KAJI EXPERIMENTAL PRESTASI AC SPLIT EVAPORATOR TUNGGAL DAN GANDA
AN EXPERIMENTAL PERFORMANCE TEST SPLIT AC SINGLE AND DOUBLE EVAPORATOR
Firman Hamzah, Wahyu H. Piarah, Jalaluddin Hadada. Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar
Alamat Korespondensi: Firman Hamzah
[email protected] Jl. Tamangapa Raya V Komp Guru SMA5 10 MKS (0411) 493942/ 085399184731
ABSTRAK Tingkat penggunaan Air Conditioning (AC) sebagai penyejuk udara ruangan semakin bertambah, maka dibutuhkan AC dengan efisiensi baik yang dapat dilakukan dengan modifikasi evaporator. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui prestasi kerja (COP) pada Air Conditioner (AC ) dengan variasi pemasangan evaporator tunggal, seri, dan paralel. Metode yang digunakan adalah metode experimental yang dilakukan pada dua ruangan berukuran sama dengan beban kalor yang dianggap sama menggunakan Air Conditioning Tipe Split Merek Panasonic. Peneltian dilakukan dengan memasang satu unit evaporator pada ruang A dan B kemudian diberi tiga macam perlakuan. Perlakuan pertama, pada masing-masing evaporator tunggal dihubungkan dengan satu unit outdoor berkompressor ½Pk. Perlakuan kedua, kedua evaporator dihubungkan seri pada satu unit outdoor berkompressor 1Pk. Perlakuan ketiga, kedua evaporator dihubungkan paralel pada satu unit outdoor berkompressor 1Pk. Dari hasil perhitungan pada setiap variasi metode pemasangan evaporator, diperoleh hasil koefisien prestasi (COP) pada pemasangan evaporator tunggal sebesar 4,26 pada ruang A dan 4,22 pada ruang B. Pada pemasangan evaporator seri terjadi penurunan nilai koefisien prestasi yaitu 2,76 pada ruangan A dan 3,02 pada ruangan B, demikian pula pada pemasangan evaporator paralel nilai prestasi sebesar 1,88 pada Ruang A dan 1,91 Pada Ruang B. Berdasarkan hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa pemasangan evaporator (AC) seri dan paralel dapat digunakan mendinginkan ruangan. Kata kunci: COP, Evaporator, Tunggal, Seri, Paralel.
ABSTRACT Air Conditioning (AC) is a tool that is often used as an air conditioning room. Growing need for air conditioning which result in the increase of global electricity consumption. To suppress the use of electrical energy is required AC with good efficiency. One way to do that is to improve the efficiency of air conditioning evaporator modifications. This study aims to determine job performance (COP) on Air Conditioner (AC) with the variation of a single, serial , and parallel evaporator installation. The method used is an experimental method that is carried out in two equal sized rooms with a heat load that is considered to be the same using Split type Air Conditioning Panasonic brand. The research done by installing the evaporator unit in the room A and B were then given three kinds of treatment. The first treatment, each single evaporator connected with one outdoor unit using compressor ½ Pk. The second treatment, the second evaporator connected to one outdoor unit series using compressor 1Pk. The third treatment, two evaporators is connected in parallel to one outdoor unit using compressor 1Pk. From the calculation on every variation of the evaporator mounting method, the obtained results coefficient achievement (COP) on a single evaporator installation of 4,26 on room A and 4,22 at room B. the evaporator installation series of achievement impaired coefficient is 2,76 at room A and 3,02 at room B, as well as the installation of a parallel evaporator achievement impaired coefficient is 1,88 at room A and 1,91 at room B. Based on these results it can be concluded that the installation of the evaporator (AC) series and parallel can be used cool the room. Keywords : COP , Evaporators , Single , Serial , Parallel.
PENDAHULUAN Manusia selalu membutuhkan udara yang nyaman agar dapat beraktifitas dengan optimal. Kenyamanan ruangan dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, kelembaban, sirkulasi serta kebersihan udara. Untuk menghasilkan udara yang nyaman manusia melakukan banyak upaya diantaranya dengan pengaturan ventilasi, pencahayaan, dan pengkondisian udara ruangan. Salah satu jenis alat pengkondisian udara diberi nama Air Conditioning (AC), berfungsi memindahkan kalor dari dalam keluar ruangan atau sebaliknya. Sebagai contoh pada daerah bertemperatur rendah seperti di Eropa AC digunakan sebagai pemanas ruangan. Sedangkan pada daerah bertemperatur tinggi AC digunakan sebagai penyejuk udara dan pengontrol uap air. Air conditioning (AC) beroprasi menggunakan energi listrik, besarnya energi listrik yang digunakan tergantung pada kapasitas kompressor yang digunakan (Arismunandar, 1981). Pertumbuhan penggunaan AC saat ini sangat meningkat. Berdasarkan penelitian Michael Sivak menyatakan bahwa pertumbuhan penggunaan AC di Brazil sebesar 11 persen dan di India sebesar 2 persen pada tahun 2007. Tingkat petumbuhan penggunaan AC di Brazil dan India cenderung rendah, jika dibandingkan dengan negara Amerika mencapai 87 % pada tahun 2007 serta terus bertambah hingga 17% diatas pertumbuhan rata-rata pada tahun 2010. Pertumbuhan penggunaan AC telah mengalami peningkatan di Negara yang memiliki temperatur iklim yang rendah, terlebih lagi pada Negara yang bertemperatur iklim lebih tinggi. Global Initiative McKinsey memprediksi pada tahun 2025 sekitar satu miliar penduduk kota memasuki kelas konsumen global, dimana sebahagian besar penduduk kota tersebut akan menggunakan AC sebagai suatu kebutuhan (Sivak, 2012). Peningkatan penggunaan AC dapat menyebabkan peningkatan konsumsi listrik. Melihat kenyataan tersebut, banyak peneliti melakukan riset untuk menekan penggunaan listrik dengan cara mengoptimalkan performa AC. Won menguji mesin pendingin menggunakan dua evaporator dengan dua kompressor, sirkulasi sistem terpisah tiap ruangan. Dari hasil penelitian didapatkan peningkatan efesiensi sebanyak 3,5%. Sistem dua evaporator mengurangi energi listrik yang digunakan setiap ruangan (Won, 1994). Lavanis menguji sebuah mesin pendingin yang menggunakan multi evaporator. Pada penelitian ini kedua evaporator dipasangi katup expansi serta menggunakan satu kompressor, kondensor dan heat exchanger. Sebuah katup selenoid dihubungakan dengan aliran refrigeran menuju freezer dan evaporator freshfood. Hasilnya pada siklus kerja secara seri didapatkan peningkatan efesiensi sebesar 8.5% (Lavanis, 1998).
Rustam Hatib melakukan pengujian prestasi pada mesin refrigerasi fokus 802 dengan membandingakan penggunaan evaporator ukuran besar dengan dua evaporator kecil yang sebanding dipasang paralel. Hasilnya maka pada evaporator kecil yang dipasang paralel mengalami penurunan temperatur sebesar 8% namun daya kompressor meningkat sebesar 12,35%. Secara keseluruhan prestasi mengalami penurunan sebesar 3,6% (Hatib, 2011). Berdasarkan penelitian tersebut salah satu hal yang dapat mempengaruhi performa AC adalah metode pemasangan evaporator. Untuk itu peneliti akan menguji prestasi mesin pendingin pada beberapa variasi pemasangan evaporator yaitu seri,paralel, dan tunggal.
METODE PENELITIAN Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan pada dua ruangan berukuran panjang, lebar, dan tinggi masingmasing 3m, 4m dan 3m. Ketebalan dinding 0,1 m yang tersusun dari bata merah dan plesteran semen serta plafon terbuat dari triplex 3mm. Persiapan alat dan komponen dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Mesin Pendingin, Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar Sulawesi Selatan, Serta tempat penelitian di Jl. Tamangapa Raya V Antang Makassar. Gambaran Umum Penelitian Penelitian secara experimental dilakukan pada dua ruangan berukuran sama dengan menggunakan Air Conditioning Tipe Split Merek Panasonic. Peneltian dilakukan dengan tiga macam perlakuan. Perlakuan pertama, menggunakan dua unit AC Split dengan outdoor berkompressor ½Pk dihubungkan pada sebuah Evaporator. Perlakuan kedua, menggunakan satu Air Conditioning Tipe Split Merek Panasonic dengan Outdoor berkompressor 1 Pk dihubungkan
pada dua Evaporator dipasang Seri. Perlakuan ketiga menggunakan Air
Conditioning Tipe Split Merek Panasonic dengan Outdoor berkompressor 1 Pk dihubungkan pada dua Evaporator dipasang Paralel. Metode Analisis Pada penelitian dilakukan pengukuran temperatur pada semua titik seperti skema yang ditunjukkan pada Gambar 1, 2, dan 3. Pengambilan data dilakukan sebelum AC (Air Conditioning) dinyalakan dan dihentikan jika temperatur telah konstan atau ditandai dengan kecilnya perubahan temperatur. Selain pengukuran temperatur juga dilakukan pengukuran tegangan listrik, kuat arus listrik, dan tekanan refrigeren. Data hasil pengukuran kemudian dikumpulkan untuk digunakan untuk menghitung prestasi mesin pendingin (COP), ∆T Evaporator,
(TMin) Evaporator, dan daya input (Win).
Penentuan prestasi mesin pendingin melibatkan refrigeran dimana jumlahnya adalah tetap meskipun mengalami perubahan fase (bentuk), sehingga di dalam sistem tidak perlu adanya penambahan refrigeran kecuali jika pada instalasi mengalami kebocoran. Beberapa perhitungan yang akan digunakan untuk siklus yaitu: Kalor yang dilepas refrigeran di dalam kondensor q kond = h2 – h3 (kj/kg) Dimana: qkon : kalor yang dilepaskan di dalam kondensor (kj/kg) h2 : entalpi masuk kondensor (kj/kg) h3 : entalpi keluar kondensor (kj/kg) (Stocher & Jones, 1996) Kalor yang diserap evaporator (efek refrigerasi) q evp = h1- h4(kj/kg) Dimana: qevp : efek refrigerasi (kj/kg) h1 : entalpi masuk evaporator (kj/kg) h4 : entalpi keluar evaporator (kj/kg) (Standard, 1999) Kerja kompresor (Wk) W kompresor = h1 – h2 (kj/kg) Dimana: Wk : Kerja kompresor (kj/kg) h1 : Entalpi masuk kompresor (kj/kg) h2 : Entalpi keluar kompresor (kj/kg) (Roger, 2006) COP (Coefficient Of Performance) COP = Atau:
COP =
h −h h −h
Dimana: COP
: Coefficient Of Performance
qevp
: Efek refrigerasi (kj/kg)
Wkompresor : Kerja kompresor (kj/kg) (Carrier, 2006)
HASIL Pada pengujian AC (Air Conditioning) data yang telah dikumpulkan kemudian dilakukan perhitungan yang hasil akhirnya seperti yang ditampilkan pada Tabel 1. Pada Tabel 1 menunjukkan; Jenis instalasi pipa refrigeran secara seri, paralel dan tunggal. Besar koefisien prestasi (COP) pada ruangan A dan B. Penurunan temperatur udara yang telah dilewatkan pada evaporator (∆T). Temperatur minimum udara yang dikeluarkan pada evaporator (TMin). Daya input listrik (WIn) yang digunakan AC pada kedua ruangan. Serta besar biaya investasi yang dikeluarkan untuk memasang mesin pendingin (COI). Besar selisih temperatur (Te) udara masuk dan udara keluar evaporator terendah terdapat pada pemasangan seri yaitu sebesar 6,50C pada evaporator ruang A dan 4.50C pada evaporator Ruang B, sedangkan yang tertinggi pada pemasangan tunggal yaitu sebesar 8,63C pada evaporator ruang A dan 8,61C pada evaporator ruang B. Pada Evaporator paralel tidak berbeda siknifikan dengan tsunggal yaitu sebesar 7,75C pada evaporator Ruang A dan 6,25C pada evaporator Ruang B. Penggunaan daya listrik (Win) terbesar pada instalasi paralel yaitu 0,796 kW untuk ruangan A dan B. Sedangakan yang terendah pada instalasi Seri yaitu sebesar 0,684 kW untuk ruangan A dan B. Besar daya listrik untuk instalasi tunggal tidak berbeda siknifikan dengan instalasi paralel yaitu 0,756 kW ruangan A dan B. Koefisien prestasi (COP) tertinggi terdapat pada pemasangan instalasi tunggal yaitu 4,26 pada ruang A dan 4,22 pada ruang B. Koefisien prestasi terendah pada pemasangan paralel sebesar 1,88 pada Ruang A dan 1,91 pada Ruang B, Sedangkan pada pemasangan Seri yaitu 2,76 pada ruang A dan 3,02 ruang B. Besarnya biaya investasi pengadaan AC terendah adalah instalasi seri dan paralel yaitu sebesar Rp.3.180.000,-. untuk ruangan A dan B. Terlihat pula pada Tabel 1 tersebut biaya investasi tertinggi jika menggunakan Instalasi Tunggal, yaitu sebesar Rp. 4.920.000,-. untuk ruangan A dan B
PEMBAHASAN Penurunan temperatur udara pada evaporator (Te) adalah Selisih temperatur udara sebelum dan setelah dilewatkan pada koil pendingin. Besar selisih temperatur (Te) udara masuk dan udara keluar evaporator berbeda untuk pemasangan seri, paralel, dan tunggal. Selisih penurunan temperatur (Te) terendah terdapat pada pemasangan seri yaitu sebesar 5,38C pada evaporator Ruang A dan 2,64C pada evaporator Ruang B. Penurunan
temperatur dengan metode seri lebih kecil dibanding metode paralel dan tunggal, hal tersebut diakibatkan karena aliran refrigeran yang melewati evaporator Ruang A dan B mengalami hambatan yang besar, sehingga menyebabkan kemampuan evaporator menyerap kalor menurun. Pada pemasangan tunggal sebesar 8,63C pada evaporator ruang A dan 8,61C pada evaporator ruang B. Penurunan temperatur dengan metode tunggal lebih besar dibanding metode seri dan paralel, hal tersebut diakibatkan karena besar aliran refrigeran yang melewati evaporator terfokus masing-masing ruangan baik A dan B sehingga kemampuan evaporator menyerap kalor maksimal. Sedangkan selisih penurunan temperatur (Te) pada Evaporator paralel berbeda tidak signifikan dibandingkan dengan pemasangan tunggal. Besar penurunan temperatur pada Evaporator paralel yaitu sebesar 6,45C pada evaporator Ruang A dan 5,43C pada evaporator Ruang B. Daya Input AC (WIn) adalah total daya keseluruhan peralatan yang digunakan untuk mengoprasikan AC. Dalam siklus mesin pendingin membutuhkan peralatan yang berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran, menggerakkan blower, menggerakkan Fan, dan sistem kontrol (John, 2002). Setiap instrumen membutuhkan daya untuk dapat beroperasi. Jika ditinjau dari daya listrik yang digunakan, kompressor yang membutuhkan daya terbesar sedangkan yang lainnya cenderung kecil ketika beroperasi. Daya input merupapakan hasil kali Tegangan (V) dan Kuat Arus (I) ketika mesin pendingin beroperasi. Pada mesin pendingin tipe split dengan pemasangan Seri, paralel, dan Tunggal membutuhkan daya input yang berbeda. Penggunaan daya listrik terbesar pada instalasi paralel. Besar daya listrik untuk ruangan A dan B adalah 0,796 kW. Hal ini terjadi karena pada instalasi paralel terdapat percabangan pipa saluran yang menimbulkan hambatan aliran refrigeran kemudian ketika refrigeran telah melewati percabangan masuk ke saluran kedua ruangan kecepatan refrigeran menurun sehingga hambatan aliran fluida bertambah yang mengakibatkan kompressor membutuhkan daya yang besar untuk mensirkulasikan refrigeran (Tong, 1997). Pada instalasi Seri kebutuhan daya listrik untuk ruangan A dan B sebesar 0,684 kW. Hal ini terjadi karena pada instalasi Seri tidak terdapat percabangan pipa saluran yang dapat menimbulkan hambatan besar aliran refrigeran yang dapat menaikkan daya input. Besar daya listrik untuk ruangan A dan B adalah 0,756 kW. Hal ini terjadi karena pada instalasi Tunggal karena daya listrik merupakan penjumlahan daya listrik Ruang A dan B. Koefisien performa yang dalam istilah asing disebut Coefficient Of Performance (COP) merupakan koefisien yang menggambarkan prestasi suatu mesin pendingin ditinjau dari besar efek refrigerasi dibandingkan dengan jumlah daya listrik yang dibutuhkan untuk
mengoprasikan mesin pendingin tersebut (Shan, 2000). Besar koefisien performa (COP) setiap model pemasangan berbeda baik pemasangan Seri, Paralel, dan Tunggal. Koefisien performa (COP) pada pemasangan Seri, Paralel, dan Tunggal seperti yang ditunjukkan pada diatas terlihat bahwa pada evaporator dengan pemasangan Seri mempunyai COP total untuk ruang A dan B sebesar 3,02. Besarnya nilai COP terjadi karena ketika refrigeran telah masuk ke ruangan A besar kalor yang diserap kurang sehingga keadaan refrigeran telah berupa dominan fase cair dan ketika refrigeran melalui ruang B keadan sifatnya berupa fase gas mengakibatkan hambatan aliran fluida berkurang sehingga cepat menyerap kalor. Koefisien prestasi (COP) tertinggi terdapat pada pemasangan instalasi tunggal sesuai pada diatas. Besar COP yaitu sebesar 4,26 pada ruang A dan 4,22 pada ruang B. Hal ini terjadi karena pada instalasi Tunggal panjang pipa saluran siklus dalam keadaan standar dan terfokus untuk satu ruangan, keadaan tersebut
menimbulkan sedikit
hambatan aliran refrigeran yang
mengakibatkan kalor pada evaporator cepat diserap dan menimbulkan kenaikan kerja evaporator. Kenaikan kerja evaporator dapat menaikkan koefisien performa (COP). Sedangkan pada pemasangan parallel berbeda tidak siknifikan jika dibandingkan pemasangan seri. Besar COP total pemasangan evaporator paralel sebesar 1,99 pada Ruang A dan B. Besar COP pada instalasi Paralel ruangan A dan B sama diakibatkan karena mempunyai panjang pipa saluran yang sama dan mengalir dalam waktu dan keadaan refrigeran yang sama. Keadaan refrigeran saat masuk ke evaporator A dan B berupa dominan fase cair dan sedikit gas yang menimbulkan hambatan yang sama. Biaya investasi atau dalam bahasa asing disebut Cost of Investmen adalah seluruh total biaya yang dikeluarkan untuk mengadakan barang atau jasa demi tujuan tertentu. Dalam mesin pendingin biaya investasi merupakan salah satu variabel dasar dan perlu dipertimbangkan. Gambaran umum besar biaya investasi pengadaan mesin pendingin untuk dua ruangan dengan metode pemasangan evaporatir Seri, Paralel, dan Tunggal. Gambaran harga yang diberikan merupakan sampel untuk satu merek, namun harga tersebut dapat menggambarkan perbedaan biaya investasi yang dikeluarkan untuk ketiga jenis instalasi. Biaya investasi terendah jika menggunakan instalasi Seri dan Paralel, Besarnya biaya investasi pengadaan AC untuk mendinginkan dua ruangan sebesar Rp.3.680.000,-. Biaya investasi rendah diakibatkan karena cukup membeli satu set AC Split 1Pk dan membeli satu buah evaporator atau indoor unit kita dapat digunakan untuk kebutuhan dua ruangan. Biaya investasi tertinggi jika menggunakan Instalasi Tunggal, yaitu sebesar Rp. 5.230.000,-. Biaya investasi tinggi tersebut terjadi karena setiap ruangan harus dipasangi mesin pendingin sehingga biaya investasi dua kali biaya normal.
KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan pada mesin pendingin Split AC Panasonic dengan metode pemasangan evaporator seri,parallel,dan tunggal dapat disimpulkan bahwa metode pemasangan evaporator seri dan paralel dapat digunakan untuk menghemat energi dan biaya pengadaan AC walaupun koefisien prestasi cenderung rendah dibanding pemasangan tunggal. Diharapkan penelitian AC selanjutnya dapat memvariasikan tekanan refrigeran pada tiap instalasi.
DAFTAR PUSTAKA Arismunandar Wiranto, Heizo Saito. (1981). Penyegaran Udara. Pradnya Paramita, Edisi Enam. Jakarta. Carrier Air Conditioning Company. (2006) Handbook of Air Conditioning System Design. Mc-Graw Hill. Taiwan. Hatib Rustan. (2011). Studi Experimental Evaporator Bertingkat Yang Disusun Secara Paralel Terhadap Kinerja Mesin Refrigerasi Fokus 802. Tesis Pascasarjana Universitas Hasanuddin. John H. Lien. Hard IV., John H. Lien. Hard. V. (2002). A Heat Transfer Text Book Third Edition. Phologiston Press. Cambridge. Tong. L. S., Tang. Y. S. (1997). Boiling Heat Transfer and Two Phase Flow. Taylor & Francis. USA. Lavanis M., Haider. I., Radermacher. R. (1998).Experimental Investigation of an Alternating Evaporator Duty Refrigerator/Freezer, ASHRAE Transactions, Vol. 104, P. 2. Roger W. Haines. (2006). Control System For Heating, Ventilating, and Air Conditioning . Spriger USA. Shan K. Wang. (2000). Hand Book Of Air Conditioning And Refrigeration. McGraw-Hill. Sivak Michael. (2012). http://www.nytimes.com/2012/08/19/sunday-review/air-conditioningis-an-environmental-quandary.html diakses Desember 2012. Standard Ashrae. (1999). Handbook Refrigerating Fundamental. American. Stocher W. F., J. W. Jones. (1996). Refrigeration and Air Conditioning. Mc-Graw Hill. Won Jae Yoon. (1994). An Experimental Study on the Performance of a Two-Cirkuit Cycle with Paralel Evaporators for a Domestic Refrigerator-Freezer. Journal Purdue e-Pubs.
Lampiran Instalasi Dua AC Tunggal Ruangan A dan B
7
1
4 EVAPORATOR 8
5
3
2
KONDENSOR 6
Gambar 1. Skema Instalasi Dua AC Tunggal Ruangan A dan B. Instalasi AC Dengan Dua Evaporator Seri
T11
T9
T6
T1 EVAPORATOR A
EVAPORATOR B T4
T12
T5
T10
K- EXP T8 T3
T2 KONDENSOR T7
Gambar 2. Skema Instalasi AC Dengan Dua Evaporator Seri
Instalasi AC Dengan Dua Evaporator Paralel
8 3
2
KONDENSOR 7 10
4
1
EVAPORATOR 9 5
12
6
EVAPORATOR 11
Gambar 3. Skema Instalasi AC Dengan Dua Evaporator Paralel Tabel 1. Hasil perhitungan pada ruangan A dan B COP ∆T [ ºc ] T Min [ ºc ] INSTALASI A B A B A B Seri 3,02 5,38 2,64 21,80 24,80 Paralel 1,91 6,45 5,43 24,80 23,00 Tunggal 4,26 4,22 8,63 8,61 23.00 23.00
W In [kW] A&B 0.684 0.796 0.756
COI [Rp] A&B 3,680,000 3,680,000 5,230,000
