## STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH EFEKTIFITAS ACWH TERHADAP PANJANG PIPA KAPILER SEBAGAI PENGHANTAR PANAS
Chandra Amirsyah Putra Siregar Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara Email: chandra@umsu.ac.id
A M Siregar Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara Email: ahmadmarabdi@umsu.ac.id

## Affandi
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara Email: affandi@umsu.ac.id

## ABSTRAK
ACWH  ( Air  Conditioner  Water  Heater )  merupakan  aplikasi  rekayasa  teknologi  AC  yang memanfaatkan panas buang  dari  kompresor. Pemanfaatannya dengan menambahkan alat penukar kalor  (APK)  yang  bertujuan  untuk  memanaskan  air  didalam  tanki,  sehingga  dapat  memenuhi kebutuhan air panas untuk mandi. Dalam penelitian ini, APK yang digunakan adalah pipa kapiler berbahan  tembaga.    Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh  panjang  pipa kapiler terhadap kinerja ACWH. Variasi panjang pipa kapiler yakni 8m (1/2 dari ukuran tinggi tanki) dengan 15 lilitan dan pipa dengan panjang 16m dengan 30 lilitan (setinggi tanki). Diameter lilitan sebesar  150mm.  Variable  yang  akan  diuji  dan  diamati  adalah  hasil  temperatur  pemanasan  air, temperatur  refrigeran  keluar  kompresor,  dan  juga  temperatur  refrigeran  masuk  kondensor  pada waktu 60 menit. Pengujian dilakukan terhadap 3 temperatur evaporator yang berbeda yakni 16 0 C, 18 0 C,  dan  20 0 C.    Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  alat  penukar  kalor  dengan  panjang  pipa kapiler 16m  lebih  efektif untuk  memanaskan air dibandingkan dengan alat penukar kalor dengan panjang pipa kapiler 8m. Temperatur air dalam tanki dengan pengujian temperatur evaporator 16 0 C sebesar  53.81°C  dengan  panjang  pipa  kapiler  16m.  Sedangkan  panjang  pipa  8m,  diperoleh temperatur air dalam tanki sebesar 53, 69 0 C. Untuk pengujian dengan temperatur evaporator 18 0 C dan 20 0 C  dengan menggunakan panjang pipa kapiler 16m hasilnya masing-masing  sebesar  51°C dan  46.81°C. Sedangkan menggunakan pipa kapiler 8m  hasilnya masing-masing  sebesar  49.94 0 C dan 49.06 0 C.
Kata kunci:  ACWH, APK, pipa kapiler

## ABSTRACT
ACWH  (Air  Conditioner  Water  Heater)  is  an  AC  technology  engineering  application  that utilizes exhaust heat from the compressor. Utilization by adding a heat exchanger (APK) which aims to heat the water in the tank, so that it can meet the needs of hot water for bathing. In this research, the APK used is a copper capillary tube. The purpose of this study was to determine the effect of capillary pipe length on ACWH performance. Capillary pipe length variations are 8m (1/2 of the tank height) with 15 turns and a 16m length pipe with 30 turns (as tall as the tank). The diameter of the coil is 150 mm. The variables to be tested and observed are the results of the heating temperature of  the  water,  the  temperature  of  the  refrigerant  coming  out  of  the  compressor,  and  also  the
temperature of the refrigerant entering the condenser at 1 hour (60 minutes). Tests were carried out on 3 different evaporator temperatures namely 16 0 C, 18 0 C, and 20 0 C. The test results show that a heat  exchanger  with  a  16m  long  capillary  tube  is  more  effective  for  heating  water  than  a  heat exchanger with a 8m long capillary tube. The temperature of  the water in the tank by testing the evaporator temperature of 16 0 C is 53.81 0 C with a capillary pipe length of 16m. While the length of the pipe is 8m, the water temperature in  the tank is 53, 69 0 C. For testing with 18 0 C and 20 0 C evaporator temperatures using 16m capillary pipe the results are 51 0 C and 46.81 0 C respectively. While using 8m capillary pipes the results were 49.94 0 C and 49.06 0 C respectively.
Keywords: ACWH, heat excangher, capilllary pipe

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  kehidupan  modern  sekarang  ini,  mayoritas  rumah  tangga  dan  hampir  seluruh  usaha perhotelan/penginapan, pusat perbelanjaan modern, pusat perkantoran dan tempat pelayanan publik lainnya telah menggunakan mesin pendingin udara ( Air Coditioner/AC ). Penggunaan AC bertujuan untuk mengkondisikan udara dalam ruangan agar pengguna ruangan merasa nyaman. Selain itu, AC juga diyakini dapat memperbaiki kualitas udara.
Selain  AC,  penggunaan  air  panas  ( water  heater )  untuk  mandi  juga  sangat  berkembang. Pemakaian water  heater untuk  mandi  dapat  digunakan  baik  dalam  skala  rumah  tangga  maupun industri. Bahkan hampir seluruh usaha perhotelan telah menyediakan fasilitas air panas untuk mandi. Pada  umumnya,  air  panas  untuk  mandi dihasilkan  dengan  menggunakan  tungku  maupun  energi listrik yang membutuhkan biaya/daya yang sangat besar [1]. Salah satu alternatif untuk mengatasi mahalnya  biaya  tersebut  adalah  pemanas  air  tenaga  matahari  ( solar  water  heater/SWH ),  namun SWH  ini  juga  masih  tergolong  mahal  dari  biaya konstruksi  [2].    Namun  penerapan  SWH  sangat didukung  oleh  letak  geografis  wilayah  Indonesia  dengan  iklim  tropis  yang  mendapatkan  sinar matahari sepanjang tahun [3.4].
Penelitian ini akan mengkaji perekayasaan AC menjadi multi fungsi yakni sebagai pendingin udara  sekaligus  sebagai  pemanas  air  untuk  keperluan  mandi.  Hal  tersebut  memungkinkan  untuk dilakukan karena pada AC terdapat energi panas yang besar terbuang sia-sia dan potensi energinya sangat besar [5]. Air conditioning water heater (ACWH) adalah pemanas air yang memanfaatkan suhu freon yang sangat  tinggi  pada saat  keluar dari  kompresor. Energi  panas tersebut  merupakan keluaran  dari  kompresor  menuju  kondesor.  Perekayasaan  yang  dimaksud  adalah  dengan penambahan tangki dan heat exchanger yang diletakkan diantara kompresor dan kondesor. Namun yang harus diperhatikan adalah pemilihan jenis APK yang digunakan karena sering kali ditemukan penurunan performa perpindahan panas pada alat penukar kalor [6,7].
Sistem  ini  bekerja  dengan  menggunakan  alat  penukar  kalor  yang  dipasang  pada  sistem  AC sehingga  tidak  membutuhkan  energi  tambahan.  Terdapat  beberapa  keuntungan  dengan menggunakan sistem Air Conditioner Water Heater (ACWH) yaitu efek pendinginan udara, efek pemanasan air hemat energi dan juga bisa melakukan penghematan baik dalam energi maupun biaya. Dalam hal ini alat penukar kalor yang cocok digunakan untuk memanfaatkan kalor yang terbuang dari  kompresor  AC  adalah  penukar  panas  tipe Shell Helical-Coil dengan  bahan  dasar  tembaga ( copper). Hal  ini  akan  mampu  mengurungi  biaya  operasional  rumah  tangga  maupun  indutri perhotelan yang memberikan layanan/fasilitas air panas untuk keperluan mandi.
Sistem  ini  bekeja  dengan  cara  refrigeran  masuk  ke  kompresor  melalui  pipa  tembaga  dalam bentuk  uap,  dalam  kompresor  refrigeran  ditekan  sehingga  refrigeran  keluar  berbentuk  uap  yang sangat  panas  ( vapour  superheated )  dan  bertekanan  tinggi.  Uap  bertekanan  dalam  siklus Air Conditioning masuk  kedalam  kondensor,  akan  tetapi  dalam  ACWH  ini  panas  refrigeran  tidak langsung masuk kondensor melainkan masuk ke wadah yang berisi air untuk memindahkan panas refrigran ke air. Kemudian, refrigeran masuk ke dalam kondensor. Cairan refrigeran masuk ke pipa
kapiler  dan  mengalami  tenurunan  tekanan  secara  drastis  sehingga  terjadi flash  evaporation seterusnya masuk ke evaporator untuk diubah lagi menjadi uap.

## Gambar 1. Skema ACWH [8]
Penelitian yang telah dilakukan yakni ACWH menggunakan APK tipe helix dengan jumlah 3 lilitan dimasukkan dalam tabung dengan dimensi diameter 34cm, dan tinggi 37cm volume air yang bisa ditampung 30liter dengan temperatur dengan suhu air mencapai 60 o C [9].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1. Set-up Alat Uji
Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dengan menggunakan AC split dengan daya 1 PK, Jenis refrigran  yang  digunakan  adalah  R22.  Sedangkan  tanki  air  berbahan  galvanis  setebal  2mm  dengan dimensi 1200mm x 2400mm berdiameter  atas 300mm dan diameter bawah 400mm dan berkapasitas air  60  liter.  Pemilihan  galvanis,  karena  telah  banyak  digunakan  sebagai  pipa  saluran  air,  tahan korosi/karat dan pengerjaannya yang lebih mudah dibanding plat stainless. Tangki dilapisi/diisolasi dengan  menggunakan  insulflex  dan  plat  aluminium  dengan  tujuan  untuk  meminimalisir  laju perpindahan panas dari dalam tanki ke lingkungan.
Gambar 2. Tanki Air Pada ACWH
Pada bagian dalam tanki diberikan pipa kapiler berbahan tembaga sebagai penghantar panas dengan diameter luar 6,35mm, diameter dalam 5,54mm. Pengujian dilakukan terhadap dua variasi panjang pipa kapiler yakni 8m (setengah dari tinggi tanki) dengan 15 lilitan dan 16m (setinggi tanki) dengan 30 lilitan.

## Gambar 3. Posisi Peletakan Helical Coil Pipa Kapiler Sebagai APK Di dalam Tanki
Untuk  mengukur  temperatur,  diberikan  sensor  temperatur  tipe  DS18B20  didalam  tanki, keluran  kompresor  serta  masuk  kondensor.  Ketiga  sensor  tersebut  dihubungkan  dengan  arduino UNO. Penelitian dilakukan selama 60 menit, dengan 3 variasi  temperatur evaporator yakni 16 0 C, 18 0 C dan 20 0 C. Pencatatan temperatur dilakukan setiap 10 menit sekali. Untuk lebih jelasnya, setup alat uji ditampilkan pada gambar 1 dibawah ini.
Gambar 4. Setup Alat Uji

## 2.2. Teknik Pengumpulan Data
Pengumpulan data dan pengambilan data meliputi data temperatur air, temperatur refrigerant masuk  kondensor,  temperatur  keluaran  kompresor  dan  tekanan  pada  temperatur  evaporator  AC 16 0 C, 18 0 C, 20 0 C. Pengambilan data dilakukan selama 60 menit dimulai dari suhu air bertemperatur 29 0 C, sampai dengan temperatur air yang diinginkan yaitu 44 0 C (temperatur air untuk mandi), dan sampai temperatur akhir pemanasan air selama 1 jam.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Temperatur Air Dalam Tanki
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  pengujian  terhadap  2  variasi  panjang  pipa  kapiler  yakni  8m (setengah tinggi tanki air) dan 16m (sepenjang tanki air). Pengujian dilakukan terhadap 3 temperatur AC yakni 16 0 C, 18 0 C, dan 20 0 C. Hasil pengujian ditampilkan pada tabel 1 dibawah ini.
Tabel 1. Hasil Pengukuran Temperatur Air Dalam Tanki
Waktu Pengujian (menit) Temperatur AC 16°C Temperatur AC 18°C Temperatur AC 20°C Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m 0 29,87 29,87 29,81 29,81 29,75 29,85 10 34 33,25 33,5 32,75 33,69 31,87 20 39 38,63 38 36,38 37,75 34,94 30 43,38 42,88 42,06 40,19 41,5 38,38 40 47,44 47,06 45,75 43,66 44,69 41,44 50 50,75 50,56 48,75 46,81 47,06 43,75 60 53,81 53,69 51 49,94 49,06 46,81
Gambar 5. A. Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Pengujian Temperatur AC 16 0 C B.  Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Pengujian Temperatur AC 1 0 C C.  Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Pengujian Temperatur AC 20 0 C
Dari data hasil pengujian diatas, diperoleh bahwa panjang pipa kapiler sangat mempengaruhi kinerja dari  ACWH dalam menghasilkan air panas.  Semakin panjang pipa kapiler maka semakin baik  perpindahan  panas  ke  air.  Hal  ini  terjadi  karena  laluan  uap superheated dari  kompresor memiliki  jarak  yang  panjang  hingga  ke  kondensor,  sehingga  dapat  memaksimalkan  proses perpindahan panas dari pipa kapiler ke air didalam tanki. Seluruh hasil pengujian memperlihatkan temperatur  air  tertinggi  berada  pada  panjang  pipa  kapiler  16m.  Sedangkan  untuk  mencapai temperatur air 44 0 C (temperatur mandi) hanya membutuhkan waktu 30 menit. Dalam 60 menit pengujian diperoleh, temperatur air tertinggi dengan panjang pipa kapiler 16m untuk masing-masing temperatur pengujian AC  16 0 C, 18 0 C dan 20 0 C sebesar 53,81 0 C, 51 0 C dan 49,06 0 C. Sedangkan untuk pengujian temperatur air pada panjang pipa kapiler 8m untuk masing- masing temperatur pengujian AC  16 0 C, 18 0 C dan 20 0 C sebesar 53,69 0 C, 49,94 0 C dan 46,81 0 C.

## 3.2. Temperatur Refrigran Keluar Kompresor
Hasil pengukuran temperatur keluar komprosor berbeda dengan yang ditampilkan pada tabel 2 dibawah ini.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Temperatur Keluar Kompresor
Waktu Pengujian (menit) Temperatur AC 16°C Temperatur AC 18°C Temperatur AC 20°C Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m 0 28,56 28,66 28,62 29,81 28,81 28,92 10 78 81,62 82,37 72,44 85,19 93,75 20 92,87 99,94 95,37 97,25 97,5 103,87 30 97,19 104,25 99,69 104,06 101,31 106,6 40 99,19 105,44 100,81 106,5 101,94 106,37 50 99,87 106,37 101,31 106,81 102 106,25 60 101,12 107,75 101,56 106,69 102,81 106
Gambar 6.   A. Hasil Pengukuran Temperatur Keluar Kompresor Pada Pengujian Temperatur AC 16 0 C B. Hasil Pengukuran Temperatur Keluar Kompresor Pada Pengujian Temperatur AC 18 0 C C. Hasil Pengukuran Temperatur Keluar Kompresor Pada Pengujian Temperatur AC 20 0 C
Dari hasil pengukuran diketahui bahwa untuk temperatur keluar dari kompresor tertinggi berada pada panjang  pipa  kapiler  8m.  Hal  ini  kemungkinan  disebabkan  oleh  temperatur  refrigran  yang  ke  dalam kondensor lebih tinggi dari dari pipa yang 16m. Fakta ini didukung oleh penyerapan panas pada air lebih tinggi pada pipa 16m, sehingga temperature refrigran masuk kondenso lebih rendah, dan dari kondensor ke kompresor juga semakin rendah.
Dalam 60 menit pengujian, diperoleh refrigran keluar kompresor tertinggi dengan panjang pipa kapiler 8m untuk masing-masing temperatur pengujian AC  16 0 C, 18 0 C dan 20 0 C sebesar 107,75 0 C, 106,69 0 C  dan  106 0 C.  Sedangkan  untuk  pengujian  temperatur  refrigran  keluar  kompresor  pada panjang  pipa  kapiler  16m  untuk  masing-masing  temperatur  pengujian  AC    16 0 C,  18 0 C  dan  20 0 C sebesar 101,12 0 C, 101,56 0 C dan 102,81 0 C.

## 3.3. Temperatur Refrigran Masuk Kondensor
Tabel 3. Hasil Pengukuran Temperatur Refrigran Masuk Kondensor
Waktu Pengujian (menit) Temperatur AC 16°C Temperatur AC 18°C Temperatur AC 20°C Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m Pipa Kapiler 16 m Pipa Kapiler 8 m 0 28 29,17 29 29 27,06 30,06 10 38,19 42,94 37,69 40,78 32,06 41,94 20 42,81 48,5 41,38 44,25 34,81 44,94 30 46,44 52,13 44,5 46,81 36,63 46,79 40 49,25 54,94 46,81 49 38,31 48,25 50 51,38 56,19 48,63 50,81 39,75 49,13 60 53 57,38 50 52,19 41,25 49,08
Gambar 7.   A. Hasil Pengukuran Temperatur Masuk Kondensor Pada Pengujian Temperatur AC 16 0 C B. Hasil Pengukuran Temperatur Masuk Kondensor Pada Pengujian Temperatur AC 18 0 C C. Hasil Pengukuran Temperatur Masuk Kondensor Pada Pengujian Temperatur AC 20 0 C
Temperatur refrigran tertinggi yang masuk kedalam kondensor secara konsisten berada pada panjang pipa kapiler 8m dibandingkan dengan panjang pipa kapiler 16m yang memiliki temperatur refrigran lebih rendah. Hal ini didukung oleh penyerapan panas pada tanki air lebih maksimal pada panjang pipa kapiler 16m. Dalam 60 menit pengujian, diperoleh refrigran masuk kondensor tertinggi dengan panjang pipa kapiler 8m untuk masing-masing temperatur pengujian AC  16 0 C, 18 0 C dan 20 0 C sebesar 57,38 0 C, 52,19 0 C  dan  49,08 0 C.  Sedangkan  untuk  pengujian  temperatur  refrigran  masuk  kondensor  pada panjang  pipa  kapiler  16m  untuk  masing-masing  temperatur  pengujian  AC    16 0 C,  18 0 C  dan  20 0 C sebesar 53 0 C, 50 0 C dan 41,25 0 C.

## 4.  KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1. Semakin panjang pipa kapiler  pada ACWH  semakin memaksimalkan penyerapan panas pada air, namun tidak memiliki selisih temperatur yang signifikan.
2. Hasil  akhir  temperatur  pemanasan  air  menggunakan  APK  dengan  panjang  pipa  16m  pada temperatur evaporator AC 16°C sebesar 53.81°C, pada temperatur evaporator AC 18°C sebesar 51°C, dan pada temperatur evaporator AC 20°C sebesar 46.81°C.
3. Hasil  akhir  temperatur  pemanasan  air  menggunakan  APK  dengan  panjang  pipa  8m  pada temperatur evaporator AC 16°C sebesar 53.69°C, pada temperatur evaporator AC 18°C sebesar 49.94°C, dan pada temperatur evaporator AC 20°C sebesar 49.06°C.
4. Untuk memanaskan air dalam tanki sampai 44 0 C (temperature air untuk mandi) hanya 30 menit.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Pada  kesempatan  ini,  penulis  ingin  mengucapkan  terimakasih  kepada  Rektor  UMSU  dan  LPPM UMSU yang telah menyetujui pendanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Bagja, Binar Kusumah. dan Ichsani. Djatmiko. 2016. “Rancang Bangun Dan Studi Eksperimen Alat Penukar Panas Untuk Memanfaatkan Energi Refrigerant Keluar Kompresor Ac Sebagai Pemanas Air Pada St/D=4 Dengan Variasi Volume Air”. Jurnal Teknik ITS , Volume 2, Nomor
2, ISSN: 2337-3539.
[2].   Jufrizal., Napitupulu. Farel H., dan Ambarita. Himsar. 2014. “Studi Eksperimental Performansi Solar Water Heater Jenis Kolektor Plat Datar Dengan Penambahan Thermal Energy Storage”. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cylinder , Volume 1. Nomor 2
[3].   Siregar. C.A., Siregar. A.M. dan Lubis Sudirman. 2018. “Pengaruh Jarak Kaca Terhadap Efisiensi Alat Destilasi Air Laut yang Memanfaatkan Energi Matahari di Kota Medan. Journal Of Mechanical Engineering, Manufactures, Materials and Energy . Vol 2. p‐ISSN:
2549‐6220e‐ISSN: 2549‐6239
[4].   Siregar.  C.A.,  dan  Siregar.  AM.  2019.  “Studi  Eksperimental  Pengaruh  Kemiringan  Sudut Terhadap Alat Destilasi Air Laut Memanfaatkan Energi Matahari. Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi , Volume 2 Nomor 1. e-ISSN 2622-7398
[5]. Hermawan. Indra., dan Iswandi. Idris. 2014. “Kajian Potensi Energi Panas Buangan dari Air Conditioner (AC)”. Jurnal Teknovasi . Volume 1. Nomor 2. ISSN 2355-701X.
[6].   Umurani. Khairuul. dan M. Muharnif. 2019. Pengaruh Diameter Lubang Pembangkit Vorteks Winglet Melengkung Terhadap Unjuk Kerja Apk Tipe Kompak Studi Eksperimental. Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi , Volume 2. Nomor 1. e-ISSN 2622-7398
[7]. Siregar. Chandra., dan Irfansyah. 2018. Studi Numerik Unjuk Kerja Penggunaan Winglet Pada Heat Exchanger Tipe Compact. Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi ,
Volume 1 Nomor 1. e-ISSN 2622-7398.
[8].   Stoecker,  W. F.,  Jones,  J.  W.,  and  Hara,  S. (1992). Refrigerasi  Dan  Pengkondisian  Udara. Jakarta : Erlangga.
[9]. Hendradinata. Irawan F., dan Kusuma. A. P. (2018) “Rancang Bangun Water Heater Dengan memanfaatkan Panas Air Conditioning ” Jurnal PETRA. Volume 5 Nomor 2. ISSN: 2460-8408.