## ANALISIS HELICAL HEAT EXCHANGER SEBAGAI KONDENSER DAN WATER HEATER UNTUK MEMANFAATKAN PANAS BUANG PADA PERANGKAT PENGKONDISIAN UDARA

## Abrar Ridwan, Mintarto
Laboratorium Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Riau. Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Riau Email: ridwanabrar@yahoo.com

## ABSTRAK
Studi ini menganalisis perangkat pengkondisian udara, dengan memanfaatkan panas buang pada Helical Heat  Exchanger sebagai  kondenser  dan water  heater sebagai  pemanfaatan  energi  yang  terbuang. Mengansumsikan  perangkat  pengkondisian  udara  bekerja  secara  normal  dengan  kapasitas  kompresor sebesar 1 PK, temperatur kondensasi sebesar 50 o C dan evaporasi sebesar 5 o C
Kata Kunci : Pengkondisian Udara, Water Heater, Temperatur

## 1. PENDAHULUAN
Perangkat  pengkondisian  udara  merupakan sebuah mekanisme berupa siklus yang
mengambil
energi dari suatu tempat bertemperatur rendah ke tempat tempat bertemperatur tinggi yaitu lingkungan. Perangkat pengkondisian  udara  menghasilkan  panas  yang selama  ini  tidak  termanfaatkan.  Dari  sudut pandang  penghematan  energi,  panas  yang terbuang  dapat  dimanfaatkan  menjadi  energi yang  berguna,  selain  dari  manfaat  utama  dari perangkat  tersebut.  Penelitian  ini  melakukan studi  analisis  hasil  perencanaan  kondenser dengan pendingin air pada sistem refrigerasi (air conditioning ), guna memperoleh efisiensi energi. Studi  dilakukan  pada  segi  teknis,  sehingga  di akhir  pelaksanaan  penelitian  ini  didapatkan kesimpulan  yang  tepat  untuk  pemasangan kondenser  pendingin  air  pada  sistem air conditioning secara efisien.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
a. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Gambar 1. Proses Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada diagram P-h Dalam siklus refrigerasi mengalir fluida/media  pendingin  berupa  refrigeran  yang dapat  menyerap  kalor  pada  temperatur  rendah (ASHRAE,  2005).  Bahan  pendingin  ini  mudah berubah  dari  wujud  cair  ke  gas  dan  atau sebaliknya. Skema pemasangan kondenser sebagai water heater dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Skema Alat Uji dengan Kondenser
Sebagai Water Heater
b. Dasar-Dasar Perhitungan
Dasar-dasar perhitungan pada siklus kompresi  uap  standar  berdasarkan  pada  gambar 1,  berhubungan  dengan  tekanan  (P)  dengan entalpi (h) dan temperatur (T) dengan entropi (s) pada siklus kompresi uap standar.
Dampak Refrigerasi (q e )
Jumlah  kalor  yang  diserap  oleh  evaporator per satuan massa pada saat terjadi penguapan(Moran & Shapiro, 2006):
q h h e   1 4
Daya Spesifik dan Daya Total Kompresor (w)
Kerja  spesifik  adalah  kerja  yang  setara dengan  perubahan  entalphi  selama  proses kompresi dan dirumuskan sebagai berikut (Moran & Shapiro, 2006):
w h h   2 1 Kebutuhan  daya  total  kompresor  adalah  laju aliran  massa  kerja  spesifik  kompresor  selama proses  kompresi  isentropik  (Moran  &  Shapiro, 2006):
dimana:
W   = daya total, (Watt)
w   = kerja spesifik kompresor (kJ/kg) h1 = entalpi  pada  awal  proses  kompresi,
(kJ/kg)
h2  =   entalpi  pada  akhir  proses kompresi, (kJ/kg)

## Laju Aliran Masa Refrigeran
Laju  aliran  masa  ini  menggambarkan besarnya  massa  tiap  satuan  waktu(Moran  & Shapiro, 2006):
 m Q q ref e e  dimana:
Qe  = beban pendinginan, (Watt) qe   = dampak refrigerasi, (kJ/kg)  m ref = laju aliran massa, (kg/s)

## Panas Buang Kondenser
Panas  refrigeran  yang  dibuang  kondenser disebut  panas  buang  kondenser,  besarnya  adalah (Moran & Shapiro, 2006):
q h h k   2 3 (Moran & Shapiro, 2006) dimana:
q k = panas buang kondenser, (kJ/kg) h 2 = entalpi pada awal desuperheating, (kJ/kg) h 3 = entalpi pada akhir kondensasi, (kJ/kg)

## Kalor Buang Total Kondenser
Kalor  buang  total  kondenser  adalah  kalor yang  dibuang  kondenser  dikalikan  dengan  laju aliran  massa  refrigeran.  Besarnya  adalah  (Moran & Shapiro, 2006):
Q m q k ref k   .
dimana: Q k = kalor buang total kondenser, Watt Bila  kondenser  atau  koil  yang  digunakan sebagai water heater , maka kalor yang diserap air dapat  dihitungan  dengan  persamaan(Moran  & Shapiro, 2006):   Q m Cp T T o   . . max dimana: Q   = alor yang diserap oleh air, (J) Cp  = panas jenis, (J/kg oC) m   = volume air, (kg) Tmax= temperatur maksimum, (oC) To  =temperatur awal, (oC)

## Efektivitas Kondenser
Besarnya  efektivitas  pada  kondenser  dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
    Perpindahan Kalor Nyata Perpindahan Kalor yang Mungkin Q Q   max     . . Q m Cp T T co ci   dimana:
 Q =  Perpindahan kalor nyata
 m =  Laju aliran massa Cp  =  Kalor spesifik air pada temperatur rata-rata
T co -T ci =  Beda temperatur masuk dan keluar
COP ( Coefficient Of Performance ) COP dipergunakan untuk menyatakan perfoma  (unjuk  kerja  )  dari  siklus  refrigerasi. Semakin  tinggi  COP  yang  dimiliki  oleh  suatu mesin refrigerasi maka akan semakin baik mesin refrigerasi  tersebut.  COP  tidak  mempunyai satuan  karena  merupakan  perbandingan  antara dampak refrigerasi dengan kerja spesifik kompresor (Moran & Shapiro, 2006):
COP h h h h    1 4 2 1
dimana: COP = prestasi kerja mesin refrigerasi h 1 = entalpi masuk kompresor, (kJ/kg) h 2 = entalpi keluar kompresor, (kJ/kg) h 4 = entalpi masuk evaporator, (kJ/kg)
Metode  pengumpulan  data  yang  dilakukan pada  penelitian  ini  adalah  metode  studi  literatur, pengujian atau eksperimen. Metode studi literatur bertujuan  untuk  mendapatkan  data  perencanaan dan  proses  pembuatan.  Metode  pengujian dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  dari  hasil perancangan  dan  pembuatan.  Penelitian  dimulai pengambilan  data  secara  langsung  pada  alat pengkondisian udara untuk menghitung kapasitas pemanasan  pada  kondenser  dan  efektifitas berdasarkan laju aliran massa air.
Data  yang  diperlukan  dalam  penelitian  ini adalah:
a. Data spesifikasi mesin pengkondisian udara
b. Laju aliran massa air, temperatur dan pressure yang
c. Data  energi  perpindahan  panas  yang  diterima oleh  air  dari  refrigeran  melalu tube  heat exchanger
Data  yang  diperoleh  dari  penelitian  akan dianalisis  dengan  menggunakan  metode  dan kaidah  perpindahan  panas  serta  menggunakan propertis  dari  refrigeran  yang  digunakan.  Hasil dari  analisis  pengolahan  data  akan  digunakan untuk  menarik  kesimpulan  nilai  prestasi  kerja mesin refrigerasi dan kelayakan mesin pengkondisian  udara  menggunakan  kondenser water heater.

## Tempat Pengambilan Data
Pengambilan data dan pengujian dilakukan di Laboratorium  Konversi  Energi  Jurusan  Teknik Mesin Fakultas Teknik-Universitas Riau

## Spesifikasi Teknik Mesin Pengkondisin Udara
Adapun spesifikasi mesin penkondisian udara yang akan digunakan adalah sebagai berikut:
 Merek :  Panasonic
 Tipe :  Eolia
 Kompresor  :  Rotari,tipe hermatik 1 PK
 Refrigeran  :  R22

## Alat Ukur dan Peralatan
Kondenser Water  Heater menggunakan helical  coil material tube tembaga.  Adapun  alat ukur yang digunakan adalah:
 Pressure Gauge : 4 buah
 Termokopel   : 7 buah
 Flowmeter : 1 buah
Sedangkan peralatan yang digunakan antara lain:  Tang Ampere
 Stop watch
 Digital Termometer
 Toolbox set Air Conditioning
Gambar 3 Alat Uji

## Prosedur Pengujian
Dalam melakukan pengujian, ada beberapa prosedur antara lain: 1. Mempersiapkan alat uji dan perlengkapannya
2. Mengisi air pada r eservoir kemudian air dialirkan pada tabung kondenser
3. Alat uji dihidupakan dengan cara menekan tombol ON
4. Laju aliran massa air diatur sesuai dengan perencanaan

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan kondenser sebagai water heater dapat dilihat pada diagram P-h rancangan sebagai berikut:
Gambar 4 Diagram P-h Rancangan Berdasarkan diagram di atas sifat-sifat refrigeran (R22) dapat dilihat pada tabel sebagai berikut:
Tabel 1. Entalpi berdasarkan diagram P-h Keadaan Entalpi (KJ/kg) 1 406,80 2 442,31 3 263,20 4 263,20
Tabel 2. Rekapitulasi Perhitungan COP dari diagram P-h
No. Perhitungan Rumus Hasil 1 Dampak Refrigerasi q h h e   1 4 143,6 kJ/kg 2 Daya Spesifik Kompresor w h h   2 1 35,51 kJ/kg 3 Daya Total Kompresor 0,653 kJ/s 4 Laju Aliran Massa Refrigeran  m Q q ref e e
 0,0184 kg/s 5 Panas Buang Kondenser q h h k   2 3 179,11 kJ/kg 6 Kalor Buang Total Kondenser   Q m Cp T T o    . . max 0,573 kJ/s 7 COP Tanpa Water Heater  
COP h h h h    1 4 2 1
4,043
No. Perhitungan Rumus Hasil 8 COP Menggunakan Water Heater     COP h h h h h h      1 4 2 3
2 1 9,088

## Data-Data Hasil Pengujian
Data  hasil  pengujian  kapasitas  pemanasan kondenser berdasarkan laju aliran massa air dapat dilihat pada grafik sebagai berikut:
Gambar 5 . Kapasitas pemanasan kondenser pada laju aliran massa air 0,012455 kg/s
Gambar 6 . Kapasitas pemanasan kondenser pada laju aliran massa air 0,0166 kg/s
Gambar 7 . Kapasitas pemanasan kondenser pada laju aliran massa air 0,0332 kg/s
Gambar 8 . Kapasitas pemanasan kondenser pada laju aliran massa air 0,0498 kg/s
Gambar  di  atas  merupakan  pengujian temperatur dimulai pada pukul 11.30 WIB. Dapat dilihat  bahwa  temperatur  awal  pada  sisi  masuk kondenser  minimum  30 o C  dan  temperatur maksimum  mencapai  67,4 o C.  Grafik  di  atas
menunjukan peningkatan nilai kapasitas pemanasan kondenser maksimum terhadap perubahan  temperatur,  terjadi  pada  laju  aliran massa air sebesar 0,01244 kg/s. Sedangkan untuk melihat nilai efektivitas dapat dilihat pada gambar 9.
Besarnya  nilai  efektivitas  dipengaruhi  oleh besarnya  nilai  kalor actual ,  hal  ini  dapat diperhatikan dari grafik data pegujian. Perbandingan  laju  aliran  massa  air  0,01246  kg/s, 0,0166 kg/s, 0,0332 kg/s, dan 0,0498 kg/s, dimana nilai  efektivitasnya  akan  semakin  kecil  seiring menurunnya nilai kalor actual (Gambar 9). Hal ini dipengaruhi  oleh  perubahan  temperatur.Nilai efektivitas  maksimum  yang  tercapai sebesar  0,38 atau sebesar 38%.
Berdasarkan  grafik  di  atas,  temperatur rancangan dapat  tercapai  dengan  laju  aliran  massa  air maksimum sebesar 0,0332 kg/s.

## Analisis
Berdasarkan data hasil perhitungan Coefficient Of Performance (COP), setelah menggunakan kondenser sebagai  water  heater mengalami kenaikan  sebesar  5,044.  Dengan  demikian  panas buang pada perangkat pengkondisian udara dapat dimanfaatkan. Hal ini tidak akan memperangaruhi dari fungsi utamanya.

## 4. KESIMPULAN
Semua sampel cincau hijau minuman air akar yang dijual di daerah Pekanbaru mempunyai nilai ALT melebihi batas maksimum cemaran mikroba dalam  pangan  yang  dipersyaratkan  oleh  BPOM dan  SNI  7388  (2009)  untuk  jeli  agar  yaitu  1x10 4 koloni/g. Bentuk bakteri yang dominan ditemukan  berdasarkan  pewarnaan  bakteri  adalah golongan kokus gram positif.
5. DAFTAR PUSTAKA
Ashrae Handbook, (2005), Fundamental American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning
Engineer, SI Edition Incropera,  F.P.,  DeWitt,  Bergman,  dan  Lavine. (2006).  Fundamentals  of  Heat  and  Mass Transfer, Edisi ke 6. Michael J. Moran & Howard N. Shapiro, (2006), Termodinamika Teknik, Erlangga, Jakarta