC) dantanpa penggunaan evaporative cooling (TEC)atau kondisi AC Split standar. Dari Gambar 6dapat disimpulkan bahwa tekanan kompresormenggunakan EC lebih rendah dari tekanankompresor tanpa EC (TEC), hal sama jugaterjadi pada tekanan evaporator. Makin besardebit air ke ke media evaparotive pad padaEC (debit 0,88 Liter/menit, 1,04 Liter/menitdan 1,22 Liter/menit), maka semakin rendahtekanan kompresor atau tekanan evaporatoryang diperoleh. Tekanan kompresorberhubungan dengan komsumsi listrikpenggerak kompresor, dimana pada tekananyang lebih rendah, konsumsi listrik juga lebihrendah, sehingga penggunaan EC pada ACSplit dapat menghemat penggunaan energilistrik.

Gambar 7. Tekanan kompesor dan tekananevaporator pada AC Split dengan EC dan

Tanpa EC (TEC) terhadap waktu

Gambar 8 menunjukkan Coefficient ofperformance menggunakan evaporativecooling (EC) dan tanpa penggunaanevaporative cooling (TEC) atau kondisi ACSplit standar dengan debit aliran ke EC yangberbeda (debit 0,88 Liter/menit, 1,04Liter/menit dan 1,22 Liter/menit). Tampakdari Gambar 8 bahwa koefisien kinerja atauCOP menggunakan EC lebih tinggi dari COPtanpa EC (TEC). Semakin besar debit air keke media evaparotive pad pada maka semakintinggi pula bahwa koefisien kinerja atau COPdiperoleh pada AC Split dengan ECdibanding tanpa EC (TEC).

Secara umum penerapan evaporativecooling pada AC jenis terpisah (AC Split)akan memberikan kinerja yang lebih baik.Kinerja yang lebih yang baik menggunakanEC akan menghemat penggunaan energilistrik pada tingkat kenyamanan termalruangan yang sama.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-14

Gambar 8. Coefficient of Performance(COP) pada AC Split dengan EC dan Tanpa

EC (TEC) terhadap waktu

Kesimpulan

Kajian tentang penerapan evaporativecooling untuk peningkatan kinerja mesinpengkondisian udara tipe terpisah (AC Split)telah dilakukan. Hasil penelitian inimenunjukkan bahwa penerapan EvaporativeCooling akan memberikan kinerja mesinpengkondisian udara tipe terpisah (AS Split)yang lebih baik pada laju aliran air ke ECyang lebih tinggi (1,22 L/menit). Semakinbesar debit air yang dialirkan ke mediaevaporative pad pada sistem EvaporativeCooling (EC), maka semakin rendahtemperatur input dan output ke kondensor.Semakin rendah pula tekanan yang diperolehdi kompresor dan evaporator sehinggakoefisien kinerja COP lebih baik (20%) ataulebih hemat energi, bila dibanding padakondisi tanpa Evaporative Cooling (TEC)atau AC Split standar.

Referensi

[1] Stoecker, W.F., dan Jones, J.W.,Refrigerasi dan Pengkondisian Udara,Erlangga, Jakarta, 1994.[2] Michael J . Moran, Howardn . Shapiro,Daisie D. Boettner, dan Margaret B. Bailey,Fundamentals of EngineeringThermodynamics, seventh ed., John Wiley &Sons, Inc, 2011.[3] K. R. Aglawe, M. S. Matey, dan N. P.Gudadhe, Experimental Analysis of WindowAir Conditioner using Evaporative Cooling,International Journal of Engineering Research& Technology. 2 (2013) 1-6.[4] I Nengah Ardita, I Nyoman Suamir danSudirman, Kajian Eksperimental Aplikasi AirKondensat sebagai Evaporative Cooling padaKondensor AC Split, Proceeding SeminarNasional Tahunan Teknik Mesin XIII(SNTTM XIII) Depok. 2014, 480-484.[5] Informasi padahttp://etheses.nottingham.ac.uk/674/1/MuazuPhdTheses.pdf[6] Chainarong Chaktranonda, andPeachrakha Doungsong, An ExperimentalEvaluation of Energy Saving in a Split-typeAir Conditioner with Evaporative CoolingSystems, International Transaction Journal ofEngineering, Management, & AppliedSciences & Technologies. 1 (2010), 9-18.[7] E. Hajidavalloo, H. Eghtedari,Performance improvement of air-cooledrefrigeration system by using evaporativelycooled air condenser, International Journal ofRefrigeration. 33 (2010) 982-988.[8] Ebrahim Hajidavalloo, Application ofevaporative cooling on the condenser ofwindow-air-conditioner, Applied ThermalEngineering. 27 (2007) 1937–1943.[9] Michalis Gr. Vrachopoulos, AndronikosE. Filios, Georgios T. Kotsiovelos,Eleftherios D. Kravvaritis, Incorporatedevaporative condenser, Applied ThermalEngineering. 27 (2007) 823-828.[10] Tianwei Wang, Chenguang Sheng, A.G.Agwu Nnanna, Experimental investigation ofair conditioning system usingevaporativecooling condenser, Energy and Buildings. 81(2014) 435-443.