Pengujian Untuk kerja AC Domestik dengan Refrigeran R 22 dan HCR 22 pada Variasi beban Pendinginan Evaporator dan Laju Pendinginan Kondensor

commit to user

SKRIPSI

PENGUJIAN UNTUK KERJA AC DOMESTIK DENGAN REFRIGERAN R-22 DAN HCR-22 PADA VARIASI BEBAN PENDINGINAN EVAPORATOR DAN

LAJU PENDINGINAN KONDENSOR

Oleh :

Heru Prasetya

NIM. I.1405510

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2009

commit to user

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Negara Indonesia adalah negara yang terletak di garis katulistiwa yang mempunyai dua musim yaitu musim hujan dan musim kemarau. Penyinaran sinar matahari untuk negara di garis katulistiwa lebih lama dibandingkan negara subtropis, sehingga suhu di Indonesia cenderung panas. Hal ini sangat cocok untuk mengembangkan alat atau mesin pendingin khususnya mesin pendingin ruangan.

Aplikasi sistem refrigerasi saat ini meliputi bidang yang sangat luas, mulai dari keperluan rumah tangga, pertanian, sampai ke industri gas, petrokimia, perminyakan, dan sebagainya. Berbagai jenis mesin refrigerasi yang bekerja berdasarkan berbagai proses dan siklus dapat ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan saat ini adalah mesin refrigerasi siklus kompresi uap. Sistem pendingin dengan siklus kompresi uap di butuhkan suatu zat pendingin dalam hal ini penggunaan refrigerant.

Sejak ditemukan pada sekitar tahun 1930 hingga pertengahan dekade 1970-an, dampak penggunaan refrigerant sintetik (seperti refrigerant chlorofluorocarbon - CFC dan hydrochlorofluorocarbon-HCFC) belum menjadi masalah lingkungan. Hal ini bukan berarti penggunaan refrigerant tersebut tidak mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan, tetapi lebih disebabkan terbatasnya pengetahuan dan kesadaran lingkungan pada saat itu. Dengan bertambahnya pengetahuan dan kesadaran lingkungan, ternyata penggunaan refrigerant sintetik tersebut menimbulkan masalah terhadap lingkungan. Refrigerant yang semula dipandang sangat ideal dan sempurna, kini dipandang berbahaya sehingga perlu dihapus penggunaannya.

Menyadari berbahayanya dampak yang ditimbulkan oleh refrigerant sintetik (CFC dan HCFC), maka telah dilakukan beberapa tindakan untuk membatasi penggunaan CFC dan senyawa perusak ozon lainnya yaitu dengan mengganti refrigerant sintetik dengan refrigerant alternatif seperti

commit to user

HCR atau amonia (R-717), dan air (R-718). Selain itu masyarakat dunia juga mengadakan berbagai kesepakatan internasional untuk melindungi lapisan ozon terhadap kerusakan yang disebabkan oleh bahan perusak ozon. Di Indonesia sendiri, pemerintah telah mengeluarkan beberapa ketetapan yang mengatur pembatasan impor bahan perusak lapisan ozon.

Pengujian terhadap hidrokarbon sebagai refrigerant ini secara laboratorium telah dilakukan oleh laboratorium termodinamika ITB, UI dan LIPI, dalam pengujian tersebut alat ekspansi yang digunakan adalah jenis katup ekspansi termostatik yang secara otomatis dapat menyesuaikan dengan kapasitas beban pendinginan. Alat ekspansi jenis termostatik tersebut dapat dengan mudah di set ulang, tetapi untuk alat ekspansi yang berupa pipa kapiler, debit refrigerant tidak bisa disesuaikan dengan kapasitas bebannya dan tidak dapat diset ulang.

1.2. Perumusan Masalah

Bagaimanakah pengaruh variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di kondensor terhadap unjuk kerja AC Domestik dengan refrigerant R-22 dan HCR-22.

1.3. Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut :

1. Refrigerant yang digunakan dalam pengujian ini adalah R-22 dan HCR-22.

2. Pengujian unjuk kerja mesin AC domestik dilakukan dengan putaran kerja kompresor yang konstan.

3. Penelitian dilakukan pada temperatur ruangan.

4. Pengujian tersebut dilakukan dengan alat peraga AC domestik, yang terdiri dari :

a.Kompresor hermetik b.Kondensor

c.Receiver

commit to user e.Evaporator

f.Bak Air

g.Pompa centrifugal h.Termostat

i. Akumulator

5. Penelitian ini menitikberatkan pada unjuk kerja mesin pendingin AC domestik dengan variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di kondensor serta pengambilan data percobaan berupa temperatur refrigerant dan air, tekanan refrigerant, dan laju aliran volume refrigerant dan air. Data percobaan tersebut kemudian di analisis sehingga akan dapat mengetahui karakteristik unjuk kerja AC Domestik dengan menggunakan refrigerant R-22 dan HCR-22.

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menguji unjuk kerja AC domestik dengan refrigerant R-22 dan HCR-22.

2. Mengetahui pengaruh variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di kondensor terhadap unjuk kerja AC domestik.

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :

1. Mampu memberikan pengetahuan baru yang dapat berguna dalam bidang refrigerasi dan pengkondisian udara.

2. Memberikan acuan bagi pengguna AC domestik dalam penghematan energi yang ramah lingkungan

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :

1. Mampu memberikan pengetahuan baru yang dapat berguna dalam bidang refrigerasi dan pengkondisian udara.

commit to user

2. Dapat mencegah terjadinya kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh bahan perusak ozon.

3. Memberikan acuan bagi pengguna AC domestik dalam memilih refrigerant yang hemat energi dan ramah lingkungan.

4. Menciptakan keamanan dan kenyamanan pengguna AC domestik dengan pemilihan refrigerant yang tepat pada AC domestik.

1.6. Sistematika Penulisan

Agar mempermudah dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini, penulis menyusun laporan dengan urutan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini terdiri dari: latar belakang penelitian, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisi tentang tinjauan pustaka dari penelitian-penelitian terdahulu dan dasar teori mengenai refrigerasi dan mesin refrigerasi, siklus refrigerasi, komponen AC domestik, dan cairan pendingin (refrigerant). BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini terdiri dari : bahan yang diteliti, mesin dan alat yang digunakan dalam penelitian, tempat penelitian serta pelaksanaan penelitian yang terdiri dari persiapan alat dan pengujian alat uji. Pengujian alat uji dilakukan dengan mengambil data tekanan, temperatur, laju aliran massa refrigerant, laju aliran massa air evaporator dan kondensor, tegangan dan arus listrik kompresor.

BAB IV DATA DAN ANALISIS

Bab ini terdiri dari: data hasil pengujian dan analisis data hasil pengujian. Hasil pengujian akan digunakan dalam perhitungan: kapasitas refrigerasi sesungguhnya, laju pendinginan, daya kompresor dan COP sesungguhnya . Dalam bab ini juga berisi pembahasan mengenai perhitungan yang telah dilakukan.

BAB V PENUTUP

commit to user

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

R-22 adalah refrigerant yang mempunyai titik didih pada tekanan atmosfer yaitu -40,8oC. Yang dikembangkan mula-mula sebagai bahan pendingin temperatur rendah. Pada temperatur yang sama, tekanan R-22 lebih tinggi daripada HCR-22. Tetapi kebutuhan energi keduanya kira-kira hampir sama. Karena temperatur keluar R-22 yang tinggi, temperatur hisap panas lanjutnya dijaga agar tetap minimum.

Sebagai salah satu refrigerant alternatif, dipilih refrigerant HC (Hydro Carbon), yaitu propana (C3H8), karena refrigerant tersebut selain memiliki

ODP = 0 juga mempunyai GWP yang lebih rendah dan merupakan refrigerant alternatif jangka panjang karena refrigerant tersebut lebih ramah terhadap lingkungan dan bebas unsur Cl dan F (Ecofrig, 2000).

Refrigerant HC mempunyai sifat beracun yang rendah tetapi sangat mudah terbakar. Oleh karena itu sebagai tindakan pencegahannya yaitu untuk tidak menyalakan api atau sejenisnya dalam mengisi dan mencari kebocoran dari sistem refrigerasi tersebut.

Sistem refrigerasi ruangan yang berukuran sedang menggunakan katup ekspansi thermostatik bertujuan untuk mempertahankan jumlah cairan yang mendekati konstan di dalam evaporator. Bila jumlah refrigerant berkurang, lebih banyak volume di dalam pipa evaporator yang terbuka yang membuat refrigerant dipanaskan lanjut, sehingga membuka katup lebih banyak. Katup ekspansi thermostatik mengatur laju aliran refrigerant cair yang besarnya sebanding dengan laju penguapan di dalam evaporator (Stoecker, W.F. & Jones, J.W., 1992).

PT. Citra Total Buana Biru (2005) mengadakan penelitian mengenai unjuk kerja dari refrigerant hidrokarbon. Hycool bekerja dengan efektif dalam proses pendinginan dengan volume yang lebih sedikit dapat dicapai performance proses yang lebih cepat. Hal ini menyebabkan kompresor tidak harus bekerja keras setiap saat untuk mencapai pendinginan yang

commit to user

diperlukan. Dengan Hycool mesin menjadi hemat energi listrik maupun bahan bakar dibandingkan freon. Selain itu Hycool dapat digunakan sebagai pengganti langsung freon (drop in substitute).

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Refrigerasi dan Mesin Refrigerasi

Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga temperaturnya berada di bawah temperatur lingkungan. Mesin refrigerasi atau mesin pendingin adalah mesin yang dapat menimbulkan efek refrigerasi tersebut, sedangkan refrigerant adalah zat yang digunakan sebagai fluida kerja dalam proses penyerapan panas.

Mesin refrigerasi siklus kompresi uap merupakan jenis mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan saat ini. Pada siklus ini uap ditekan, dan kemudian diembunkan menjadi cairan, lalu tekanannya diturunkan agar cairan tersebut dapat menguap kembali. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin (contoh udara) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi.

Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki beberapa keuntungan, pertama sejumlah besar energi panas yang ada di ruang yang dikondisikan udaranya digunakan untuk merubah fase cair menjadi fase uap di sepanjang evaporator, oleh karena itu panas yang diserap dari ruang yang disejukkan dapat dibuang melalui kondensor. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikkan suhu fluida kerja ke suhu berapapun yang akan di dinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya.

Secara umum bidang refrigerasi mencakup kisaran temperatur sampai dengan 123 K. sedangkan proses-proses dan teknik yang beroperasi pada kisaran temperatur di bawah 123 K disebut Kriogenika (cryogenics). Perbedaan ini disebabkan karena adanya fenomena-fenomena khas yang terjadi pada temperatur di bawah 100 K dimana pada

commit to user

kisaran temperatur ini gas-gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, dan helium dapat mencair. (Training Manual, 2004)

Mesin refrigerasi siklus kompresi uap merupakan jenis mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan saat ini. Mesin refrigerasi ini terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator.

Berdasarkan aplikasinya mesin refrigerasi dapat dikelompokkan sebagai berikut:

Tabel 2.1. Aplikasi mesin refrigerasi

Jenis Mesin Refrigerasi Contoh

Refrigerasi domestik Lemari es, dispenser air

Refrigerasi komersial Pendingin minuman botol, box es krim, lemari pendingian supermarket

Refrigerasi industri Pabrik es, cold storage, mesin pendingin untuk proses industri

Refrigerasi transport Refrigerated truc, train and container Pengkondisian udara domestik AC Window, AC split, dan AC control dan komersial

Chiller Water cooled and air cooled chillers Mobile Air Conditioning AC mobil

Sumber: Training Manual, 2004

2.2.2. Siklus Kompresi Uap Standar

Di dalam siklus kompresi uap standar ini, refrigerant mengalami empat proses ideal, sesuai dengan gambar dibawah ini:

KATUP EKSPANSI

3

2

s 1

2

1 4

4 3

KOMPRESOR

EVAPORATOR KONDENSOR

T

Qin

Qout

(a) (b)

Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap Standar: (a) Diagram alir proses, (b) Diagram temperatur-entropi

commit to user 1. Proses 1-2

Refrigerant meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan yang lebih tinggi (tekanan kondensor). Kompresi ini diperlukan untuk menaikkan temperatur refrigerant, sehingga temperatur refrigerant di dalam kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungannya. Dengan demikian perpindahan panas dapat terjadi dari refrigerant ke lingkungan. proses kompresi ini berlangsung secara isentropik (adiabatik dan reversibel).

2. Proses 2-3

Setelah mengalami proses kompresi, refrigerant berada dalam fasa panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lingkungan. hal ini dilakukan pada penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigerant mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fluida pendingin (udara) dengan temperatur lebih rendah daripada temperatur refrigerant. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigerant ke fluida pendingin dan sebagai akibatnya refrigerant mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh, selanjutnya mengembun menjadi wujud cair jenuh. Proses ini berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan.

3. Proses 3-4

Refrigerant, dalam wujud cair jenuh (tingkat keadaan 3, gambar 2.1), mengalir melalui alat ekspansi. Refrigerant mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara tak-reversibel. Selanjutnya refrigerant keluar dari katup ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur sama dengan tekanan serta temperatur evaporator.

4. Proses 4-1

Refrigerant, dalam fasa campuran uap-cair, mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigerant haruslah lebih rendah daripada temperatur lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan), sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja ke dalam refrigerant. Kemudian refrigerant yang masih berwujud cair menguap di dalam evaporator dan selanjutnya refrigerant meninggalkan evaporator dalam

commit to user 3

4’

3’ 2’

Panas lanjut Penurunan

tekanan Penurunan tekanan bawah dingin

h 1’

P

Siklus aktual

Siklus standar

4

2

1

fasa uap jenuh. Proses penguapan tersebut berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan.

2.2.3. Siklus Kompresi Uap Aktual

Pada kenyataannya siklus kompresi uap mengalami penyimpangan dari kompresi uap standar, sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Perbedaan penting siklus kompresi uap aktual dari siklus standar, adalah:

1. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator.

2. Adanya proses pembawah dingin (sub-cooling) cairan yang meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi.

3. Pemanasan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki kompresor.

4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik)

5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.

Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi proses ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah analisis siklus secara teoritik.

commit to user

2.2.4. Prinsip Kerja AC Domestik (Domestic Air Conditioning)

Pada dasarnya sistem AC domestik bekerja berdasarkan siklus refrigerasi kompresi uap. AC domestik adalah suatu mesin yang digunakan untuk:

1. Mengontrol temperatur 2. Mengontrol sirkulasi udara 3. Mengontrol kelembaban

4. Memurnikan udara (purification)

Mesin refrigerasi mempertahankan kondisi baik suhu dan kelembabannya agar nyaman dengan cara sebagai berikut:

1. Pada saat suhu ruangan tinggi, AC akan mengambil panas dari udara sehingga suhu di ruangan turun (disebut pendinginan). Sebaliknya saat suhu ruangan rendah AC akan memberikan panas ke udara sehingga suhunya naik (disebut pemanasan).

2. Bersamaan dengan itu kelembaban udara juga dapat diatur, sehingga kelembaban udara dapat dipertahankan.

Dengan demikian untuk menunjang kerja mesin refrigerasi tersebut, diperlukan cooler (penyejuk), heater (penghangat), dan ventilator. AC domestik ini terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Susunan empat komponen tersebut secara skematik ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

commit to user

2.2.5. Komponen AC Domestik

Pada sistem AC (Air Conditioner) domestik terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut:

1. Sistem sirkulasi refrigerant (kompresor, kondensor, evaporator, dan katup ekspansi ataui pipa kapiler).

2. Peralatan yang membantu sistem beroperasi dengan unjuk kerja (Filter/receiver-dryer, thermostat, fan, iddle-up device).

3. Peralatan yang dapat bereaksi ketika masalah terjadi pada sistem (pressure relieve valve dan pressure switch).

Susunan komponen AC domestik dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.4. Susunan komponen AC domestik sistem siklus kompresi uap

2.2.5.1. Kompresor

Kompresor berfungsi mengalirkan serta menaikkan tekanan refrigerant dari tekanan evaporasi ke tekanan kondensasi. Meningkatnya tekanan berarti menaikkan temperatur. Uap refrigerant bertekanan tinggi di dalam kondensor akan cepat mengembun dengan cara melepaskan panas ke sekelilingnya.

Kompresor mesin refrigerasi dapat dikelompokkan berdasarkan gerakan rotor dan berdasarkan letak motor - kompresor. Jenis kompresor berdasarkan gerak rotor adalah:

commit to user

1. Kompresor perpindahan positif (positive displacement): a. Kompresor torak (reciprocating)

b. Kompresor rotary, seperti: kompresor ulir (screw), kompresor roller, dan kompresor bilah sudu (vane).

2. Kompresor sentrifugal

Jenis kompresor berdasarkan letak motor dan kompresor adalah: 1. Kompresor tipe terbuka (open type compressor)

2. Kompresor hermetic 3. Kompresor semi hermetic

Gambar 2.5. Kompresor hermetik tipe rotary (Matshusita Rotary Compresor)

commit to user

Tabel 2.2. Keterangan gambar kompresor hermetik tipe rotary (Matshusita Rotary Compresor)

No. Gambar Keterangan No. Gambar Keterangan

1 Discharge Tube 8 Upper Bearing

2 Suction Tube 9 Piston

3 Glass Terminal 10 Cylinder

4 Shell 11 Base

5 Stator 12 Oil Pump

6 Rotor 13 Lower Bearing

7 Shaft 14 Accumulator

Dari penelitian ini kompresor yang digunakan tipe hermetik dimana kompresor tersebut mempunyai tingkat kerapatan yang baik dan tidak mudah bocor hal ini dikarenakan motor dan kompresornya dimasukan bersama-sama dalam rumah kompresor.

Kompresor yang dipakai dalam penelitian ini dengan merk dagang Panasonic Industrial Company K-series 7070817 dengan daya 2 hp, dan di bawah ini tabel operasional penggunaanya.

Tabel 2.3. (Panasonic Industrial Company)

114 psig (8 kg/cm2G)

240°F (115°C)

377 psig (26,5 kg/cm2G)

99°F (35°C)

265°F (130°C)

motor winding temperature

Maksimum Operating Condition suction pressure

dischage temperature dischage presssure return gas temperature

2.2.5.1.2 Pelumas Kompresor

Oli kompresor diperlukan untuk melumasi bantalan-bantalan kompresor (bearing), dan komponen yang bergerak dan bergesekan. Selain itu pelumas kompresor juga harus dapat bersirkulasi bersama-sama refrigerant melewati komponen-komponen utama AC, sehingga harus digunakan pelumas khusus yang dapat bercampur dengan refrigerant dan tidak membeku pada temperatur masuk evaporator.

commit to user

Jenis pelumas yang digunakan harus sesuai dengan refrigerant yang digunakan dalam penelitian ini yaitu Suniso 4G DID warna putih. Yang mana pelumas tersebut telah dirokemadasikan dari pabrikan pembuatan kompresor dengan Refrigerant R-22 dan HCR-22.

Kandungan minyak pelumas di dalam kompresor tidak boleh terlalu banyak atau sedikit. Jika jumlah pelumas terlalu banyak, maka pelumas akan menempel pada dinding pipa kondensor dan evaporator sehingga menghalangi perpindahan kalor. Akibatnya kapasitas pendinginan akan menurun. Jika pelumas dalam kompresor terlalu sedikit maka akan menyebabkan temperatur kompresor meningkat, komponen cepat aus dan rusak akibat temperatur yang tinggi.

2.2.5.2. Kondensor

Kondensor digunakan untuk mendinginkan gas refrigerant yang telah ditekan dan bersuhu tinggi, serta mengubahnya menjadi cairan refrigerant. Sejumlah panas dilepaskan ke udara bebas melalui kondensor. Hal ini akan mempengaruhi efek pendinginan di evaporator, karena itu kondensor diletakkan di bagian atas dari dinding bagian luar ruang untuk mendapatkan pendinginan dari kipas kondensor dan aliran udara selama AC domestik beroperasi. (Buku Pedoman Denso)

Gambar 2.6. Mekanisme kerja kondensor

Untuk memperbaiki kapasitas pendinginan dan mengurangi berat dan ukuran kondensor, beberapa tipe kondensor telah dikembangkan, antara lain:

· Tipe laluan tunggal (single pass)

· Tipe laluan ganda (two passage)

· Tipe tiga laluan (three passage)

commit to user

Sight glass

Out In

Receiver Tube

Receiver Body Dryer

Desiccant Filter

Tipe media pendinginannya antara lain :

· Tipe pendingin udara (air cooled condenser)

· Tipe pendingin air (water cooled condenser)

Kondensor yang digunakan pada penelitian ini merupakan water cooled condenser, yaitu kondensor yang menggunakan air sebagai media pendinginnya. Selain itu, pelaksanaan perpindahan panasnya dilakukan dengan aliran air yang dipaksakan (force draught condenser) dengan menggunakan pompa sebagai pengalir air pendingin pada kondensor.

2.2.5.3. Receiver / Filter-Dryer

Receiver adalah komponen yang digunakan untuk menyimpan atau menampung sementara cairan refrigerant. Dryer dan filter di dalam receiver akan menyerap air dan kotoran yang terbawa bersirkulasi bersama refrigerant.

Prinsip kerja dari receiver dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Receiver memisahkan refrigerant dalam bentuk gas dari cairan refrigerant oleh perbedaan berat dan memastikan bahwa aliran yang mengalir ke katup ekspansi dalam fasa cair.

2. Dryer juga berisi desiccant yang berfungsi menyerap uap air yang masuk ke dalam sistem DAC (Domestic Air Conditioning) pada saat servis atau karena adanya kebocoran dan kevakuman pada sisi tekanan rendah. Untuk sistem DAC R-22 desiccant yang digunakan adalah silica gel.

3. Sight glass dipasang diatas receiver untuk mengetahui kondisi jumlah refrigeran di dalam DAC. Jumlah refrigerant yang diisikan ke dalam sistem sirkulasi penting artinya pada efisiensi pendinginan AC. Sight glass juga bisa dipasang pada liquid tube diantara receiver dan katup ekspansi.

Gambar 2.7. Konstruksi Receiver (Training Manual, 2004)

commit to user

4. Saringan (filter) dikonstruksi berupa tabung silinder yang di dalamnya terdiri dari silica gel dan screen. Silica gel berfungsi menyerap kotoran dan air. Sedangkan screen terbuat dari kawat kasa yang halus dan berguna untuk menyaring kotoran di dalam sistem seperti kerak las, karat dan lain-lain.

2.2.5.4. Katup Ekspansi (Expansion Valve)

Setelah melewati receiver cairan refrigerant mengalir ke orifice (lubang kecil yang tiba-tiba membesar yang disebut katup ekspansi) akibat dari cairan yang salurannya tiba-tiba membesar, maka kecepatan refrigerant akan rendah sehingga tekanan menjadi tinggi dan temperatur menjadi rendah dengan wujud kabut (cair dan uap).

Terdapat dua jenis katup ekspansi, yaitu: 1. Tipe tekanan tetap (constant pressure) 2. Tipe sensor panas (thermal=thermostatic). a. Jenis Internal Equalizing

b. Jenis External Equalizing

c. Jenis Box/Blok (dengan kontrol temperatur dan tekanan)

Katup ekspansi tipe thermal inilah yang banyak digunakan pada sistem AC domestik dengan daya yang besar. Hampir seluruh sistem AC domestik dengan daya yang besar menggunakan katup ekspansi sebagai alat untuk menurunkan tekanan. Belum ada AC domestik dengan daya yang besar yang menggunakan pipa kapiler. Pertimbangan penggunaan katup ekspansi adalah kondisi operasi beban yang berubah-ubah. Pada sistem AC domestik, perubahan beban pendinginan akan mengakibatkan berubahnya putaran kompresor. Jika digunakan pipa kapiler, perubahan laju aliran refrigerant akibat perubahan putaran kompresor tersebut tidak dapat dikontrol sehingga kondisi refrigerant keluar evaporator tidak dapat dikontrol. Lain halnya jika menggunakan katup ekspansi yang

commit to user

dilengkapi dengan sensing bulb dimana laju aliran refrigerant dapat dikontrol sehingga kondisi refrigerant selalu dalam keadaan super panas. Dengan demikian penggunaan katup ekspansi dapat mencegah terjadinya kerusakan kompresor akibat masuknya refrigerant cair.

Katup ekspansi ini akan mengatur jumlah aliran refrigerant yang diuapkan di evaporator, akibat dari pengaturan aliran refrigerant ini maka suhu ruangan dapat diturunkan berdasarkan beban panas yang ada pada evaporator. Pengaturan aliran ini dilakukan dengan cara mengatur bukaan celah katup sesuai dengan temperatur refrigerant keluar evaporator. Gerakan katup ini terjadi akibat adanya perbedaan tekanan, yaitu antara tekanan di dalam sensing bulb (Pf), dengan tekanan pegas (Ps), dan tekanan evaporator (Pe).

Pada beban pendinginan tinggi (temperatur pada ruangan tinggi), temperatur dan tekanan uap keluaran evaporator tinggi. Akibatnya temperatur dan tekanan pada sensing bulb juga tinggi. Selanjutnya uap bertekanan tinggi di dalam sensing bulb akan menekan katup ke bawah dari diafragma, sehingga katup terbuka lebar, memungkinkan refrigerant mengalir lebih banyak. Sebaliknya ketika beban pendinginan rendah, katup akan membuka sedikit sehingga aliran refrigeran kecil.

Pada penelitian ini digunakan Thermal expansion valve tipe internal equalizing type, yaitu ketika tekanan gas di dalam evaporator stabil, tekanan Pf diimbangi oleh tekanan Pe dan Ps. Pembukaan valve menjadi stationer dan refrigerant mengalir tetap.

commit to user

Gambar 2.10. Skema Katup Ekspansi Tipe Internal Equalizing (Training Manual, 2004)

2.2.5.5. Evaporator

Proses yang terjadi dalam evaporator adalah proses evaporasi, yaitu penguapan refrigerant fasa cair menjadi fasa uap. Kegunaan evaporator adalah kebalikan dari kondensor. Keadaan refrigerant sebelum katup ekspansi masih 100% cair. Segera setelah tekanan cairan turun, cairan mulai mendidih kembali sambil menyerap panas dari udara yang melewati sirip-sirip (fin) pendingin evaporator, dan mendinginkan udara.

Gambar 2.11. Konstruksi evaporator (Toyota Service training, 1995)

Evaporator terbuat dari bahan alumunium dan memiliki 3 tipe, yaitu: 1. Tipe Plate Fin

2. Tipe Serpentine 3. Tipe Drawn Cup

commit to user

Tipe evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe plate fin. Evaporator merupakan komponen yang penting dalam sistem AC. Konstruksi dan kondisi dari evaporator mempunyai efek yang besar pada efisiensi AC.

Pembekuan dan pembentukan es terjadi terutama pada sirip-sirip evaporator dan menjadi dingin sampai di bawah temperatur pengembunan, uap air mengembun dan menempel pada sirip evaporator dalam bentuk tetesan air. Bila pada saat ini sirip telah menuju dingin sampai pada suhu dibawah 0 oC (32 oF), air yang menempel dapat menjadi es. Bila hal ini terjadi efisiensi pemindahan panas pada evaporator akan turun, aliran udara yang melewati evaporator berkurang dan kemampuan pendinginan menjadi rendah.

2.2.6. Refrigerant

Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Bahan pendingin ini disebut dengan refrigerant. Refrigerant adalah suatu zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair atau sebaliknya dan dapat mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor.

Jenis-jenis refrigerant yang digunakan dalam sistim kompresi uap terdapat berbagai jenis refrigerant yang digunakan dalam sistim kompresi uap. Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida.

Syarat thermodinamika yang umum untuk refrigerant adalah: 1. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan.

2. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak pelumas, dan sebagainya.

3. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin.

4. Bila terjadi kebocoran, mudah diketahui dengan alat-alat yang sederhana maupun dengan alat detector kebocoran.

5. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah. 6. Mempunyai susunan struktur kimia yang stabil, tidak terurai.

7. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap evaporator sebesar-besarnya.

commit to user

9. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar tahanan aliran refrigerant dalam pipa sekecil mungkin.

10.Konstanta dielektrika dari refrigerant yang kecil, tahanan listrik yang besar serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. 11.Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigerant dapat dikelompokkan menjadi: 1. Kelompok refrigerant senyawa halokarbon. (R-11,R-12,R-22,R-134a) 2. Kelompok refrigerant senyawa organik cyclic.

(R-C316,R-C317,R-318)

3. Kelompok refrigerant campuran Zeotropik. (R-401A,R-402B,R-403B) 4. Kelompok refrigerant campuran Azeotropik. (R-500, R-502)

5. Kelompok refrigerant senyawa organik biasa. (R-600, R-600a, R-610, dsb)

6. Kelompok refrigerant senyawa anorganik. (R-702, R-704, R-717, dsb) 7. Kelompok refrigerant senyawa organik tak jenuh. (R-1130, R-1150,

R-1270)

Dibawah ini penggunaan beberapa refrigerant dalam kehidupan sehari-hari.

Tabel 2.4. Aplikasi refrigerant dalam kehidupan sehari-hari

Refrigeran Jenis kompresor Keterangan penggunaan

Amonia

Screw Unit pembuat es, ruang dingin, pendingin larutan garam, peti es, pendinginan pabrik kimia.

Reciprocating

R-11 Sentrifugal Pendingin air sentrifugal.

R-12 Sentrifugal _{Penyegar udara, refrigerasi pada} umumnya, pendinginan air sentrifugal ukuran besar, AC mobil.

R-12 Reciprocating R-12 Rotary

R-134a Reciprocating AC mobil

R-134a Screw AC mobil

R-22 Sentrifugal Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan, beberapa unit refrigerasi, unit temperatur rendah, pendinginan air sentrifugal temperatur rendah ukuran besar.

R-22 Reciprocating R-22 Scrol

R-22 Screw

R-500

Torak Refrigerasi pada umumnya,

pendinginan, pendingin air sentrifugal temperatur rendah

Sentrifugal Sumber: Training Manual, 2004

commit to user

Refrigerant yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFCs, kondenser evaporator disebut juga freons): R-11, R-12, R-21, R-22 dan R-502. Sifat-sifat bahan refrigerant tersebut diberikan dalam Tabel 2.4 dan 2.5 di bawah:

Refrigeran

Titik Didih**

Titik Beku

Tekanan Uap*

Volume

Uap* Entalpi*

(°C) (°C) (kPa) (m3/kg) Cair Uap

(kJ/kg) (kJ/kg)

R-11 -23.82 -111.0 25.73 0.61170 191.40 385.43 R-12 -29.79 -158.0 219.28 0.07702 190.72 347.96 R-22 -40.76 -160.0 354.74 0.06513 188.55 400.83 R-502 -45.40 - 414.30 0.04234 188.87 342.31 R-717

(Ammonia) -33.30 -77.7 289.93 0.41949 808.71 487.76 * Pada -10oC

* Pada Standar Tekanan Atmosfir (101,325 kPa)

Refrigeran

Tekanan Tekanan Perbandingan

Entalpi

Uap COP**carnot

Penguapan Kondensasi Tekanan (kJ/kg)

(kPa) (kPa)

R-11 20.4 125.5 6.15 155.4 5.03

R-12 182.7 744.6 1.08 116.3 4.7

R-22 295.8 1192.1 4.03 162.8 4.66

R-502 349.6 1308.6 3.74 106.2 4.37

R-717

(Ammonia) 236.5 1166.5 4.93 103.4 4.78

*Pada -15oC Suhu Penguapan, dan 30oC Suhu Kondensor

*COP carnot = Koefisien Kinerja = Suhu.Penguapan / (Suhu.Kondensor-Suhu.Penguapan)

Tabel 2.5. Sifat-sifat refrigerant yang biasa digunakan (Arora, C. P., 2000).

Tabel 2.6. Kinerja refrigerant yang biasa digunakan ( Arora, C.P., 2000 ).

commit to user

Tabel 2.7. Perbandingan refrigerant Sintetik dengan Refrigerant Hycool. No. Data Refrigeran Refrigeran Sintetik Hycool®

R-12

R-134a R-22

HCR-12 HCR-134a HCR-22 1 Moleccular weight 120.9 102.0 52.1 52.1 44.7 2 Boiling @ atmosphere (oC) -29.8 -26.4 -49.8 -36.0 -36.0 -41.8 3

Specific heat of liquid @ 30oC

(kJ/kgoK) 0.99 1.45 1.27 2.54 2.54 2.80 4

Specific heat of vapor at

conmstant pressure @ 30oC 0.62 0.86 - 1.70 1.70 - 5

Ratio of specific heats (Cp/C)

@ 1 atm. 30oC 1.136 1.118 1.18 1.116 1.116 1.10 6

Density of liquid @ 30oC

(Mg/m3) 1.292 1.187 1.170 0.517 0.517 0.484 7

Density of saturated vapor at

boiling point (kg/m3) 6.3 5.3 4.7 2.6 2.6 2.4 8

Latent heat of vaporization at

boiling point (kg/m3) 165 217 233 405 405 426 9

Thermal conductivity of liquid

@ 30oC (W/moC) 0.07 0.08 0.09 0.1 0.1 0.09 10

Thermal conductivity of vapor

@ 30oC (W/moC) 0.01 0.015 0.013 0.018 0.018 0.019 11

Surface Tension @ 25oC

(mN/m) 8.5 8.4 8.1 8.6 8.6 7.03

12

Viscosity of liquid @ 30oC

(centipoise) 0.19 0.20 0.15 0.11 0.11 0.09 13

Viscosity of vapor at 1 atm,

30oC (centipoise) 0.013 0.012 0.013 0.008 0.008 0.006

Refrigerant sintetik seperti kelompok refrigerant halokarbon yang memiliki sifat-sifat teknis yang sangat baik ternyata menimbulkan efek perusakan lingkungan hidup. Refrigerant ini mempunyai kontribusi terhadap perusakan lapisan ozon atau pemanasan global. Nilai ODP (Ozone Depleting Potential), GWP (Global Warming Potential) dapat dilihat pada Gambar 2.12 dan Gambar 2.13. sedangkan umur refrigerant tersebut di atmosfer ditunjukkan pada Gambar 2.14 1.00 1.00 1.07 0.80 0.52 0.74 0.29 0.06

0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 R -1 1 R -1 2 R -1 1 3 R -1 1 4 R -1 1 5 R -5 0 0 R -5 0 2 R -2 2 R -1 2 3 R -3 2 R -1 2 5 R -1 3 4 a R -1 4 3 a R -7 1 7 R -7 4 4 H C O D P

Gambar 2.12. Nilai ODP berbagai refrigerant. (Training Manual, 2004)

commit to user

Gambar 2.13. Nilai GWP berbagai refrigerant. (Training Manual, 2004)

Gambar 2.14. Umur berbagai refrigerant di atmosfer. (Training Manual, 2004)

Dari Gambar 2.12 dan 2.13 diatas dapat terlihat bahwa refrigerant halokarbon (R-11, R-12, R-22, dsb) yang telah dilarang pada umumnya mempunyai nilai ODP dan GWP yang tinggi. Jadi refrigerant ini selain merusak ozon juga menimbulkan efek pemanasan global. Dari gambar tersebut juga dapat terlihat bahwa refrigerant HCFC (R-22) yang nilai ODPnya kecil tetapi memiliki GWP yang relatif besar. Refrigerant non CFC seperti R-134a meskipun mempunyai ODP yang bernilai nol tetapi memiliki GWP 1300 yang setara dengan 1,3 ton CO2. Refrigerant alamiah seperti hidrokarbon dan CO2 memiliki baik

ODP dan GWP yang rendah. Dengan demikian refrigerant yang dipilih untuk digunakan dalam jangka panjang haruslah refrigerant yang memiliki ODP dan GWP yang kecil dan mempunyai umur yang pendek apabila terlepas ke atmosfer.

3 500 730 0

5000 920 0 9320

52 10 4510 17 00 93 650 280 0 1300 380 0

0 1 3 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 R -1 1 R -1 2 R -1 1 3 R -1 1 4 R -1 1 5 R -5 0 0 R -5 0 2 R -2 2 R -1 2 3 R -3 2 R -1 2 5 R -1 3 4 a R -1 4 3 a R -7 1 7 R -7 4 4 H C G W P 60 130 90 200 400 96 212 15 2 6 28 16 41 1 120 1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 R -1 1 R -1 2 R -1 1 3 R -1 1 4 R -1 1 5 R -5 0 0 R -5 0 2 R -2 2 R -1 2 3 R -3 2 R -1 2 5 R -1 3 4 a R -1 4 3 a R -7 1 7 R -7 4 4 H C L IF E T IM E I N AT M O S P HE RE , Y E AR S

commit to user

2.2.6.1. Refrigeran HCR-22

Refrigerant Hydrocarbon terbuat dari campuran yang terdiri dari : propane, normal butane, dan iso butane, termasuk dalam kategori HC refrigerant yang bebas klorin dan fluor sehingga tidak merusak lapisan ozon di atmosfer. ( Hycool, PT. Citra Total Buana Biru ). Selain itu, HCR-22 mempunyai global warming 100% lebih rendah dari HCFC refrigerant, sehingga efek rumah kaca dapat dihindari. Refrigerant HCR-22 mempunyai sifat-sifat termodinamika yang mirip dengan R-22. Nilai efek refrigerasi antara R-22 dengan HCR-22 tidak berbeda jauh. Oleh karena itu, Hycool HCR-22 adalah refrigerant yang sesuai sebagai pengganti penggunaan R- 22.

Tabel 2.8. Material Safety Data Sheet dari HCR-22.

( Hycool , PT. Citra Total Buana Biru, 2001)

IDENTIFICATION

Product Name: Hycool HCR-22 UN Number: 1075

Dangerous Good: Class 2 Subs diary Risk: None

Poisons Schedule: None Allocated Manufacture

Code: HCR-22

Refrigerant Class A3 Non Toxic Flammable

US NFPA

Classification Health:1 Flammability:3 Reactivity:0

Application standard: BS 4434-1995 AS/NS 1677-1998 SNI-06-6500-

SNI-06-6501.2-2000 SNI-06-6501.1-2000 2000

Use: A gas used as refrigerant for replacement of R-22, stored

Under pressure PHYSICAL PROPERTIES

Appearance Rapidly evaporating liquid or gas, colorless, and odorless

Normal Boiling Point (NBP) o_{C -41.8}

Density of liquid @ NBP kg/m3 549

Density of Vapor @ NBP kg/m3 _2.40

Melting Point oC -185

Solubility in water very slight

Vapor pressure at 20oC bar 8.37

Auto ignition temperature oC 450

Lower Flammability Limit % vol 2.1 in air

Upper Flammability Limit % vol 9.6 in air

Evaporation rate Rapid

% volatility % 100

INGREDIENT

Chemical entity Proportion

Propane 0 – 98 %

Normal butane 0 – 2 %

commit to user

2.2.7. Persamaan Dalam Perhitungan

Gambar 2.15. Diagram alir proses kompresi uap standar. (Training Manual, 2004)

2.2.7.1.Perhitungan Secara Ideal. (Moran, Michael J., & H. N. Shapiro, 2000) 1. COP siklus kompresi uap standar (COPR)

COPR = =

) .(

) .(

4 2

4 1

h h m

h h m

ref ref

-(2.1)

Dimana :

Qevap = Kalor yang diserap evaporator (kW)

Wkomp = Daya kompresor (kW)

= Laju aliran massa (kg/s)

h1 = Enthalpi gas refrigerant pada tekanan evaporator (kJ/kg)

h2 = Enthalpi gas refrigerant pada tekanan kondensor (isentropik)

(kJ/kg)

h4 = Enthalpi cairan refrigerant pada tekanan kondensor (kJ/kg)

2. Efek refrigerasi (q)

Efek Refrigerasi = h1 – h4 (kJ/kg) (2.3)

dimana:

h1 = Enthalpi gas refrigerant pada tekanan keluar evaporator (kJ/kg)

h4 = Enthalpi cairan refrigerant pada tekanan masuk evaporator (kJ/kg)

KATUP EKSPANSI

1 2

4 3

KOMPRESOR

EVAPORATOR KONDENSOR

Qin

Qout

Qevap

Wkomp

ref

commit to user ref

m&

2.2.7.2.Perhitungan Secara Aktual

1. COP Aktual.

COPaktual= = (2.4)

dimana:

h1’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator atau masuk kompresor

(kJ/kg)

h2’ = Enthalpi refrigerant keluar kompresor (kJ/kg)

h4 = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

2. Laju aliran massa aktual.

= r . Q (kg/s) (2.5)

dimana:

r = Densitas refrigerant (kg/m3) Q = Debit aliran refrigerant (m3/s)

3. Perhitungan aktual pada evaporator.

Efek refrigerasi (qaktual). (Stoecker, Wilbert F.,& J.W. Jones, 1996)

Efek refrigerasi = h1’ – h4’ (kJ/kg) (2.6)

dimana:

h1’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h4’ = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

Kapasitas refrigerasi (Qevap). (Moran, Michael J., & H. N. Shapiro, 2000)

Qevap = . (h1’-h4’) (kW) (2.7)

Dimana :

= Laju aliran massa refrigerant (kg/s)

h1’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h4’ = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

4. Perhitungan Laju Pendinginan Pada Kondensor ( Q )

air

air h

m

Q= . (kW) (2.8)

Dimana :

= Laju aliran air (kg/s)

kJ/kg = Enthalpi air di kondensor (kJ/kg) Qevap

Wkomp

. (h1’ – h4)

. (hm&ref 2’ – h1’)

ref

m&

ref

m&

ref

m&

commit to user

BAB III

PELAKSANAAN PENELITIAN

3.1. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Thermodinamika Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2. Perancangan dan Pembuatan

Dalam awal perencanaan pembuatan sistem refrigrasi harus diperhatikan tentang refrigerant yang dipakai, karena tiap kompresor mempunyai spesifikasi pemakaian refrigerant tersendiri. Untuk pemilihan refrigerant memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing oleh karena itu, diperlukan kebijakan dalam memilih refrigerant yang paling aman berdasarkan kepentingan saat ini dan masa yang akan datang.

Dalam penelitian ini refrigerant yang digunakan adalah HCR-22 dan R-22, untuk itu dibutuhkan perencanan jenis pemakain dari kompresor yang akan digunakan. Dibawah ini susunan perencanaan mesin refrigerasi yang digunakan dalam penelitian.

commit to user Keterangan Gambar :

1. Kompresor 2. Evaporator 3. Kondensor 4. Katup Ekspansi 5. Flow Meter

6. Filter dan Receiver

7. Pressure Guide dan Termocople 8. Pompa Air

9. Bak Penampung Air 10. Kran air

Setelah Proses perencanaan yang harus dilakukan adalah perakitan, pada proses perakitan terdiri dari beberapa tahap:

1. Pembuatan meja kerja untuk meletakkan kompenen dari AC Domestik 2. Pemotongan pipa, flaring dan swaging

3. Proses Pengelasan

Proses pengelasan pada pipa mesin pendingin adalah sebagai berikut : a. Bersihkan kedua permukaan pipa yang akan di las.

b. Rapatkan kedua permukaan pipa yang akan di las. c. Arahkan api di dalam pipa yang akan di las yang tebal.

d. Untuk pengelasan dengan bahan yang berlainan yang akan disambung maka pada waktu pengelasan, panas api kedua bahan tersebut harus sama-sama rata.

e. Panjang pipa yang akan disambung (las) masing-masing ± 5 cm.

f. Jika yang di las pada rak yang lubangnya besar maka dapat ditambal dulu baru di las.

g. Untuk hasil yang maksimal untuk pengelasan maka dibelakang pipa yang di las diberi tameng berupa genteng yang terbuat dari tanah.

commit to user

3.3. Alat dan Bahan Penelitian 3.3.1 Bahan penelitian

Pada penelitian ini refrigerant yang digunakan adalah: 1. Refrigerant R-22 (Dupont)

Gambar 3.2. Tabung Refrigerant R-22.

2. Refrigerant HCR-22 (Hycool)

Gambar 3.3. Tabung Refrigerant HCR-22

3.3.2 Alat Penelitian

Alat- alat yang menujang dalam penelitian ini dijelaskan di bawah ini.

1. Flowmeter

Flowmeter digunakan untuk mengukur debit dari aliran refrigerant. Flowmeter diletakkan diantara receiver dan katup ekspansi dengan tujuan agar refrigerant yang mengalir adalah dalam fase cair jenuh. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan disesuaikan dengan Flowmeter Calibration Data, yang tercantum dalam lampiran.

commit to user

Flowmeter yang digunakan adalah Variable Area Glass Flowmeter Dwyer tipe VA20440 dengan spesifikasi:

· Service : Compatible gases or liquid

· Flowtube : Borosilicate glass

· Floats : Stainless steeel

· End fittings : Anodized Alumunium

· O-rings : Fluoroelastomer

· Connections : Two 1/8 ” female NPT

· Temperature limits :121 oC

· Pressure limits :200 psig (13,8 bar)

· Accuracy :+ 2%

· Repeatability :+ 0,25% full scale

· Mounting : vertical

Gambar 3.4.Flowmeter

2. Termometer

Termometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah termometer digital, yang fungsinya untuk mengukur temperatur air keluar dan masuk bak pada evaporator dan kondensor.

commit to user 3. Fluke Power Quality Analyzer

Pada penelitian ini, fluke digunakan untuk mengukur daya dari motor listrik dan pompa.

Gambar 3.6.Fluke Power Quality Analyzer

4. Termokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur suhu refrigerant di dalam sistem refrigerasi. Termokopel yang digunakan adalah tipe T yang merupakan paduan dari copper dan constantan dengan ketelitian + 0,03oC. Termokopel ini mempunyai range temperatur antara -140 sampai 240oC. Pada penelitian ini termokopel dimasukkan ke dalam pipa kemudian dilem dengan lem apoxy dan plastic steel.

Gambar 3.7. Termokopel tipe T

Gambar 3.8. Pemasangan termokopel tipe T pada pipa termocopel

Plastic steel

pipa

Lem apoxy apoxy

commit to user 5. Reader Termokopel

Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang diukur oleh sensor termokopel.

Gambar 3.9.Reader Termokopel

6. Peralatan pendukung pengujian sistem AC domestik

6.1. Manifold Gauge, berfungsi untuk mengetahui tekanan dan mengatur aliran refrigerant serta memvakum dan mengisi refrigeran .

Gambar 3.10. Manifold gauge.

6.2. Flaring and sweaging, untuk memperbesar diameter ujung pipa.

commit to user

6.3. Leak detector, untuk mengetahui kebocoran pipa.

Gambar 3.12. Leak detector

6.4. Pembengkok pipa, untuk membengkokkan pipa.

Gambar 3.13. Pembengkok pipa

6.5. Kunci inggris, untuk mengunci atau membuka baut atau nut pipa.

Gambar 3.14. Kunci inggris

6.6. Tube cutter, untuk memotong pipa.

commit to user

6.7. Burner , perak las, dan gas Hi-cook, untuk mem-brazing pipa.

Gambar 3.16. Burner.

6.8. Kunci Pentil, untuk memutar pentil agar lebih erat (tidak bocor) serta untuk membuka pentil.

Gambar 3.17. Kunci Pentil

6.9. Pompa Vakum.

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigerant dari sistem sehingga dapat menghilangkan gas-gas yang tidak terkondensasi seperti udara dan uap air. Lama proses pemvakuman disarankan 30 menit, agar proses refrigrasi dalam sistem menjadi baik

commit to user

6.10. Timbangan ini digunakan untuk mengukur berat refrigerant yang akan diisikan kedalam sistem AC domestik.

Gambar 3.19. Timbangan digital.

3.4. Pelaksanaan Penelitian

Pengujian dilakukan pada sistem AC Domestik dengan variasi beban pendinginan di evaporator. Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan data berdasarkan variasi beban pendinginan adalah:

1. Tahap persiapan.

Persiapan dan pemasangan seluruh alat ukur yang digunakan dalam pengujian, seperti : flow meter, pressure gauge, thermocopel, Fluke Power Quality Analyzer.

2. Tahap pengujian.

a. Melakukan vakumisasi untuk mengeluarkan sisa-sisa refrigerant, kotoran-kotoran dari sistem refrigerasi tersebut.

b. Mengisi pelumas kompresor ke dalam sistem.

c. Sebelum dimulai, dilakukan pengecekan kebocoran dengan mengisi refrigerant sampai tekanan tertentu, kemudian dilakukan pengecekan pada katup tekan, bila terjadi penurunan tekanan maka terjadi kebocoran. d. Mengisi refrigerant sampai berat tertentu (R-22, 900 gram ) dan

mencatat berat refrigerant yang dimasukkan ke dalam sistem. e. Dipasang heater dengan daya 1000 W.

f. Percobaan dilakukan sebanyak 4 variasi laju pendinginan kondensor untuk setiap refrigerant, yaitu dengan mengatur bukaan katup air dengan debit air konstan (laju pendinginan kondensor) : ¼ (18,7429 kW), ½ (21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW)

commit to user g. Sistem AC domestik siap dijalankan. h. Nyalakan power supply.

i. Menjalankan dan mencatat tiap 10 menit sistem pengkodisian udara selama 1 jam.

j. Setelah itu, mencatat seluruh data temperatur refrigerant dan air, tekanan refrigerant dan laju aliran massa refrigerant dan air.

k. Data diperoleh sebanyak 6 kali per bukaan katup (laju pendinginan kondensor).

l. Mengulangi percobaan menggunakan heater dengan daya 2000 W. m. Percobaan dilakukan sebanyak 4 variasi laju pendinginan kondensor

untuk setiap refrigerant, yaitu dengan mengatur bukaan katup air dengan debit air konstan (laju pendinginan kondensor) : ¼ (18,7429 kW), ½ (21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW)

n.. Mengulangi langkah (f) – (k).

o. Mengulangi percobaan menggunakan heater dengan daya 3000 W. p. Percobaan dilakukan sebanyak 4 variasi laju pendinginan kondensor

untuk setiap refrigerant, yaitu dengan mengatur bukaan katup air dengan debit air konstan (laju pendinginan kondensor) : ¼ (18,7429 kW), ½ (21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW)

q. Mengulangi langkah (f) – (k).

r. Setelah melakukan pengujian, matikan semua power supply dan mengganti refrigerant yang akan diuji, yaitu HCR-22. Untuk refrigerant HCR-22, massa pengisian refrigerant 1/3 dari massa R-22.

s. Mengulangi langkah (a) – (r).

commit to user

3.5. Teknik Analisis Data

Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap:

· Coefficient of PerformanceRefrigeration (COPo)

· Laju Pendinginan Kondensor (q)

· Kerja Kompresor (W)

commit to user

3.6. Diagram Alir Penelitian

Pengambilan data Variasi beban pendinginan pada evaporator

dan laju pendinginan pada kondensor

Hasil dari refrigerant HFC-22

Analisa data

Hasil dari refrigerant

HCR-22

· Kapasitas Refrigerasi Sesungguhnya (q)

· Coefficient of Performance Sesungguhnya (COP)

· Laju Pendinginan Kondensor ( q )

· Kerja Kompresor (W) Mulai

Persiapan :

Alat penguji AC domestik, Refrigerant R-22, Refrigerant HCR-22

· Temperatur refrigerant dan air

· Tekanan refrigerant

· Laju aliran volume refrigerant dan air

Kesimpulan

Selesai Analisa

commit to user

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh unjuk kerja AC domestik dengan refrigerant R-22 dan HCR-22. Pengujian ini dilakukan dengan variasi beban pendinginan di evaporator dengan menggunakan heater dengan daya 1000 W, 2000 W dan 3000 W, serta pengaturan katup bukaan beban pendinginan di evaporator dan pengaturan katup bukaan laju pendinginan kondensor dengan bukaan katup air ¼ (18,7429 kW), ½ (21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW) di masing-masing katup air di evaporator dan kondensor. Parameter yang diambil dalam pengujian ini adalah tekanan, temperatur, laju massa refrigerant, suhu air keluar-masuk evaporator dan suhu air keluar-masuk kondensor, arus dan tegangan pada kompresor, serta debit air masuk evaporator dan debit air masuk kondensor. Waktu pengujian dilakukan selama 1 jam dan diambil tiap 10 menit agar dapat diketahui proses refrigerasi dalam sistem, yang mulai menuju ke kondisi yang stabil.

4.1. Pengolahan Data Pengujian

4.1.1. Menentukan Temperatur dan Tekanan Sistem AC Domestik

Selama pengujian perlu diatur bukaan katup sesuai dengan variasi pengujiannya. Di bawah ini adalah skema pengamatan suhu dan tekanan dari pengujian refrigeran R-22 dengan variasi beban pendinginan evaporator dan laju pendinginan kondensor :

commit to user

3 ₂

h P

4 1

Pkond

Pevap

4.1.2. Perhitungan Secara Ideal

Skema siklus kompresi uap standar:

Gambar 4.2. Diagram p-h siklus kompresi uap standar

Dalam perhitungan secara ideal, di bawah ini langkah-langkah perhitungan dan asumsi-asumsi yang digunakan :

3. Kondisi refrigerant masuk kompresor adalah uap jenuh 4. Kerja kompresi isentropik ( 1 2 )

5. Katup Ekspansi (terjadi proses throttling) ( 3 4 )

6. Tidak ada perubahan energi kinetik dan energi potensial pada semua komponen

7. Kondisi refrigerant keluar kondensor adalah cair jenuh 8. Proses pengembunan terjadi pada tekanan konstan ( 2 3 ) 9. Proses penguapaan terjadi pada tekanan konstan ( 4 1 )

4.1.3. Perhitungan Secara Aktual.

Pada siklus aktual terjadi perbedaan bila dibandingkan dengan siklus ideal, antara lain:

1. Terjadi penurunan tekanan pada proses kondensasi dan evaporasi.

2. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik)

commit to user Skema siklus aktual:

Gambar 4.3. Diagram p-h siklus aktual

4.2 Perhitungan dan Analisa

4.2.1 Menghitung Laju massa refrigerant, laju pendinginan kondensor dan enthalpi

4.2.1a. Laju massa refrigerant dari flowmeter Sesuai dengan persamaan maka: = r . Q (kg/s)

dimana:

r = Densitas refrigerant (kg/m3) Q = Debit refrigerant (m3/s)

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, bukaan katup air masuk di evaporator ¼, pada laju pendinginan kondensor dengan bukaan katup air di kondensor ¼ :

Dari kondisi cairan sub-cooled yang melewati flowmeter diperoleh: Debit, Q = 1,01E-05 m3/s

T = 28,1 ºC ρ= 1177,58kg/m3 P = 1,039 MPa

Sehingga : ref

m& = ρ .Q

= 1177,58kg/m3 x 1,01E-05 m3/s = 0,01195 kg/s

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel m&_refHCR-22 dan R-22

2’ 3’

4’

1’

ref

commit to user

Tabel 4.1. Laju massa refrigerant HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s) 1,60E-04 1,01E-05 28,1 1039,08 1177,58 0,01195 1,81E-04 9,82E-06 27,5 1018,39 1180,36 0,01193 2,23E-04 9,69E-06 27,1 990,812 1184,1 0,01197 2,94E-04 9,90E-06 27,2 990,812 1184,1 0,01210

ref m&

Tabel 4.2. Laju massa refrigerant HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 2000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s) 1,60E-04 1,04E-05 28,2 1045,97 1176,66 0,01225 1,81E-04 1,04E-05 27,8 1004,6 1182,22 0,01231 2,23E-04 1,04E-05 27,7 1004,6 1182,22 0,01230 2,94E-04 1,01E-05 27,2 983,917 1185,04 0,01195

ref

m

&

Tabel 4.3. Laju massa refrigerantHCR-22 untuk variasi beban pendinginan 3000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s) 1,60E-04 1,13E-05 28,9 1039,08 1177,58 0,01326 1,81E-04 1,13E-05 28,8 1004,60 1182,22 0,01333 2,23E-04 1,13E-05 28,7 1004,60 1182,22 0,01334 2,94E-04 1,10E-05 27,4 983,92 1185,0 0,01299

ref m&

Tabel 4.4. Laju massa refrigerant R-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s) 1,60E-04 2,14E-05 29,6 1259,72 1149,21 0,0246 1,81E-04 2,18E-05 29,6 1240,41 1151,6 0,0251 2,23E-04 2,16E-05 29 1252,82 1150,06 0,0249 2,94E-04 2,19E-05 28,9 11,97 1150,06 0,0252

ref m&

commit to user

Tabel 4.5. Laju massa refrigerant R-22 untuk variasi beban pendinginan 2000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s)

1,60E-04 2,18E-05 29,3 1266,61 1148,36 0,0250 1,81E-04 2,20E-05 29 1266,61 1148,36 0,0253 2,23E-04 2,21E-05 31,1 1287,3 1145,83 0,0254 2,94E-04 2,21E-05 31,4 1252,82 1150,06 0,0254

ref m&

Tabel 4.6. Laju massa refrigerant R-22 untuk variasi beban pendinginan 3000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s)

1,60E-04 2,29E-05 30,8 1314,88 1142,49 0,0262 1,81E-04 2,29E-05 29,4 1363,14 1136,73 0,0260 2,23E-04 2,26E-05 30,1 1363,14 1136,73 0,0257 2,94E-04 2,29E-05 31,7 1370,04 1135,91 0,0260

ref m&

4.2.1.b. Menghitung Laju Pendinginan Kondensor

Sesuai dengan persamaan maka:

Laju Pendinginan Kondesor (q) = ρair . Qair . hair kond (kW)

dimana:

r = Densitas air di kondensor (kg/m3) Q = Debit air di kondensor (m3/s) hair kond = enthalpi air di kondensor (kJ/kg)

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, bukaan katup air masuk di evaporator ¼, pada laju pendinginan kondensor dengan bukaan katup air di kondensor ¼

diperoleh:

Suhu air, tinkond = 26,8 oC ρair = 996,624 kg/m3

Debit, Q = 1,60.10-4 m3/s hair = 112,384 kJ/kg

Sehingga ;

q = ρair .Qair . hair (kW)

= 996,624 kg/m3 x 1,60.10-4 m3/s x 112,384 kJ/kg = 17,9495 kW

commit to user

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel laju pendinginan kondensor (q) HCR-22 dan R-22

4.2.1.c. Ideal

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,9495 kW :

Titik 1. Kondisi uap jenuh keluar evaporator P1 = 0,184 MPa h1 = hg = 438,90 kJ/kg

s1 = sg = 1,7850 kJ/kg K

Titik 2. Kondisi uap panas lanjut keluar kompresor P2 = 1,101 MPa h2 = 522,50 kJ/kg

s2 =s1 = 1,7850 kJ/kg K

Titik 3. Kondisi cairan jenuh keluar kondensor

P3 = P2 = 1,101 MPa h3= hf = 178,10 kJ/kg

Titik 4. Kondisi campuran uap dan cairan masuk evaporator h4 = h3 = 178,10 kJ/kg

Tabel 4.7. Enthalpi idealHCR-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 17,9495 438,9 1,785 522,2 178,1 178,1 20,2907 436,5 1,797 520,9 174,8 174,8 24,9080 435,3 1,792 521,5 171,5 171,5 32,8200 434,8 1,792 523,8 163,1 163,1 h3 h4

Beban Pendinginan 1000 W

h1 s1 h2

Tabel 4.8. Enthalpi idealHCR-22 untuk variasi beban pendinginan 2000 W

Laju Pendinginan

Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 18,0815 437,70 1,7890 523,70 172,30 172,30 20,4399 436,00 1,7940 523,40 170,80 170,80 25,0010 433,80 1,7900 522,20 170,00 170,00 32,9425 432,40 1,7990 522,80 168,50 168,50

h4

Beban Pendinginan 2000 W

commit to user

Tabel 4.9. Enthalpi idealHCR-22 untuk variasi beban pendinginan 3000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 17,9495 435,10 1,7920 523,20 174,50 174,50 20,2907 433,80 1,7920 522,80 170,00 170,00 25,0010 435,40 1,7920 524,40 173,80 173,80 32,9425 431,30 1,7970 524,00 171,50 171,50

h4

Beban Pendinginan 3000 W

h1 s1 h2 h3

Tabel 4.10. Enthalpi ideal R-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 19,5364 240,90 0,9584 286,30 86,13 86,13 22,0846 240,6 0,9572 286,7 86,11 86,11 27,2114 240,6 0,966 286,7 86,11 86,11 35,8550 240,1 0,9751 286,8 85,72 85,72 h4

Beban Pendinginan 1000 W

h1 s1 h2 h3

Tabel 4.11. Enthalpi ideal R-22 untuk variasi beban pendinginan 2000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 19,6026 240,9 0,961 286,9 87,45 87,45 22,1594 240,6 0,9715 287,1 86,38 86,38 27,3036 240,6 0,9667 287,1 86,93 86,93 35,9765 240,6 0,9667 287,2 86,65 86,65 h4

Beban Pendinginan 2000 W

h1 s1 h2 h3

Tabel 4.12. Enthalpi ideal R-22 untuk variasi beban pendinginan 3000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 19,3379 240,9 0,9652 287,3 88,24 88,24 21,8602 240,9 0,9652 288,2 87,71 87,71 26,9349 241,2 0,9683 288,6 88,76 88,76 35,4907 240,2 0,9652 288,9 89,29 89,29 h4

Beban Pendinginan 3000 W

commit to user

4.2.1.d. Aktual

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor 17,893 kW

Titik 1. Kondisi uap jenuh keluar evaporator

T1 = 22,8 ºC h1’ = 520,7 kJ/kg

P1 = 0,122 MPa

Titik 2. Kondisi uap panas aktual keluar kompresor T2 = 94,2 ºC h2’ = 632,9 kJ/kg

P2 = 1,101 MPa

Titik 3. Kondisi cairan refrigerant keluar kondensor T3 = 28,4 ºC h3’ = 169,7 kJ/kg

P3 = 1,059 MPa

Titik 4. Kondisi campuran uap dan cairan keluar katup ekspansi h3’ = h4’ = 169,7 kJ/kg

Tabel 4.13. Enthalpi aktual HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 17,9495 520,7 633,2 169,70 169,70 20,2907 522,6 640,0 168,60 168,60 24,9080 523,1 642,1 167,20 167,20 32,8200 524,0 643,6 166,90 166,90

Beban Pendinginan 1000 W h1' h2' h3' h4'

Tabel 4.14. Enthalpi aktual HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 2000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 18,0815 520,4 637,2 170 170 20,4399 523,2 642 168,3 168,3 25,0010 523,9 644 168,3 168,3 32,9425 525 649,2 167,8 167,8 Beban Pendinginan 2000 W h1' h2' h3' h4'

commit to user

Tabel 4.15. Enthalpi aktual HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 3000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)

17,9495 521 641 170,8 170,8

20,2907 524,7 645,6 170 170 25,0010 525,2 647 169,2 169,2 32,9425 525,6 650 169,5 169,5 Beban Pendinginan 3000 W h1' h2' h3' h4'

Tabel 4.16. Enthalpi aktual R-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 19,5364 271,5 326,9 85,2 85,2 22,0846 271,8 327,5 85,72 85,72 27,2114 271,9 328,2 84,94 84,94 35,8550 271,7 328,5 85,94 85,94

Beban Pendinginan 1000 W h1' h2' h3' h4'

Tabel 4.17. Enthalpi aktual R-22 untuk variasi beban pendinginan 2000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 19,6026 269,9 328,4 84,04 84,04 22,1594 272 331,5 83,27 83,27 27,3036 272,7 333 84,81 84,81 35,9765 273,2 332,9 87,3 87,3

Beban Pendinginan 2000 W h1' h2' h3' h4'

Tabel 4.18. Enthalpi aktual R-22 untuk variasi beban pendinginan 3000 W Laju

Pendinginan Kondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) 19,3379 272,5 335,6 85,71 85,71 21,8602 272,2 335,5 85,3 85,3 26,9349 272,4 337,4 81,2 81,2 35,4907 272,3 337,3 81,4 81,4 Beban Pendinginan 3000 W h1' h2' h3' h4'

commit to user

4.2.2 Perhitungan Ideal

4.2.2.1. Kapasitas Refrigerasi

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW

Qevap = . (h1-h4) (kW)

dimana:

= Laju aliran massa refrigerant (kg/s)

h1 = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h4 = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

jadi :

Qevap = . (h1-h4)

= 0,02182 kg/s x (438,9-178,1) kJ/kg = 3,12 kW

4.2.2.2. Laju Pelepasan Kalor

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW

Qkond = . (h2-h3) (kW)

dimana :

= Laju aliran massa refrigerant (kg/s)

h2 = Enthalpi refrigerant keluar kompresor (kJ/kg)

h3 = Enthalpi refrigerant keluar kondensor (kJ/kg)

jadi :

Qkond = . (h2-h3)

= 0,0119 kg/s x (522,5– 178,1) kJ/kg = 4,1155 kW

4.2.2.3. Daya Kompresor

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW

Wkomp = . (h2 – h1)

= 0,0119 kg/s x (522,50-238,90) kJ/kg = 0,999 kW

ref

m&

ref

m&

ref

m&

ref

m&

ref

m&

ref

m&

ref

commit to user

4.2.2.4. COPR

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW, Sehingga :

COPR = = = 3,13

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel kapasitas refrigerasi ideal, laju pelepasan kalor ideal, daya kondensor ideal dan COPR ideal R-22 sebagai berikut :

Tabel 4.19. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran

HCR-22 untuk Variasi Beban Pendinginan 1000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

17,9495 3,13 4,13 1,03 3,13

20,2907 3,14 4,15 1,05 3,10

24,9080 3,17 4,20 1,06 3,06

32,8200 3,26 4,33 1,08 3,05

Beban Pendinginan 1000 W

COPR

Tabel 4.20. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran HCR-22

untuk Variasi Beban Pendinginan 2000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

18,0815 3,18 4,22 1,03 3,09

20,4399 3,18 4,23 1,05 3,03

25,0010 3,17 4,23 1,06 2,98

32,9425 3,17 4,25 1,08 2,92

Beban Pendinginan 2000 W

COPR

h1 – h4

h2 – h1

438,9 – 178,1 522,5– 438,9

commit to user

Tabel 4.21. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Laju Pelepasan Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran HCR-22

untuk Variasi Beban Pendinginan 3000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

17,9495 3,45 4,62 1,17 2,96

20,2907 3,52 4,70 1,19 2,96

25,0010 3,49 4,68 1,19 2,94

32,9425 3,37 4,58 1,20 2,80

Beban Pendinginan 3000 W

COPR

Tabel 4.22. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran R-22 untuk

Variasi Beban Pendinginan 1000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

19,5364 3,87 5,00 1,14 3,41

22,0846 3,86 5,01 1,15 3,35

27,2114 3,86 5,01 1,15 3,35

35,8550 3,86 5,03 1,17 3,31

Beban Pendinginan 1000 W

COPR

Tabel 4.23. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran R-22

untuk Variasi Beban Pendinginan 2000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

19,6026 3,84 4,99 1,15 3,34

22,1594 3,90 5,08 1,18 3,32

27,3036 3,90 5,08 1,18 3,30

35,9765 3,90 5,09 1,18 3,30

Beban Pendinginan 2000 W

commit to user

Tabel 4.24. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran R-22

untuk Variasi Beban Pendinginan 3000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

19,3379 4,00 5,14 1,215 3,29

21,8602 3,99 5,19 1,232 3,24

26,9349 3,92 5,21 1,219 3,22

35,4907 3,92 5,22 1,266 3,10

Beban Pendinginan 3000 W

COPR

4.2.3. Perhitungan Aktual 4.2.3.1. Kapasitas Refrigerasi

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW

Qevap = . (h1’-h4’) (kW)

dimana:

= Laju aliran massa refrigerant (kg/s)

h1’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h4’ = Enthalpi refrigerant keluar katup ekspansi (kJ/kg)

jadi :

Qevap = . (h1’-h4’)

= 0,021828 kg/s x (271,2-84,29) kJ/kg = 4,19 kW

4.2.3.2. Laju Pelepasan Kalor

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW

Qkond = . (h2’-h3’) (kW)

dimana:

= Laju aliran massa refrigerant (kg/s)

h2’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h3’ = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

jadi :

ref

m&

ref

m&

ref

m&

ref

m&

ref

commit to user Qkond = . (h2’-h3’)

= 0,0119 kg/s x (632,9– 169,7) kJ/kg = 5,535 kW

4.2.3.3. Daya Kompresor

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW

Wkomp = . (h2’ – h1’)

= 0,0119 kg/s x (632,9- 520,7) kJ/kg = 1,341 kW

4.2.3.4. COPR

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,893 kW, sehingga ;

COPR= = = 3,12

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel kapasitas refrigerasi aktual, laju pelepasan kalor aktual, daya kondensor aktual dan COPR aktual R-22 sebagai berikut :

Tabel 4.25. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Aktual, Laju Pelepasan

Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual

Refrigeran HCR-22 untuk Variasi Beban Pendinginan 1000 W

Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp

(kW) (kW) (kW) (kW)

17,9495 6,22 5,54 1,34 3,12

20,2907 6,06 5,47 1,36 3,02

24,9080 6,00 5,45 1,36 2,99

32,8200 6,15 5,59 1,40 2,99

Beban Pendinginan 1000 W

COPR

h1’ – h4’

h2’ – h1’

520,7– 169,7 632,9– 520,7 ref

m&

ref

commit to user

Daya Kompresor Ideal HCR-22 vs R-22

0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379

Laju Pendinginan Kondensor (kW)

D

a

y

a

K

o

m

p

re

s

o

r

(k

W

)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

Pada sistem refrigerasi tinggi rendahnya laju pelepasan kalor kebanyakan dipengaruhi oleh laju massa refrigerant yang masuk kompresor dan kemampuan kondensor dalam melepas kalor dari sistem ke lingkungan. Untuk mesin pendingin dengan menggunakan kompresor hermetik, tingkat laju pelepasan kalornya lebih tinggi karena ada penyerapan panas oleh refrigerant yang disebabkan ketidak efisiensinya motor listrik (Stoeker,1996).

Pada Gambar 4.6 dan 4.7 dapat dilihat terjadinya kenaikan laju pelepasan kalor seiring dengan peningkatan pembebanan, kondisi ini dipengaruhi oleh tingginya suhu keluar pada sisi kompresor sehingga entalpi keluar kompresor meningkat. Penggunaan refrigerant yang berbeda juga mempengaruhi laju pendinginan, seperti pada grafik perbandingan HCR-22 dengan R-22 di atas yang menunjukan tingkat kenaikan laju pelepasan panas untuk R-22 relatif lebih tinggi sebesar 14 % untuk perhitungan secara ideal dan 7 % untuk perhitungan secara aktual dari HCR-22. Hal ini disebabkan oleh laju massa refrigerant pada R-22 yang lebih tinggi dibandingkan HCR-22.

4.2.4.c. Analisis Laju Pendinginan Kondensor Terhadap Daya Kompresor

Dengan R22 dan HCR-22

commit to user

Daya Kompresor Aktual HCR-22 vs R-22

1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65 1,70 1,75

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379

Laju Pendinginan Kondensor (kW)

D

a

y

a

K

o

m

p

re

s

o

r

(k

W

)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

Gambar 4.9. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs Daya Kompresor

Daya kompresor merupakan hasil kali dari laju massa refrigerant dengan selisih enthalpi dari sisi masuk dan keluar kompresor, tingkat daya yang dibutuhkan dari penelitian pada sistem refrigerasi ini, dipengaruhi beberapa faktor dari semua elemen sistem tersebut, dimana tiap-tiap elemen saling terkait.

Faktor yang berpengaruh antara lain yaitu tinggi rendahnya laju massa refrigerant yang masuk kompresor sehingga berpengaruh pada pembebanan kompresor pada waktu terjadi siklus kompresi. Gambar 4.8 dan 4.9 menunjukkan bahwa semakin tinggi tingkat pembebanan pada evaporator berpengaruh terhadap kenaikan daya yang dibutuhkan sistem dalam melakukan kerja, kondisi ini dikarenakan semakin besarnya selisih entalpi yang masuk dengan yang keluar kompresor, sehingga daya kompresor menjadi besar.

Pada sistem refrigerasi yang menggunakan HCR-22 dan R-22 juga terjadi perbedaan tingkat pemakaian daya. Tingkat pemakaian daya untuk HCR-22 relatif kecil dibanding R-22 yaitu sebesar 8 % untuk perhitungan secara ideal dan 3 % untuk perhitungan secara aktual. Hal ini disebabkan karena laju massa refrigerant HCR-22 dalam melakukan siklus kompresi uap lebih sedikit dibandingkan dengan R-22.

commit to user

COP Ideal HCR-22 vs R-22

2,70 2,75 2,80 2,85 2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 3,40 3,45 3,50

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379

Laju Pendinginan Kondensor (kW)

C

OP

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

COP Aktual HCR-22 vs R-22

2,80 2,85 2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 3,40

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379

Laju Pendinginan Kondensor (kW)

C

O

P

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

4.2.4.d. Analisis Laju Pendinginan Kondensor Terhadap COPR dengan R-22

dan HCR-22

Gambar 4.10. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs COP Ideal

commit to user

Gambar 4.10 dan 4.11 menunjukkan grafik COPaktual dan COPR ideal terhadap variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di kondensor menunjukan bahwa terjadi penurunan COP baik untuk ideal sebesar 9 % maupun aktual sebesar 5 %. Kondisi ini disebabkan karena kenaikan daya yang dibutuhkan kompresor waktu melakukan kerja, hal ini bisa dilihat dari kenaikan enthalpi pada sisi keluar kompresor yang ditunjukan pada Gambar 4.12 dan 4.13 baik dengan refrigerant R-22 maupun HCR-22.

Untuk variasi beban pendinginan di evaporator maupun laju pendinginan di kondensor dapat dianalisis terjadi tren penurunan COPnya yang diakibatkan semakin besar beban pendinginan di evaporator maupun laju pendinginan di kondensor yang berakibat terjadi penambahan beban pendinginan karena bertambahnya laju massa air yang masuk ke sistem.

Perbandingan HCR-22 dan R-22 pada Gambar 4.10 dan 4.11 menunjukkan bahwa COP ideal dan aktual HCR-22 lebih kecil dari R-22. Hal ini terjadi karena meskipun daya kompresor pada HCR-22 lebih kecil dibandingkan daya kompresor pada R-22, tetapi kapasitas refrigerasi R-22 jauh lebih tinggi dibandingkan kapasitas refrigerasi HCR-22.

commit to user BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Semakin besar pembebanan, semakin besar pula nilai kapasitas refrigerasinya.sehingga nilai penyerapan panas akan semakin tinggi. 2. Dengan bertambahnya pembebanan, maka akan terjadi kenaikan laju

pelepasan kalor. Penggunaan refrigerant yang berbeda juga mempengaruhi laju pendinginan. Pelepasan panas untuk refrigerant R-22 relatif lebih tinggi dibandingkan HCR-R-22. hal ini karena laju massa refrigerant R-22 lebih tinggi dibandingkan HCR-22.

3. Semakin tinggi tingkat pembebanan pada evaporator berpengaruh terhadap kenaikan daya yang dibutuhkan sistem dalam melakukan kerja. Tingkat pemakaian daya untuk HCR-22 relatif kecil dibanding R-22, penyebabnya adalah laju massa refrigerant HCR-22 dalam melakukan siklus kompresi uap lebih sedikit dibandingkan dengan R-22.

4. Variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di kondensor menunjukan bahwa terjadi penurunan COP baik untuk ideal maupun aktual. COP ideal dan aktual HCR-22 lebih kecil dari R-22. Hal ini terjadi karena meskipun daya kompresor pada HCR-22 lebih kecil dibandingkan daya kompresor pada 22, tetapi kapasitas refrigerasi R-22 jauh lebih tinggi dibandingkan kapasitas refrigerasi HCR-R-22.

commit to user 5.2. Saran

Berdasarkan pengalaman yang diperoleh dari penelitian ini, direkomendasikan beberapa saran sebagai berikut:

1. Sebelum menjalankan sistem pendingin dengan HCR22 dan R22, pemvakuman yang lama semakin baik untuk menjaga kerja mesin lebih optimal.

2. Sebelum mengganti refrigeran dari R22 ke HCR22 disarankan melakukan pengetapan oli kompresor.

3. Karena sifat HCR22 yang mudah terbakar, perlu diatur tata letak mesin pendingin sejauh mungkin dari sumber panas dan dijaga sirkulasi udaranya.