MARCON (Multi-Function Air Conditioner), Inovasi Teknologi AC Hemat Energi; Sebagai Pendingin...

20
1 A. JUDUL “MARCON (MULTI-FUNCTION AIR CONDITIONER) Rancang Bangun Teknologi AC Hemat Energi: sebagai Pendingin Ruangan dan Pemanas Air” B. LATAR BELAKANG MASALAH Kondisi alam yang sudah tidak baik serta krisis energi yang terjadi khususnya di indonesia membuat kita harus lebih bijak dalam memanfaatkan ataupun mengolah sumber alam yang tersedia terutama energi. Program pemerintah mengenai penghematan energi memang patut kita dukung dan direalisasikan bersama. Dan itu bisa kita lakukan dari hal yang terkecil seperti mematikan lampu ketika tidak diperlukan sampai pemanfaatan limbah panas dari suatu sistem yang sering kita pakai, sehingga tidak ada energi yang terbuang begitu saja. Kondisi geografis Indonesia yang terletak tepat di garis khatulistiwa menjadikan indonesia menjadi daerah tropis yang hanya mengalami dua musim yakni musim panas dan hujan. Kondisi ini mengakibatkan negara kita dan sekitarnya mengalami musim panas lebih lama dibanding dengan negara- negara lain yang kondisi geografisnya berbeda. Disamping itu, dampak dari pemanasan global mengakibatkan suhu di bumi semakin meningkat. Maka dari itu, banyak masyarakat menengah ke atas dari mulai perumahan, hotel ataupun perusahaan dilengkapi dengan mesin pendingin ruangan atau

Transcript of MARCON (Multi-Function Air Conditioner), Inovasi Teknologi AC Hemat Energi; Sebagai Pendingin...

1

A. JUDUL

“MARCON (MULTI-FUNCTION AIR CONDITIONER) Rancang Bangun Teknologi

AC Hemat Energi: sebagai Pendingin Ruangan dan Pemanas Air”

B. LATAR BELAKANG MASALAH

Kondisi alam yang sudah tidak baik serta krisis energi yang terjadi khususnya di

indonesia membuat kita harus lebih bijak dalam memanfaatkan ataupun mengolah

sumber alam yang tersedia terutama energi. Program pemerintah mengenai penghematan

energi memang patut kita dukung dan direalisasikan bersama. Dan itu bisa kita lakukan

dari hal yang terkecil seperti mematikan lampu ketika tidak diperlukan sampai

pemanfaatan limbah panas dari suatu sistem yang sering kita pakai, sehingga tidak ada

energi yang terbuang begitu saja.

Kondisi geografis Indonesia yang terletak tepat di garis khatulistiwa menjadikan

indonesia menjadi daerah tropis yang hanya mengalami dua musim yakni musim panas

dan hujan. Kondisi ini mengakibatkan negara kita dan sekitarnya mengalami musim

panas lebih lama dibanding dengan negara-negara lain yang kondisi geografisnya

berbeda. Disamping itu, dampak dari pemanasan global mengakibatkan suhu di bumi

semakin meningkat. Maka dari itu, banyak masyarakat menengah ke atas dari mulai

perumahan, hotel ataupun perusahaan dilengkapi dengan mesin pendingin ruangan atau

sering kita sebut AC. Di dalam mesin ini terdapat zat yang disebut refrigerant (freon) .

Zat ini mampu menyerap hawa panas/kalor yang ada di dalam ruangan dan dibuang

keluar.

Biasanya panas yang dihasilkan pada mesin pendingin ruangan (AC) dibuang begitu

saja. Padahal panas tersebut bisa kita gunakan untuk berbagai macam keperluan. Salah

satunya untuk memanaskan air.

Saat ini untuk memanaskan air baik itu dirumah, di kantor maupun di hotel masih

menggunakan water heater yang bersumber dari energi listrik. Padahal kita mampu

memanaskan air dengan memanfaatkan panas terbuang pada mesin pendingin ruangan

tersebut. Dengan diterapkannya teknologi ini akan dapat kita bayangkan berapa banyak

energi listrik dan biaya yang dapat kita hemat.

2

C. PERUMUSAN MASALAH

Krisis energi dan pemanasan global mendorong kita untuk lebih bijak dalam

menggunakan energi. Kenyataannya di masyarakat bahwa energi yang tidak terpakai dari

suatu sistem biasanya di buang begitu saja padahal energi tersebut bisa kita pakai untuk

memenuhi kebutuhan lainnya yang memang membutuhkan energi tersebut. Ada beberapa

masalah yang bisa kita rumuskan:

1. Energi panas yang dihasilkan AC terbuang begitu saja.

2. Air panas yang banyak dibutuhkan masyarakat memerlukan energi dan biaya

yang besar.

3. Perlu adanya pengembangan dari sistem yang sudah ada.

D. TUJUAN PROGRAM

1. Merancang dan membuat sistem pemanas air yang memanfaatkan panas dari

mesin pendingin ruangan.

2. Merancang dan membuat beberapa variasi koil yang digunakan, agar heat transfer

dari koil ke dalam air maksimal.

3. Merancang dan membuat tangki air agar kuantitas air yang dipanaskan maksimal

dan air mudah untuk disalurkan ke tempat yang lain.

4. Merancang dan membuat sistem MARCON di beberapa rumah sebagai

percontohan dengan bekerjasama dengan WIKA waterheater dalam menerapkan

teknologi ini di masyarakat

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Luaran yang diharapkan berupa pengembangan dari prototipe alat pemanfaatan

sisa energi panas buang AC sebagai alternatif energi untuk pemanas air. Pengembangan

prototipe tersebut adalah berupa berbagai rancangan dan alat pemanas air yang berasal

dari panas terbuang pada AC. Alat tersebut bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-

hari.

3

F. KEGUNAAN PROGRAM

1. Sesuai dengan Misi dan Visi DP2M DIKTI DIKNAS memberikan dorongan kepada

mahasiswa menumbuh kembangkan kegiatan penelitian, Pengabdian kepada

Masyarakat, dan Kreativitas Mahasiswa yang berkualitas, Guna mendukung

meningkatkan kualitas Pendidikan Tinggi, Daya saing Bangsa dan kesejahteraan

Rakyat.

2. Dengan terealisasinya program PKM ini didapat Alat Pemanfaatan sisa energi panas

buang AC sebagai alternatif energi untuk pemanas air. Sehingga panas yang terbuang

tersebut dapat dimanfaatkan dan tidak terbuang percuma. Selain itu, dengan adanya

alat ini kita bisa melakukan pengiritan dan penghematan terhadap bahan bakar

minyak dan gas sebagai alternatif energi di tengah minimnya dan semakin berkurang

nya sumber daya alam. Maka alat pemanfaatan sisa energi panas buang AC sebagai

alternatif energi untuk pemanas air ini akan memanfaatkan sisa energi panas yang

terbuang sebagai sumber energi baru.

3. Diharapkan nantinya dengan kehadiran teknologi ini mampu menjadi salah satu

teknologi alternatif untuk menghemat energi bangsa ini.

G. TINJAUAN PUSTAKA

a. Perancangan Alat

Menghitung potensi energi panas dari mesin pendingin ruangan

Besarnya potensi energi panas yang di lepas oleh kondensor dari mesin pendingin

ruangan, dapat dihitung dengan menggunakan data dari spesifikasi mesin pendingin

ruangan. Berdasarkan data spesifikasi yang sudah diketahui ini maka proses yang terjadi

pada mesin pendingin ruangan dapat digambarkan sebagai siklus kompresi uap ideal.

Siklus kompresi uap ideal adalah siklus refigrasi kompresi uap yang merupakan kompresi

adiabatik dan reversibel dari uap jenuh menuju tekanan kondensor. Dari siklus tersebut

maka potensi energi panas pada mesin pendingin ruangan dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan . Potensi besarnya energi panas dari

4

mesin pendingin ruangan yang akan dimanfaatkan untuk memanaskan air terdapat pada

titik 2 sampai 3 pada diagram P-h siklus kompresi uap atau pada Qout.

Perancangan Alat Penukar Panas

Setelah mengetahui besarnya potensi energi panas kondensor dengan

menggunakan persamaan kondensor = ref (h2-h3), maka selanjutnya perlu

ditentukan dimana alat penukar panas ini akan dipasang dan perubahan apa yang perlu

dilakukan pada mesin pengkondisian udara. Ide pertama adalah mengganti kondensor

yang sudah ada dengan alat penukar panas. Akan tetapi cara ini memiliki kendala, yaitu

air yang dipanaskan akan terus naik temperaturnya sehingga laju kondensasi refrijernya

akan berkurang yang dapat mengakibatkan mesin pendingi berhenti bekerja. Oleh karena

itu;

Gambar 1.a Pemasangan Heater Gambar 1.b Pemasangan Heater Skema Jenis Paralel Skema Jenis Seri

Kondensor yang ada harus tetap digunakan. Penempatan alat pemanas air dapat

dilakukan dengan dua cara yaitu secara seri (sebelum dan setelah kompresor) atau secara

paralel (saluran setelah kompresor dibuat bercabang dua, satu menuju kondensor, satu

lagi menuju alat penukar panas). Seperti yang ditunjukan pada gambar diatas. Rangkaian

paralel dan seri memiliki beberapa kerugian dan keuntungan, yaitu:

Rangkaian Seri Rangkaian parallel

5

Tidak membutuhkan katup untuk

mengatur aliran refrijeran.

Membutuhkan katup untuk mengatur

aliran refrijeran.

Terjadi akumulasi penurunan tekanan

refrijeran pada kondensor dan pemanas

air.

Tidak terjadi akumulasi penurunan

tekanan refrijeran pada kondensor dan

pemanas air.

Karena membutuhkan katup, maka

penurunan tekanan akibat katup perlu

diperhitungkan.

Pada usulan PKM-KC ini rangkaian yang digunakan yaitu secara seri terhadap

kondensor mesin pendingin ruangan, sehingga skema dari sistemnya adalah sebagai

berikut:

Gambar 2.a Sebelum dipasang Pemanas Air Gambar 2b. Setelah dipasang pemanas Air

Prinsip kerja sistem pemanas air pada mesin pendingin ruangan.

Alat pemanas air yang dipasangkan secara seri terhadap kondesor pendingin

ruangan terlihat pada gambar dibawah, maka memungkinkan sistem tersebut dapat

bekerja secara bersamaan sebagai mesin pendingin ruangan dan memanfaatkan panasnya

untuk memanaskan air. Adapun prinsip kerja dari sistem ini adalah sebagai berikut:

6

Gambar 2: Prinsip Kerja Pemanas Air Pada Mesin AC

Pertama proses kompresi dimana uap refrijeran dikompresikan dari tekanan

ketekanan tinggi sehingga refrijeran mempunyai temperatur yang cukup

tinggi.

Kedua proses kondensasi dimana uap refrijeran yang cukup panas dialirkan

kedalam alat pemanas air, sehingga terjadi proses pelepasan panas dari

refrijeran ke air yang ada didalam tangki.

Ketiga, refrijeran yang sudah mengalami penurunan temperatur kemudian

dikondensasikan melalui kondensor. Disini peran kondensor pada awal

pemanasan tidak begitu besar karena panas dari refrijeean banyak diserap oleh

air selama melewati tangki air, kemudian setelah temperatur didalam tangki

sudah mulai meningkat maka kondensor sudah mulai berfungsi.

Keempat, proses ekspansi dimana efrijeran yang sudah terkondensasikan

diekspansikan melaui pipa kapiler sehinngga mengalami penurunan tekanan

dan fasa dari refrigeran mulai berubah menjadi campuran.

Terakhir, proses evaporasi dimana campuran refrigeran menerima panas dari

ruangan yang didinginkan sehingga berubah fasa menjadi uap dan udara yang

7

melepas panas mengalami penurunan temperatur menyebabkan temperatur

udara di ruangan menjadi sejuk.

b. Pembuatan alat pemanas air

Alat pemanas air yang dibuat terdiri dari dua komponen, yaitu alat penukar panas

yang berbentuk koil dengan konfigurasi koil heliks dan tangki air kapasitas 60 liter.

b.1 Pembuatan koil pemanas air

Desain koil dibuat terlebih dahulu untuk memudahkan proses pembuatan. Koil

menggunakan konfigurasi heliks dan dibuat dengan bantuan program inventor. Panjng

koil 24 meter, tinggi koil 480 mm, jarak celah antara koil 10mm, diameter koil 60mm

dengan jumlah lilitan 55.

Dari desain alat diatas maka langkah selanjutnya adalah membuat alat penukar

panas. Koil yang digunakan terbuat dari pipa tembaga dengan ukuran diameter luar

6,2mm, diameter dalam 5mm, dan tebal koil 0,6mm. Total panjang koil 12 meter. Koil

dibuat dengan dengan bentuk heliks menggunakan cetakan berupa pipa besi dengan

ukuran diameter pipa 550mm. Cara membuatnya dengan meluruskan sebagian koil

terlebih dahulu lalu dibentuk dan disesuaikan dengan bentuk pipa besi serta

memperhatikan agar pipa tembaga tidak bengkok saat diluruskan kemudian diatur

diameter dan tingginya sesuai rancangan koil sebagai alat penukar panas. Kemudian

dibentuk kembali lingkran di dalam nya sehingga menjadi dua lapis lingkaran. Setelah itu

dilakukan pengelasan dengan fire hans dan las perak pada sambungan dan bengkokan

yang akan digunakan untuk masukan dan keluaran refrigeran dari unit kondensor mesin

pendingin ruangan.

8

Gambar 3: Desain Penukar Panas Koil Heliks

b.2 Pembuatan tangki air

Tangki yang digunakan merupakan tangki electric water heater yang sudah tidak

digunakan lagi. Untuk membuat lubang air masukan dilakukan pengeboran menggunakan

bor tangan dengan mata bor 9mm sampai 13mm kemudian diteruskan dengan dikikir

menggunakan kikir setengah bulat. Setelah dikikir bagian yang dilubangi tersebut

dipasangi pipa berukuran ½ inci agar air dapat masuk melalui selang air biasa.

Untuk pengukuran suhu digunakan kabel RTD thermocouple pada bagian atas dan

bawah tangki. Setelah itu dilakukan pengisolasian menggunakan alumunium foil, fungsi

dari isolasi ini adalah untuk mencegah keluarnya panas dari dalam tangki saat pemansaan

air berlangsung sehingga pemanasan air dapat berjalan dengan baik.

H. METODE PENDEKATAN

Metode yang dilakukan untuk perancangan alat ini dimulai dari menganalisis

kelebihan dan kekurangan suatu sistem pemanfaatan panas terbuang dari AC yang telah

diciptakan sebelumnya. Dari sini kita bisa mengembangkan dan menciptakan alat baru

yang lebih efisien dan murah. Pendekatan juga dilakukan pada AC yang akan kita

gunakan dan memahami betul karakteristik dari pada AC tersebut termasuk potensi panas

yang akan dihasilkan.

Tahap selanjutnya adalah melakukan persiapan alat yang dibutuhkan diantaranya:

1. Mesin pendingin ruangan

9

Mesin pengkondisian udara yang digunakan berkapasitas 1 pk. Dengan

menggunakan refrigeran jenis R-22.

2. Alat penukar panas

Alat penukar panas yang digunakan menggunakan bahan dari tembaga dan

mempunyai konfigurasi koil tipe heliks dengan diameter pipa ¼ inchi dan panjang

12 meter.

3. Tangki air

Tangki air yang digunakan terbuat dari stainless steel dengan kapasitas 60 liter.

Diameter luar tangki 500 mm dan tinggi tangki 600 mm.

4. Thermometer

Thermometer digital dipasang pada tangki dengan dismbung dengan selector dan

kabel RTD untuk mengetahui suhu air di tangki.

5. Alat ukur tekanan

Digunakan untuk mengukur tekanan kerja dari fluida refrigeran. Pada pengujian

ini digunakan dua jenis manometer tekanan tinggi dan manometer tekanan

rendah.

6. Alat ukur hygrometer

Untuk mengukur kondisi udara diluar dan didalam ruangan, dimana yang diukur

adalah temperatur ruangan yang didinginkan dan kelembaban udaranya.

7. Alat ukur tegangan dan arus listrik

Alat ukur yang digunakan yaitu multimeter digital yang memiliki jangkauan 400

Volt dan 40 Ampere.

8. Alat ukur waktu.

Setelah semua alat tersedia, maka sistem pemanas air memanfaatkan limbah

panas AC bisa kita rancang sesuai desain yang telah disusun. Dimulai dari penyusunan

Koil pemanas , tangki air lalu kemudian dirangkai dengan AC untuk menjadi sistem yang

sudah kita rancang.

Setelah pembuatan selesai, tahap selanjutnya adalah pengecekan alat langsung

dan menganalisis suhu air.

10

Adapun skema metode pelaksanaan yang akan dilaksanakan adalah sebagai

berikut:

Telaah potensi bisnis dari teknologi terapan yang tepat gunaPemetaan tempat pemasangan dan model alat yang akan

digunakan

Persiapan alat dan bahan yang dibutukan

Perancangan Alat: Pembuatan Sistem pemanfaatan panas terbuang AC untuk pemanas Air

Uji kelayakan alat di laboratorium Fisika Energi FMIPA Unpad

Monitoring pemanfaatan dan perawatan Alat

Melakukan hak paten alat ke HKI Unpad

Mempromosikan alat ini di pameran2 produk, mempromosikan alat kepada pelanggan

Memasang Alat di rumah/hotel pelanggan

Kajian Teoritis: Sistem Kerja AC dan Pemanfaatan panas terbuang dari AC untuk pemanas air dan inovasi prototipe yang telah ada.

11

I. PELAKSANAAN PROGRAM

Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Kegiatan ini akan dilakukan antara bulan Januari sampai bulan Mei 2013, di

Laboratorium KBK Energi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Padjadjaran, Jl. Raya Sumedang KM.12, Jatinangor.

Tabel 1. Jadwal Penelitian

No Kegiatan B U L A N

Penanggung Jawab & Pelaksana 1 2 3 4 5

1 Telaah Potensi bisnis dan teknologi tepat guna2 - Mendata dan memilih perusahaan yang akan di ajak

kerjasama- Pemetaan tempat pemasangan dan model alat yang akan

digunakan

3 Persiapan Alat dan Bahan yang dibutuhkan

4 Perancangan Alat - Pembuatan Sistem pemanfaatan panas terbuang AC

untuk pemanas Air- Uji kelayakan alat di laboratorium Fisika Energi FMIPA

Unpad

5 Monitoring pemanfaatan dan perawatan Alat di Laboratorium Fisika Energi FMIPA Unpad

6 Mendaftarkan hak paten alat ke HKI Unpad

7 Mempromosikan alat ini di pameran-pameran produk, mempromosikan alat kepada pelanggan

8 Memasang Alat di rumah / hotel pelanggan

9 Evaluasi Kegiatan

12

J. RANCANGAN BIAYA

1. Komponen dan Alat

No Nama Kuantitas Harga1 Air Conditioner (PANASONIC Semi

Deluxe series, Eco smart,  ALOWA = Ac Low Watt: 660 w)

1 Unit Rp.3.487.000

2 Koil 15 meter (Rp. 60.000/m)

Rp. 900.000

3 Tangki Air (spesifikasi di wika) 1 Unit Rp. 2.000.0004 Biaya Rekonstruksi dan Pemasangan

Alat1 Kali Rp. 1.000.000

5 Pengisian Freon 2 kali Rp. 500.0006 Thermometer Digital 1 Unit Rp. 300.0007 Perawatan Alat 2 kali Rp. 500.0008 Alat ukur tekanan 3 unit Rp. 300.0009 Alat ukur waktu 1 unit Rp. 150.00010 Hygrometer 1 unit Rp. 400.00011 Alat Ukur Tegangan dan Arus 1 unit Rp. 800.00012 Armaflek (pembungkus koil) 15 meter ( Rp.

10.000/meter)Rp. 150.000

Total Rp. 10.200.000

2. ATKNo Nama Kuantitas Harga1 Transportasi dan Komunikasi - Rp. 500.0002 ATK - Rp. 500.0003 Pameran dan Promosi Produk 2 kali Rp. 500.000

Total Rp. 1. 500.000

TOTAL: Rp.11.700.000

K. DAFTAR PUSTAKA

1. M. J. Moran dan H. N. Shapiro, Fundamental of engineering Thermodynamics, Edisi 3. John Willey & Sons: New York. 1996.

2. Bejan, A. dan Krauss, A. D., Heat Transfer Handbook, John Willey & Sons, Begell House: Ney York. 2003.

3. Althousem, A. D., Turnquist, C. H. dan Bracciano, A. F. Refrigeration Air Conditionging. The Goodheart-Willcox Company, Inc: Illinois. 1999.

L. LAMPIRAN

13

a. Ketua KelompokNama Lengkap : Bori Andes PutraJenis Kelamin : Laki-LakiNo.Pokok (NPM) : 140310090049Tempat, Tgl Lahir : Paninggahan, 17 April 1989Alamat Tinggal : Dusun Barangeh, Jorong Guci II, Muaro

Pingai, Kec. Junjung Sirih, Kab. Solok SUMBAR No Telepon : 085715507172

(Bori Andes Putra)b. Anggota–1

Nama Lengkap : Syafiul Anam Jenis Kelamin : Laki-LakiNo.Pokok (NPM) : 140310110031Tempat, Tgl Lahir : Demak, 21 Desember 1991Alamat Tinggal : JL. Perkutut No 41, Desa Pecuk. Kec. Mijen. Kab. Demak RT02/RW II.No Telepon : 081947085865

(Syafiul Anam)c. Anggota-2

Nama Lengkap : Dadan SuhendarJenis Kelamin : Laki-LakiNo.Pokok (NPM) : 140310011019Tempat, Tgl Lahir : Karawang, 15 Maret 1992Alamat Tinggal : Jl. Silih Asih RT 07/02 No 08,

Desa Lemah Duhur, Kec.Tempuran. Kab.BandungNo Telepon : 085711556545

(Dadan Suhendar)d. Anggota-3

Nama Lengkap : Enang SaepulohJenis Kelamin : Laki-LakiNo.Pokok (NPM) : 140310090006Tempat, Tgl Lahir : Tasikmalaya, 7 Desember 1990

14

Alamat Tinggal : Situjaya RT. 01 RW. 04 Sukaresik, Tasikmalaya

No Telepon : 085223714629

(Enang Saepuloh)

e. Dosen PembimbingNama : Cukup Mulyana M.ScNIDN : 0009025507Pangkat/Gol : Penata Muda/IIICJabatan Fungsional : LektorJabatan Strukturan : Kepala Lab. Fisika EnergiUnit Kerja : Jurusan Fisika FMIPA Universitas PadjadjaranAlamatRumah : JlSarikaso III No. 35, Bandung 022-2017886RiwayatPendidikan : - S2 Fisika ITB, Lulus 1989

- S1 Fisika UNPAD, Lulus 1985

(Cukup Mulyana, Drs, Ms.)