Priana Walifathul Santika - Laporan Praktikum P1 [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TERMODINAMIKA “Analisis Volume Atur – Heating dan Cooling” PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK FISIKA TAHUN AJARAN 2020/2021



FOTO FORMAL 4X6



DISUSUN OLEH Priana Walifathul Santika



5009201065



ASISTEN PRAKTIKUM Adnintya Rahminingsih



02311840000088



LABORATORIUM REKAYASA ENERGI DAN PENGONDISIAN LINGKUNGAN DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI DAN REKAYASA SISTEM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER



BAB 1 PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Sistem ada volume atur heating-cooling telah dijadikan suatu kebutuhan utama bagi bangunan-bangunan seperti hotel,perkantoran,apartement, supermatket dan Gedung-gedung lain nya. Terutama pada wilayah yang memiliki suhu udara yang tinggi atau ada saat musim panas. Sistem pengkondisian udara tersebut meliputi penghangatan atau pendinginan lalu pengaturan kelembapan dan kualitas udara. Sistem pengkondisian udara pada ruangan merupakan salah satu fasilitas yang sering digunakan untuk menunjang fungsi ruangan itu sendiri agar terlindung dari kondisi lingkungan seperti panas, angin, debu, dan kondisi lain yang tidak diinginkan. Untuk kenyamanan yaitu menciptakan lingkungan yang nyaman. Sebelum merencanakan sistem tata udara ruangan, beban pendinginan perlu diperhitungkan terlebih dahulu. Hal ini dibutuhkan karena besaran beban pendinginan sangatlah berpengaruh terhadap pemilihan mesin pengkondisian udara, sehingga kenyamanan dapat diperoleh.[1] Beban pendinginan dipengaruhi oleh banyak faktor, baik yang berasal dari ruangan (perolehan panas internal), termasuk manusia, lampu, dan perangkat elektronik yang menghasilkan panas; dan kemudian dari faktor eksternal (perolehan panas eksternal), termasuk melalui dinding, atap , dan langit-langit konduksi. , Lantai dan radiasi matahari melalui kaca, sehingga sangat penting untuk menghitung beban pendinginan ruangan siswa, sehingga Anda dapat memilih AC yang tepat untuk memberikan lingkungan yang nyaman bagi yang sakit. di dalam ruangan.[1] Pada praktikum volume atur heating-cooling kali ini akan di lakukan percobaan menganalisis kesetimbangan massa-energi pada proses termodinamika dalam volume atur, serta menentukan kalor yang dilepaskan oleh heating coil pada duct AC unit beserta efisiensinya. Lalu menentukan property termodinamis udara hasil pemanasan dan pendinginan dari analisis volume atur.



1.2 Rumusan Masalah pada permasalahan kali ini yang akan di bahas pada praktikum ini adalah bagaimana



cara



Menganalisis



kesetimbangan



massa-energi



pada



proses



termodinamika (pemanasan dan pendinginan) di dalam volume atur. lalu menetukan laju kalor yang dilepaskan oleh heating coil pada duct AC unit beserta efisiensinya. Dan menentukan properti termodinamis udara hasil pemanasan dan pendinginan dari analisis volume atur.



1.3 Tujuan Tujuan dari praktikum kali ini praktikan dapat melakukan hal sebagai berikut: 1. Menganalisis



kesetimbangan



massa-energi



pada



proses



termodinamika



(pemanasan dan pendinginan) di dalam volume atur. 2.



Menetukan laju kalor yang dilepaskan oleh heating coil pada duct AC unit beserta efisiensinya.



3. Menentukan properti termodinamis udara hasil pemanasan dan pendinginan dari analisis volume atur.



BAB 2 METODOLOGI



2.1 Peralatan Dan Bahan Peralatan dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut : 1. AC Split 1 set. 2. Termometer dry dan wet bulb. 3. Tabel termodinamika. 4. Diagram Psikometrik (sea level).



2.2 Prosedur Praktikum Prosedur yang harus dilaksanakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut : 1. Siapkan peralatan dan operasikan perangkat AC split sesuai dengan petunjuk operasional. lalu termometer disiapkan. 2. Termometer yang letaknya sebelum evaporator atau heater akan diambil datanya sebagai T1DB untuk termometer yang kering dan T1WB untuk termometer yang diberi air. Sedangkan termometer yang letaknya didekat saluran keluar akan diambil datanya sebagai T2 (DB & WB). 3.



Aktifkan heater pada duct AC lab unit sebesar 0,5 kW dengan kecepatan putar fan sentrifugasl 30 knop putar.



4. Tunggu sampai steady selama 3 menit, catat temperatur pada T1 (DB & WB) dan T2 (DB & WB) (posisi T1 dan T2 ditentukan asisten). 5. Ubahlah kecepatan putar fan menjadi 35 knop putar dan 40 knop putar dan ulangi kembali langkah pada poin ke-3. 6.



Ulangi kembali langkah-langkah poin ke-3 dan ke-4 dengan mengubah heater pada duct AC lab unit menjadi 1 kW



7.



Setelah didapatkan 4 data, T1 (DB & WB) dan T2 (DB & WB) carilah nilai dari ℎ1dan ℎ2 (entalphi) dengan diagram psikometrik



8. Setelah selesai, matikan heater dan fan, lalu putuskan alat dari sumber listrik.



BAB 3 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN



3.1 Analisis Data Dari hasil penelitian praktikum Analisis Volume Atur – Heating dan Cooling di daatkan data data sebagai berikut :



Tabel 3.1 Data Temperatur Dry Bulb dan Wet Bulb



Tabel 3.2 Data pengukuran h1



daya



daya heater



0,5



1



T1 DB



T1 WB



h1



kecepatan putar fan



(℃)



(℃)



(kj/kg)



30



29



28



89.904



40



28



26



80.692



50



28



25



76.358



30



33



31



105.223



40



33



32



110.881



50



34



32



110.826



30



34



33



116.748



40



34



33



116.748



50



34



33



116.748



Tabel 3.3 Data pengukuran h2



daya



T2 DB



T2 WB



h2



kecepatan putar fan



(℃)



(℃)



(kj/kg)



30



28



27



85.219



40



27



26



80.736



50



26



25



76.444



30



35



34



122.892



40



37



36



136.071



50



38



36



136.008



30



38



36



136.008



40



41



38



150.420



50



44



41



174.911



daya heater



0,5



1



3.2 Analisis Perhitungan Sebelumnya Diketahui luas penampang alat A= 0.23 𝑚2 , kerja evaporator Wevaorator = 1.902 kW, ρ udara = 1.2 kg/m3, kecepatan angin pada putaran 30, 40, 50 rpm berturut turut 1 m/s, 1.7 m/s, dan 2.8 m/s. Lalu h1 dan h2 atau entalpi dapat diketahui melalui tabel psikrometrik. Data tersebut akan di gunakan dalam perhitungan mencari laju kalor (Qcv) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut. ECV = Q – W + m1 (h1 +1/2 V2 + gz) – m2 (h2 +1/2 V2 +gz)



(3.1)



Persamaan tersebut menjelaskan tentang hukum konservai energi pada volume atur. Sesuai keadaan percobaan yang kami lakukan, persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi: 0 = Qcv – W + m (h1 – h2)



(3.2)



Persamaan 3.2 dapat ditulis menjadi : Qcv = W – m (h1 – h2)



(3.3)



Dimana m = AV Selanjutnya sebelum menghitung laju kalor (Qcv) akan di lakukan perhitungan mencari nilai m, Perhitungan di urutkan sesuai kecepatan putar fan sebagai berikut: ➢ 30rpm m = 1,2kg/𝑚3 x 0,23 𝑚2 x 1 m/s m = 0,276 ➢ 40rpm m = 1,2kg/𝑚3 x 0,23 𝑚2 x 1,7 m/s m= 0,4692 ➢ 50rpm m= 1,2kg/𝑚3 x 0,23 𝑚2 x 2,8 m/s m= 0,7728



setelah didapatkan data dari hasil perhitungan m maka perhitungan di lanjut untuk mencari laju kalor (Qcv) sebagai berikut:



Diketahui ρ = 1.2kg/m3 V30 = 1m/s V40 = 1.7m/s V50 = 2.8m/s A = 0.23m2 m = ρ.V.A h1 dan h2 melalui tabel psikrometrik



1. Qcv evaporator dengan fan 30rpm



h1 = 89.904 kJ/kg h2 = 85.219kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv = 1.902kW-0.276(89.904-85.219) Qcv = 0,60894 kJ



2. Qcv evaporator dengan fan 40rpm h1 = 80.692kJ/kg h2 = 80.736kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv = 1.902kW-0.4692(80.692-80.736) Qcv = 1,9226448kJ



3. Qcv evaporator dengan fan 50rpm h1 = 76.358kJ/kg h2 = 76.444 kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv = 1.902kW-0.7728(76.358-76.444) Qcv = 1.9684608 kJ



4. Qcv heater berdaya 0,5 kW dengan fan 30rpm h1 =105.223kJ/kg h2 =122.892kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv = 0.5 kW -0.276(105.223-122.892) Qcv = 5.376644 kJ



5. Q heater 0,5 kW dengan fan 40rpm h1 =110.881 kJ/kg h2 = 136.071kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2)



Qcv = 0.5 kW – 0.4692(110.881-136.071) Qcv = 12.319148 kJ



6. Qcv heater 0,5 kW dengan fan 50rpm h1 = 110.826kJ/kg h2 = 136.008kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv = 0.5 kW – 0.7728(110.826-136.008) Qcv = 19.9606496kJ



7. Qcv heater 1 kW dengan fan 30rpm h1 =116.748kJ/kg h2 =136.008kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv =1 kW – 0.276(116.748-136.008) Qcv = 6.31576 kJ



8. Qcv heater 1 kW dengan fan 40rpm h1 =116.748kJ/kg h2 =150.420kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv =1 kW-0.4692(116.748-150.420) Qcv =16.7989024kJ



9. Qcv heater 1 kW dengan fan 50rpm h1 = 116.748kJ/kg h2 =174.911 kJ/kg Qcv = W – m(h1-h2) Qcv =1 kW -0.7728(116.748-174.911) Qcv = 45.9483664 kJ



3.3Pembahasan Tabel 3.4 data hasil perhitungan kalor daya



T1 DB



T1 WB



h1



T2 DB



T2 WB



h2



Q



kecepatan putar fan



(℃)



(℃)



(kj/kg)



(℃)



(℃)



(kj/kg)



30



29



28



89.904



28



27



85.219



0,60894kJ



40



28



26



80.692



27



26



80.736



1,9226448kJ



50



28



25



76.358



26



25



76.444



1,9684608kJ



30



33



31



105.223



35



34



122.892



5,376644kJ



40



33



32



110.881



37



36



136.071



12,319148kJ



50



34



32



110.826



38



36



136.008



19,9606496kJ



30



34



33



116.748



38



36



136.008



6,31576kJ



40



34



33



116.748



41



38



150.420



16,7989024kJ



50



34



33



116.748



44



41



174.911



45,9483664kJ



daya heater



0,5



1



Sistem pendingin udara ini biasa disebut sistem pendingin udara atau HVAC (Heating, Ventilating, and Air-Conditioning)Sistem HVAC merupakan salah satu sistem pemanas, sirkulasi udara dan pendingin yang biasanya terangkum dalam satu sistem. Tujuan dari sistem HVAC adalah untuk memberikan lingkungan yang nyaman bagi penghuninya dengan mengatur variabel-variabel yang ada di dalam ruangan udara yaitu variabel suhu, kelembaban, kecepatan dan kebersihan udara yang didistribusikan ke seluruh ruangan. [2] Pada praktikum ini memiliki Tujuan yaitu menganalisis kesetimbangan massa-energi pada proses termodinamika (pemanasan dan pendinginan) di dalam volume atur, menentukan laju kalor yang dilepaskan oleh koil pemanas pada duct AC unit beserta efisiensinya, serta menentukan properti termodinamis udara hasil pemanasan dan pendinginan dari analisis volune atur.[3]



Setelah melakukan praktikum dan perhitungan terhadap mencari T1&T2 Dry bulb Lalu T1& T2 wet bulb, pada setiap daya heater sebelum dan sesudah melewati koil, dan kecepatan putar fan yang berbeda-beda sesuai perintah yang telah di tentukan mulai dari daya evaporator sebesar 1.902kW lalu 0.5kW dan 1kW . setelah di dapatkan data suhu dari percobaan Analisis Volume Atur – Heating dan Cooling data tersebut di gunakan untuk mencari entalpi (h) menggunakan diagram psikometri dan baru lah praktikan bisa mencari laju kalor (Qcv) Data tersebut dapat di lihat pada tabel 3.4 sebagai berikut. Ternyata dari hasil perhitungan nilai Qcv daya evaporator memiliki laju kalor dengan rata-rata 1,5000152 dan untuk daya 0.5kW dengan rata-rata sebesar 12,5521472 lalu untuk daya 1kW memiliki laju kalor dengan rata-rata 23,0210096 maka hasil dari praktikum ini menunjukan bahwa hasil laju kalor pada tidak sesuai dengan teori yang menyatakan semakin kecil bila terjadi penambahan kecepatan putaran fan. Lalu dilihat pada hasil perhitungan, nilai perubahan entalpi pada evaporator bertanda positif adalah 4,685. Hal tersebut menunjukkan terjadinya peningkatan suhu. Lalu dilihat dari hasil perhitungan pada heater, ternyata nilai Qcv sebanding dengan laju usaha atau daya W. Daya yang lebih besar memiliki nilai laju kalor yang lebih besar dari pada heater dengan daya yang lebih kecil. Hasil perhitungan praktikum ini tentunya dipengaruhi dengan beberapa factor seperti temperature pada thermometer raksa dry bulb dan wet bulb, daya, massa jenis udara, kecepatan putaran fan dan luas permukaan penampang. Lalu saat melakukan percobaan terdapat proses fisis yang mempengaruhi performansi heating coil. Dari factor fisis itulah yang menyebabkan kurangnya keakuratan pada hasil analisis. Proses fisis tersebut antara lain suhu pada lingkungan pada ruangan praktikun yang dapat mempengaruhi alat praktikum yaitu thermometer raksa yang digunakan.



BAB 4 KESIMPULAN 4.1 kesimpulan Dari data yang didapat dan pembahasan yang telah di lakukan, kesimpulan dari praktikum ini adalah sebagai berikut: 1. Proses termodinamika di dalam volume atur pada sistem tertutup HVAC dapat dianalisis dengan neraca massa-energi yang mana tidak terdapat perpindahan massa yang melewati batas sistem, perpindahan energi yang terjadi hanya berupa kalor dan kerja. 2. Laju kalor Qcv yang yang melewati heating coil pada duct AC lab unit evaporator adalah 0,60894kJ; 1,9226448kJ; 1,9684608kJ, pada heater 0,5 kW adalah 5,376644kJ; 12,319148kJ; 19,9606496kJ, dan pada heater 1 kW adalah 6,31576kJ; 16,7989024kJ; 45,9483664kJ. 3. Perbedaan nilai laju kalor diakibatkan oleh beberapa faktor properti termodinamis yaitu perbedaan suhu, entalpi, daya, dan laju massa. 4.



Proses fisis yang mempengaruhi performansi heating coil. Dari factor fisis itulah yang menyebabkan kurangnya keakuratan pada hasil analisis. Proses fisis tersebut antara lain suhu pada lingkungan pada ruangan praktikun yang dapat mempengaruhi alat praktikum yaitu thermometer raksa yang digunakan.



4.2 saran Saran yang diperoleh pada praktikum ini adalah sebagai berikut: 1. Mahasiswa mengalami kebingungan dalam mencari data yang hanya melihat video tanpa benar-benar melakukan praktikum dan hanya langsung mendapatkan data, diharapkan untuk kedepannya mahasiswa dapat melakukan praktikum secara langsung.



Daftar Pustaka [1]



D. A. Kristanto and J. T. Fisika, “Analisis Volume Atur ( 2 ) – Combined,” no. 2.



[2]



I. el Hurry, “STUDI SISTEM AUTOMATIK PADA GEDUNG UNTUK SISTEM HVAC(HEATING SYSTEM, VENTILATING AND AIR CONDITIONING) BERBASIS DIRECT DIGITAL CONTROLLER (STUDI KASUS PADA PABRIK ‘X’ DI CIBITUNG),” 2009.



[3]



P. Manufaktur, L. P. Manufaktur, P. Studi, T. Industri, F. T. Industri, and U. M. Indonesia, “Modul praktikum,” 2021.