rancangan bangun pompa panas

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.


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


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


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.


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.


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


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


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


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


http://id.wikipedia.org/wiki/dampak_pemanasan_global

http://id.wikipedia.org/wiki/dampak_pemanasan_global

rancangan bangun pompa panas

Documents