Pengaruh Perubahan Sifat Transport Refri

Pengaruh Perubahan Sifat Transport Refrigeran akibat Perubahan
Suhu Ruangan terhadap Kapasitas Pendinginan Mesin Pendingin
Portable Propane
Jeri Tangalajuk Siang
Teknik Mesin; Fakultas Teknik
Universitas Atmajaya Makassar, Jl. Tanjung Alang No. 23 Makassar 90134
Telp. (0411) 871038, Fax (0411) 870294
jeritsiang@gmail.com
refrigeran

Abstrak
Keberadaan mesin pendingin ruangan yang ramah
lingkungan sekarang ini sudah mulai dipertimbangkan.

tersebut

masih

mempunyai

potensi

pemanasan global yang tinggi (Global Warming
Potential). Oleh karena sifatnya yang tidak ramah

Masyarakat sudah sadar akan keadaan lingkungan

lingkungan,

refrigeran

yang sudah mulai rusak akibat aktivitas manusia.

dihilangkan dan tidak diproduksi lagi (UNEP, 2007).

Penggunaan bahan ramah lingkungan sudah mulai

Sehingga,

banyak digunakan. Contohnya penggunaaan refrigeran

alternatif lain yang pengaruhnya terhadap lingkungan

propan dalam bidang pengkondisian udara. Pada

dapat diabaikan atau tidak mempunyai potensi untuk

penelitian ini terlihat pengaruh konduktivitas termal

merusak lingkungan (Teng et al., 2012).

refrigeran

sintetik
tersebut

tersebut
masih

akan

dicarikan

refrigeran tidak membantu bertambahnya kapasitas
pendinginan dari sistem. Di mana pada suhu ruangan

Salah

satu

jenis

refrigeran

yang

ramah

20ºC konduktivitas termal refrigeran rata – rata di

lingkungan adalah refrigeran yang terbuat dari unsur

evaporator adalah 0.05497 kW/m K hal ini berlawanan

alami. Sebagai contoh: air, karbondioksida, amoniak

dengan

dan hidrokarbon. Refrigeran ini tidak mempunyai

perubahan

perpindahan

panas

pada

evaporator. Pada suhu ruangan 35ºC konduktivitas
termal justru turun menjadi 0.0503 kW/m K. Viskositas
refrigeran juga mempunyai efek berlawanan pada

efek yang merusak lingkungan. Oleh karena tidak
mempunyai efek yang merusak lingkungan, maka

penurunan tekanan pada sisi pipa kapiler.

pemakaiannya sudah banyak didapati di masyarakat.

Kata kunci: konduktivitas termal, kapasitas pendinginan,

Sebagai contoh refrigeran hidrokarbon. Refrigeran ini

viskositas

mempunyai beberapa jenis yang digunakan di
I.

Semakin

masyarakat. Sebagai contoh metane, isobutene, dan

PENDAHULUAN

sadarnya

manusia

propane. Isobutane dan propane banyak digunakan
akan

kondisi

lingkungan membuat manusia selalu mencari bahan
yang ramah lingkungan. Pada bidang refrigerasi dan
pengkondisian udara, refrigeran yang umum dipakai
adalah R22, R134a, R410A atau R407C. Akan tetapi
refrigeran ini masih mempunyai dampak negatif
terhadap lingkungan (Bolaji et al., 2013). Refrigeran-

pada bidang refrigerasi dan pendinginan udara.

Oleh karena sifatnya yang ramah lingkungan,
hidrokarbon menjadi salah satu pilihan untuk
dijadikan sebagai salah satu refrigeran alternatif.
Salah satu jenis hidrokarbon yang sudah digunakan
sebagai refrigeran pada mesin pendingin adalah

propane (Corberán et al., 2011). Menurut penelitian
terdahulu, penggunaan, propane dapat digunakan
untuk menggantikan R 22 langsung tanpa melakukan
perubahan

pada

sistem

pendinginan

𝑞=

𝑇𝑟𝑒𝑓 −𝑇𝑢𝑑

(1)

𝑑
𝑙𝑜𝑔 𝑑𝑜
1
1
𝑖
+
+
2𝑘 𝑝𝑖𝑝𝑎 𝜋𝐿
𝑕 𝑟𝑒𝑓 .𝐴 𝑖𝑛
𝑕 𝑢𝑑 +𝑕 𝑟 𝐴 𝑜𝑢𝑡

tersebut.

Secara langsung pengaruh konduktivitas termal

Apabila propane digunakan sebagai fluida pengganti

refrigeran di dalam perhitungan, dapat dilihat pada

untuk R 22 maka kapasitas pendinginan yang

persamaan koefisien perpindahan panas konveksi.

dihasilkan oleh propane lebih kecil dari R 22 tetapi
CoP propane lebih tinggi dibandingkan dengan R 22

Koefisien perpindahan panas konveksi refrigeran
diperoleh dengan rumus:

(Park et al., 2007).
Pada penelitian digunakan mesin pendingin
portabel yang sudah dirancang dengan refrigeran

𝑕𝑟𝑒𝑓 =

𝑁𝑢 𝑟𝑒𝑓 ∗𝑘 𝑟𝑒𝑓

(2)

𝑑𝑖

propane. Pada penelitian ini akan dianalisa pengaruh

Sedangkan

dari

diperoleh dengan persamaan:

konduktivitas

termal

refrigeran

terhadap

kenaikan kapasitas pendinginan pada mesin fluida
portable. Penelitian ini merupakan bagian kedua dari
penelitian impact of room suhue on the performance
of a portable propane air conditioner (Sharifian et al.,

𝑕𝑎𝑖𝑟 =

koefisien

perpindahan

panas

𝑁𝑢 𝑎𝑖𝑟 ∗𝑘 𝑎𝑖𝑟

udara

(3)

𝑑𝑜

Untuk bagian evaporator dengan sirip dipergunakan
rumus (Incropera, 1996):

2015). Di mana pada laporan pertama belum
menguraikan pengaruh konduktivitas termal terhadap
perpindahan panas pada evaporator serta pengaruh
viskositas terhadap perubahan tekanan pada pipa
kapiler.

1−

𝑁∗𝐴𝑓

𝐴𝑡 ∗ 1−𝜂 𝑓

(4)

Koefisien perpindahan panas udara pada sirip
evaporator adalah:

II. TINJAUAN PUSTAKA
Fokus penelitian ini adalah menganalisa pengaruh
sifat

𝑞 = 𝑇𝑝𝑖𝑝𝑎 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 ∗ (𝑕𝑎𝑖𝑟 + 𝑕𝑟 ) ∗ 𝐴𝑡 ∗

transport

refrigeran

terhadap

kapasitas

𝑕𝑎𝑖𝑟 =

𝑁𝑢 𝑎𝑖𝑟 ∗𝑘 𝑎𝑖𝑟

(5)

𝐻𝑓

pendingian. Perpindahan panas yang terjadi di

Pengaruh

evaporator adalah penyerapan panas dari udara oleh

penelitian ini. Koefisien perpindahan panas radiasi

refrigeran.

diperoleh dengan persamaan:

Pada

perhitungan

ini

digunakan

persamaan berikut untuk menghitung perpindahan
panas:
Untuk bagian evaporator yang tidak mempunyai sirip
(pada belokan pipa), laju perpindahan panas dihitung
dengan menggunakan persamaan (Incropera, 1996):

radiasi

juga

𝑕𝑟 = 4 𝜍𝜖 (𝑇𝑝𝑖𝑝𝑎 3 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 3 )

diperhitungkan

dalam

(6)

Untuk perubahan tekanan yang terjadi di dalam pipa
kapiler, dihitung dengan persamaan (Fox, 2004):
∆𝑃 = 𝑕𝑙 ∗ 𝜌𝑓

(7)

𝑕𝑙 =

(8)

𝐿∗𝑓 𝑟𝑒𝑓 ∗𝑉𝑎𝑣𝑒 2
2∗𝑑 𝑖

1
𝑓 𝑟𝑒𝑓

= −2.0𝑙𝑜𝑔

𝑒

𝑑𝑖

3.7

+

2.51
𝑅𝑒 𝑟𝑒𝑓

(9)

𝑓 𝑟𝑒𝑓

Bilangan Reynolds dihitung dengan menggunakan
persamaan:
𝑅𝑒𝑟𝑒𝑓 =

4 𝑚 𝑟𝑒𝑓

(10)

𝜋 𝜇 𝑟𝑒𝑓 𝑑 𝑖

Gambar 1: Instalasi Penelitian

III. METODOLOGI DAN PENGUKURAN
Penelitian ini dilakukan secara eksperimental.

IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian

Mesin pendingin diuji tanpa mengubah massa
refrigeran yang sudah ditentukan oleh pembuat mesin

Data yang direkam pada saat pengambilan data

pendingin tersebut. Suhu ruangan akan divariasikan

adalah suhue refrigeran pada sisi masuk dan keluar

mulai dari 20ºC, 23ºC, 26ºC, 29ºC, 32ºC dan 35ºC.

evaporator dan pipa kapiler. Tekanan sisi masuk pipa

Untuk memudahkan mengatur suhu ruangan, mesin

kapiler dan evaporator. Laju aliran massa refrigeran

pendingin ditempatkan di dalam sebuah tenda.

diukur pada sisi masuk evaporator. Sifat transport

Pengaturan suhu ruangan dengan menggunakan

refrigeran diperoleh dengan menggunakan perangkat

jendela tenda serta elemen pemanas ruangan untuk

lunak Refpro berdasarkan data tekanan dan suhu.

menaikkan suhu. Suhu diukur dengan menggunakan

Dengan mempergunakan persamaan (1) dan (4),

termokoppel tipe J dengan sensitivitas 50 μV/ºC – 60

kapasitas pendinginan dapat dihitung. Pengaruh sifat

μV/ºC yang dihubungkan dengan data logger

transport refrigeran terhadap kapasitas pendinginan

LabView. Laju aliran massa diukur menggunakan

dapat dilihat pada persamaan (2). Perubahan tekanan

coriolis mass flow meter dengan kesalahan linear

di

(linearity

refrigeran

persamaan (7). Pengaruh sifat transport (viskositas)

dengan

terhadap perubahan tekanan dapat dilihat pada rumus

error)

menggunakan

±0.1%,

transmitter

tekanan
piezoresistive

akurasi ±1% bacaan penuh. Kecepatan angin diukur

dalam

pipa

kapiler

dihitung

berdasarkan

(10).

menggunakan anemometer tipe fan dengan akurasi
±3% bacaan penuh. Data yang diukur seperti suhu

Seperti yang sudah diberikan oleh Sharifian et

dan tekanan digunakan untuk memperoleh sifat-sifat

al., 2015 pada penelitian yang sama bahwa kapasitas

refrigeran seperti viskositas, konduktivitas termal dan

pendinginan akan bertambah dengan naiknya suhu

entalpi

ruangan.

dengan

menggunakan

perangkat

lunak

REFPRO. Skema dan alat ukur dapat dilihat pada
Gambar 1.

Pada sisi udara, dengan naiknya suhu ruangan,
maka konduktivitas udara juga berubah dari 2.514 ×
10-5 kW/ m K pada 20ºC menjadi 2.625 × 10-5 kW/ m
K pada 35ºC. Disini terjadi kenaikan konduktivitas
terma udara sebesar 4.42% (Gambar 4).

Gambar 2: Grafik perubahan konduktivitas termal pada
beberapa suhu ruangan dalam evaporator

Dilihat dari konduktivitas termal refrigeran pada
sisi evaporator (sisi masuk dan sisi keluar) terlihat
bahwa pada sisi masuk evaporator, konduktivitas
termal refrigeran mengalami penurunan dari 0.09382
kW/m K pada 20ºC menjadi 0.08334 kW/m K pada
35ºC. Pada sisi keluar evaporator atau sisi masuk
kompressor, konduktivitas termal berubah

Gambar 4: Konduktivitas termal udara pada rentang suhu
20ºC – 35ºC

dari

0.016127 kW/m K pada 20ºC menjadi 0.017293
kW/m K pada 35ºC (Gambar 2). Jika diambil
konduktivitas termal rata-rata refrigeran di dalam
evaporator maka diperoleh konduktivitas termal ratarata evaporator berubah dari 0.054973 kW/ m K pada
20ºC menjadi 0.050318 kW /mK pada 35ºC atau
terjadi penurunan sebesar 8.47% (Gambar 3).
Gambar 5: Perubahan viskositas refrigeran di dalam
pipa kapiler pada beberapa suhu ruangan

Viskositas refrigeran pada sisi pipa kapiler juga
berubah seiring dengan bertambahnya suhu ruangan.
Pada sisi masukan pipa kapiler, viskositas propane
berubah dari 102.8933 Pa.s pada 20C menjadi
84.0994 μ Pa s pada suhu ruangan 35C. Pada sisi
keluar pipa kapiler, viskositas berubah dari 109.5127
μ Pa s pada 20ºC menjadi 92.1086 μ Pa s pada 35ºC
Gambar 3: Grafik konduktivitas termal rata-rata propane di

(Gambar 4). Sehingga viskositas rata-rata berubah

dalam evaporator

dari 106.203 μ Pa s pada 20ºC menjadi 88.1040 μ Pa
s pada 35ºC (Gambar 5). Perubahan viskositas yang

terjadi di dalam pipa kapiler pada setiap suhu

4.42%. Melihat persamaan (1) dan (3) untuk

ruangan dapat dilihat pada Gambar 6.

kapasitas pendinginan, maka kenaikan kapasitas
penginginan dengan naiknya suhu ruangan, maka
dengan turunnya konduktivitas termal refrigeran
maka akan berefek kebalikan dengan kenaikan
kapasitas

pendinginan

perubahan

atau

konduktivitas

kontraproduktif

dengan

dengan

kata

lain,

termal

refrigeran

kenaikan

kapasitas

pendinginan.
Ditinjau dari viskositas refrigeran, dimana pada
penelitian ini viskositas refrigeran rata-rata di dalam
Gambar 6: Grafik perubahan viskositas rata-rata di dalam
pipa kapiler pada rentang suhu ruang 20ºC – 35ºC

B. Pembahasan

pipa kapiler turun seiring naiknya suhu ruangan. Pada
suhu ruangan 20ºC viskositas rata-rata refrigeran
dalam pipa kapiler adalah 106.203 10-6 Pa s

bahwa

sedangkan pada suhu ruangan 35ºC, viskositas rata-

konduktivitas termal pada sisi refrigeran (propane)

rata refrigeran dalam pipa kapiler adalah 88.104 10-6

berkurang sebesar 8.47% sedangkan pada sisi udara

Pa s (terjadi penurunan viskositas sebesar 17.04%).

konduktivitas termal udara bertambah sebesar 4.42%.

Dibandingkan dengan penurunan tekanan dalam pipa

Sebagaimana

perubahan

kapiler, pada suhu ruangan 20ºC, penurunan tekanan

konduktivitas termal refrigeran dan udara berperan

di dalam pipa kapiler adalah 0.5918 MPa dan pada

dalam proses perpindahan panas yang diserap oleh

suhu ruangan 35ºC, penurunan tekanan yang terjadi

refrigeran dari udara (lihat persamaan (1) dan (4).

adalah sebesar 0.9680 MPa (bertambah 63.67%).

Kapasitas

pendingin

Hasil ini sejalan dengan penelitian terdahulu (Choi et

portabel pada massa refrigeran 302.93 g (mendekati

al., 2002) mengatakan bahwa perbedaan tekanan

massa normal produsen) akan bertambah 2.7%

antara sisi masukan pipa kapiler dan sisi keluaran

dengan bertambahnya suhu ruangan dari 20ºC ke

pipa kapiler akan naik dengan naiknya suhu ruangan.

35ºC (Sharifian et al., 2015). Sehingga terlihat bahwa

Seperti diketahui bahwa penurunan tekanan yang

peran dari konduktivitas termal refrigeran pada kasus

terjadi di dalam pipa kapiler oleh karena disebabkan

ini tidak membantu proses perpindahan panas dari

oleh beberapa faktor, salah satunya adalah faktor

udara ke evaporator oleh karena secara rata-rata

perubahan viskositas (lihat persamaan (7), (8), (9)

konduktivitas termal berkurang dari 0.055 kW/m K

dan (10). Akan tetapi melihat penurunan nilai

pada suhu ruangan 20ºC menjadi 0.0503 kW/m K

viskositas di dalam pipa kapiler yang turun dengan

pada suhu ruangan 35ºC. Dari sisi udara terlihat

naiknya suhu ruangan, maka pengaruh viskositas

bahwa kenaikan suhu ruangan akan meningkatkan

pada proses kenaikan beda tekanan ini tidak ada atau

nilai konduktivitas termal udara dari 2.514 10-5 kW/m

pengaruh viskositasnya berkurang terhadap kenaikan

K pada suhu ruangan 20ºC menjadi 2.625 10-5 kW/m

beda tekan antara kedua sisi pipa kapiler. Dengan

K pada suhu ruangan 35ºC atau bertambah sebesar

kata lain perubahan viskositas refrigeran adalah

Dari

hasil

penelitian

diketahui

pendinginan

ini

terlihat

bahwa

untuk

mesin

kontraproduktif dengan penurunan tekanan yang
terjadi di dalam pipa kapiler.

V. KESIMPULAN
Konduktivitas termal refrigeran rata – rata di
dalam evaporator turun dari 0.055 kW/m K pada
suhu ruangan 20ºC menjadi 0.0503 kW/m K pada
suhu ruangan 35ºC. Sehingga pengaruh perubahan
konduktivitas termal refrigeran terhadap perubahan
kapasitas pendinginan tidak akan meningkatkan
perpindahan panas dari ruangan ke evaporator karena
terjadi penurunan konduktivitas termal dengan
naiknya suhu ruangan. Akan tetapi konduktivitas
termal udara akan naik dengan naiknya suhu ruangan.
Konduktivitas termal udara naik dari 2.514 10-5
kW/m K pada suhu ruangan 20ºC menjadi 2.625 10-5
kW/m K pada suhu ruangan 35ºC. Sehingga
perubahan konduktivitas termal udara menjadi salah
satu

faktor

yang

dapat

meningkatkan

proses

perpindahan panas dari ruangan ke evaporator jika
suhu ruangan meningkat.
Kondisi yang sama juga yang ditunjukkan oleh
viskositas refrigeran. Dimana dengan kenaikan suhu
ruangan maka nilai viskositas akan turun. Viskositas
termal refrigeran di dalam pipa kapiler turun dari
106.203 10-6 Pa s pada suhu ruangan 20ºC menjadi
88.104 10-6 Pa s pada suhu ruangan 35ºC. Sehingga
pengaruhnya bukan menurunkan tekanan tetapi
menaikkan tekanan. Sehingga dapat disimpulkan
bahwa penurunan tekanan pada sisi keluar pipa
kapiler tidak disebabkan oleh perubahan sifat
transport refrigeran (viskositas).

DAFTAR PUSTAKA
BOLAJI, B. & HUAN, Z. 2013. Ozone depletion and
global warming: Case for the use of natural
refrigerant–a review. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 18, 49-54.
CHOI, J. M. & KIM, Y. C. 2002. The effects of
improper refrigerant charge on the
performance of a heat pump with an
electronic expansion valve and capillary
tube. Energy, 27, 391-404.
CORBERÁN, J.-M., MARTÍNEZ-GALVÁN, I.,
MARTÍNEZ-BALLESTER,
S.,
GONZÁLVEZ-MACIÁ, J. & ROYOPASTOR, R. 2011. Influence of the source
and sink suhues on the optimal refrigerant
charge of a water-to-water heat pump.
International Journal of Refrigeration, 34,
881-892.
FOX, R. W. (2004). Introduction to fluid mechanics.
Hoboken NJ, John Wiley
INCROPERA, F. P. (1996). Introduction to heat
transfer. New York, Wiley
PARK, K.-J., SEO, T. & JUNG, D. 2007.
Performance of alternative refrigerants for
residential air-conditioning applications.
Applied Energy, 84, 985-991.
SHARIFIAN, A. & SIANG, J. T. 2015. Impacts of
Room Suhue on the Performance of a
Portable
Propane
Air
Conditioner.
International Journal of Air-Conditioning
and Refrigeration, 1550015.
TENG, T.-P., MO, H.-E., LIN, H., TSENG, Y.-H.,
LIU, R.-H. & LONG, Y.-F. 2012. Retrofit
assessment of window air conditioner.
Applied Thermal Engineering, 32, 100-107.
UNEP 2007. Combating climate change given big
confidence boost in Canada, Government
agree to accelerated "freeze and phase-out"
of ozone and climate damaging chemicals at
Montreal Protocol's 20th anniversary
celebrations, Montreal, Montreal Protocol.