ANALISA SISTEM MESIN PENDINGIN WATER CHILLER YANG MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA R12 DENGAN VARIASI PULI KOMPRESOR

Transkripsi

1 ANALISA SISTEM MESIN PENDINGIN WATER CHILLER YANG MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA R DENGAN VARIASI PULI KOMPRESOR Agung Nugroo Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sultan Fata (UNISFAT) Jl. Diponegoro B Jogoloyo Demak Telpon (09) 6867 Abstrak : Dunia industri dewasa ini bidang rigerasi memiliki pertumbuan yang mantap. Penerapan teknik rigerasi yang terbanyak adala rigerasi industri, ini meliputi pemrosesan, pengawetan makanan, penyerapan panas dari baan-baan kimia, perminyakan dan industri petrokimia. Selain itu terdapat penggunaan kusus seperti pada industri manufaktur dan konstruksi. Pada mesin pendingin ini proses pendinginan air (water ciller) terjadi pada evaporator, di mana kalor air yang diserap digunakan untuk penambaan kalor rigeran pada tekanan konstan seingga penguapan rigeran menuju uap jenu. Ole sebab itu dalam penelitian ini penulis mencoba membaas tentang sala satu terapan dari bidang rigerasi yaitu pembuatan mesin pendingin water ciller Pembaasan mengenai persiapan alat untuk pengujian yang menyangkut dari segi kekuatan material dan konstruksi tidak dilakukan. Alat ukur buatan pabrik yang digunakan dalam penelitian ini diasumsikan suda dikalibrasi ole pabrik pembuatnya, seingga tidak dibaas. Titik berat dari penelitian ini adala analisa pengaru pendinginan pada kondensor teradap performansi sistem berdasarkan analisa keseimbangan energi, di mana seluru sifat-sifat termodinamika berkaitan dengan energi. Permasalaan yang dikaji dalam penelitian ini adala menganalisa performansi sistem water ciller dengan fluida kerja R dengan variasi puli kompresor, sedangkan analisa kerusakan alat tidak dibaas. Kata kunci : Refrigerasi, rigeran, kondensor, evaporator. PENDAHULUAN Latar Belakang Kompresor merupakan sala satu komponen penting dalam mesin pendingin jenis kompresi uap, di mana kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan rigeran uap jenu menuju tekanan kondensor. Kerja kompresor sangat tergantung dari kecepatan putar kompresor. Peru-baan kecepatan putaran kompresor akan menyebabkan juga perubaan tekanan yang akan dicapai pada kondensor serta laju aliran masa yang terjadi pada sistem. Seingga secara keseluruan kecepatan putaran kompresor dapat mempengarui performansi sistem mesin pendingin. Ole sebab itu dalam tugas akir ini penulis mencoba membaas tentang pengaru perubaan kecepatan putaran kondensor teradap unjuk kerja mesin pendingin water ciller. Pembatasan masala Dalam penyusunan Tugas Akir dengan judul Analisa Sistem Mesin Pendingin Water Ciller Yang Meng- 4 JURNAL TEKNIK - UNISFAT, Vol. 8, No., September 0 Hal

2 gunakan Fluida Kerja R Dengan Variasi Puli Kompresor ini merupakan pengujian dan analisa pengaru variasi kecepatan putaran kompresor teradap performasi sistem. Hal-al yang perlu diperatikan adala :. Pembaasan mengenai persiapan alat untuk pengujian yang menyangkut dari segi kekuatan material dan konstruksi tidak dilakukan.. Alat ukur buatan pabrik yang digunakan dalam tugas akir ini diasumsikan suda dikalibrasi ole pabrik pembuatnya, seingga tidak dibaas. 3. Titik berat dari tugas akir ini adala analisa pengaru variasi puli motor penggerak kompresor teradap performansi sistem berdasarkan analisa keseimbangan energi, dimana seluru sifat-sifat termodinamika berkaitan dengan energi. b. Dapat menyiapkan / merakit alat pengujian mesin pendingin water ciller. c. Mengetaui ubungan antara putaran kompresor dengan COP d. Mencari performansi sistem mesin pendingin water ciller teradap pengaru perubaan kecepatan putran kompresor. TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Kerja Mesin Pendingin Dalam sebua mesin pendingin, rigeran dialirkan dalam suatu pendinginan melalui pipa-pipa. Pipapipa ini terbuat dari tembaga. Hal ini karena tembaga mempunyai sifat logam yang kuat, liat, lunak seingga muda dibentuk, tidak berkarat dan pengantar panas yang baik. Prinsip kerja mesin pendingin dapat diliat pada gambar berikut ini. Tujuan dan Manfaat Penelitian a. Memaami proses-proses siklus kompresi uap sederana pada mesin water ciller yang banyak sekali dijumpai dalam dunia industri. Gambar Prinsip kerja mesin pendingin Analisa 5 JURNAL Sistem TEKNIK Mesin Pendingin - UNISFAT, Water Vol. 8, Ciller No., September yang Menggunakan 0 Hal 4 Fluida - 30 Kerja 5 5 R dengan Variasi Puli Kompresor Agung Nugroo

3 Katup Ekspansi Kompresor Setela rigeran keluar dari rigeran kontrol, rigeran masuk ke dalam pipa-pipa evaporator. Di dalam evaporator rigeran mulai menguap, al ini disebabkan karena terjadi penurunan tekanan yang mengakibatkan titik didi rigeran menjadi lebi renda seingga rigeran menguap. Dalam evaporator terjadi perubaan fase rigeran dari cair menjadi gas. Kemudian rigeran dalam bentuk gas tersebut dialirkan ke kompresor. Di dalam kompresor rigeran dikompresikan kemudian dialirkan ke kondensor. Gas (rigeran) yang mengalir ke kondensor mempunyai tekanan dan temperatur tinggi.di kondensor rigeran didinginkan ole udara luar yang ini berlangsung terus menerus berulang-ulang seingga didapat temperatur yang diinginkan. 3 Instalasi Peralatan Uji Aliran Air Evaporator Te Te Flow Meter P4 T4 T P Receiver Kondensor P3 T3 T P Tk Tk Aliran Udara Kondensor Gambar : Skema Instalasi Peralatan Uji Instalasi peralatan uji dirangkai sedemikian rupa agar identik dengan instalasi sistem rigerasi pendingin air (water ciller) pada umumnya, akan tetapi mempunyai kapasitas yang jau lebi kecil dari ukuran sebenarnya. Perbedaannya terletak pada penambaan alat ukur yang dipakai untuk menentukan kondisi pada saat pengujian. Adapun pada intinya mampu mewakili dan mengambarkan keadaan sebenarnya dari water ciller. Instalasi peralatan uji tetap terdiri dari komponen utama sistem rigerasi yaitu berupa evaporator, kondensor, katup expansi dan kompresor yang digerakkan ole motor listrik 3 pasa dengan daya 3 HP. Alat ukur yang dipakai antara lain termometer alkool, termometer digital, pressure gauge, anemometer dan flow meter. Di bawa ini diberikan conto peritungan untuk proses daur kompresi uap pada kondisi puli no. (putaran 480 rpm) posisi kipas no. sebagai berikut : T flow = 3.9 o C = 9 cm = Pa. det 6 JURNAL TEKNIK - UNISFAT, Vol. 8, No., September 0 Hal

4 = kg/ m 3 bola = 707 kg/ m 3 Q = C ρ ρ r tg θ = bola μ bola 707 0, , = 9, m 3 /s m = Q. m = 9, m 3 /s x kg/ = kg/dt = lbm/jam DATA HASIL PENGUJIAN Data ini meliputi kondisi (temperatur dan tekanan) rigeran pada inlet dan outlet evaporator, kompresor, kondensor dan katup expansi. Data ini diperlukan guna mengitung performansi sistem mesin pendingin water ciller seperti : efek rigerasi, kerja kompresi, kapasitas kondensasi dan koefisien prestasi (COP). Prosedur pengambilan data dilakukan sebanyak 5 kali setiap kondisi pengujian, kemudian dirata-rata dengan tujuan didapat data yang lebi akurat. Adapun data-data pengujian dapat diliat pada tabel lampiran. Peritungan Data Sebelum dilakukan peritungan parameter-parameter performasi daur kompresi uap, seperti kerja kompresor, kapasitas evaporator dan kondensor serta COP terlebi daulu arus dicari nilainilai entalpi pada titik keluaran evaporator, kompresor, kondensor dan katup ekspansi. Nilai-nilai entalpi tersebut dicari dengan menggunakan diagram tekanan entalpi freon (E.I. du Pont de Nemours Company, T dalam o F, v dalam ft 3 /lbm, s dalam Btu/lbm.R) atau dengan program CATT. A. Peritungan laju aliran masa rigeran B. Kapasitas Kondensor Kondisi igeran pada sisi masuk kondensor bertekanan 7.9 Bar (4,58Psia) dan temperatur 6 o C (43.6 o F) mempunyai nilai entalpi Btu/ lbm, sedang keluar pada tekanan 7.8 Bar (3,3 Psia) dan temperatur 30 o C (86 o F) mempunyai nilai entalpi 7.7 Btu/ lbm. Maka parameter kapasitas kondensor adala : q m 3 Analisa 7 JURNAL Sistem TEKNIK Mesin - Pendingin UNISFAT, Water Vol. 8, No. Ciller, September yang Menggunakan 0 Hal 4 Fluida - 30 Kerja 7 7 R dengan Variasi Puli Kompresor Agung Nugroo

5 = x (95,57 7,7) = 084,4 Btu/jam C. Dampak Refrigerasi Kondisi keluar katup ekspansi terjadi pada tekanan,5 Bar (36,6 Psia) dan o C (0.4 o F) didapat nilai entalpi sebesar 7,7 Btu/lbm. Sedangkan keluaran evaporator terjadi pada tekanan,4 Bar (34,809 Psia) dan 3,9 o C (39,0 o F) dengan nilai entalpi 8,3 Btu/lbm. Maka dampak rigerasi untuk kondisi ini adala : RE 4 = 8,3 Btu/lbm 7,7 Btu/lbm = 54,6 Btu/lbm Seingga kapasitas rigerasi adala : q evap m = x (8,3 7,7) = 8709,68 Btu/jam Peritungan Kerja Kompresi Menurut data tabel 4.6, rigeran masuk kompresor bertekanan,4 Bar (34,809 Psia) dengan suu 3,9 o C (39,0 o F ) maka nilai entalpi yaitu 8,3 Btu/lbm. Sedangkan tekanan keluar kompresor pada 7,9 Bar (4,58 Psia) dengan temperatur 6 o C (43.6 o F), arga entalpi kondisi ini adala 95,57 Btu/lbm. Besarnya parameter kerja kompresi adala : 4 W kom = 95,57 Btu/lbm 8,3 Btu/lbm = 3,6 Btu/lbm Maka daya kompresor yang dibutukan : P kom m = x (95,57 8,3) = 4,806 Btu/jam Koefisien Prestasi (COP) Harga Coefficient Of Performace untuk rigeran R-, pada kondisi diatas adala sebesar : COP = = 4 RE = Wcom (8,3-7,7) (95,57 - = ,3) Btu/lbm Btu/lbm PEMBAHASAN DAN ANALISA DATA Setela melakukan pengujian dan pengitungan asil pengujian yang berupa parameter-parameter performansi sistem, maka kita akan mendapatkan alal penting sebagai berikut :. Uji keseragaman data yang dilakukan menunjukkan bawa data yang didapat tidak ada yang diluar dari BKA (Batas Kendali Atas) dan 8 JURNAL TEKNIK - UNISFAT, Vol. 8, No., September 0 Hal

6 T BKB (Batas Kendali Bawa) seingga dapat disimpulkan bawa data pengujian yang didapat dalam kondisi terkendali. Dimana : BKA = rata² + 3 * Std Deviasi Uji Keseragaman Data Puli Debit n BKA BKB BKA = rata² - 3 * Std Deviasi dibanbandingkan dengan peningkatan daya kompresor. 3. Dampak rigerasi secara umum mengalami penurunan dengan naiknya putaran kompresor, al ini dikarenakan adanya penurunan temperatur rigeran pada pengeluaran evaporator. 4. Penurunan COP disebabkan adanya kenaikan putaran kompresor, seingga kerja kompresi akan mengalami kenaikan arga. Kerja kompresi merupakan faktor pengendali arga COP. Gambar 3 : Grafik uji keseragaman data T pada kondisi Puli Kipas. Perubaan kecepatan puli kompresor dari P, P sampai P3 dimana P > P > P3. Pada pengujian ini terliat bawa kecepatan kompresor semakin besar maka COP semakin turun nilainya, al ini disebabkan karena peningkatan daya kompresor tidak sebanding dengan peningkatan kapasitas rigerasi atau dengan kata lain peningkatan kapasitas rigerasi lebi kecil KESIMPULAN Kesimpulan Setela melakukan pembuatan/ perakitan mesin pendingin water ciller, pengujian serta analisa data maka penulis dapat menyimpulkan sebagai berikut :. Perubaan kecepatan puli kompresor dari P, P sampai P3 dimana P > P > P3. Pada pengujian ini terliat bawa kecepatan kompresor semakin besar maka COP semakin turun nilainya, al ini disebabkan karena peningkatan daya kompresor tidak Analisa 9 JURNAL Sistem TEKNIK Mesin - Pendingin UNISFAT, Water Vol. 8, Ciller No., September yang Menggunakan 0 Hal 4 Fluida - 30 Kerja 9 9 R dengan Variasi Puli Kompresor Agung Nugroo

7 sebanding dengan peningkatan kapasitas rigerasi atau dengan kata lain peningkatan kapasitas rigerasi lebi kecil dibanbandingkan dengan peningkatan daya kompresor.. Dampak rigerasi secara umum mengalami penurunan dengan naiknya putaran kompresor, al ini dikarenakan adanya penurunan temperatur rigeran pada pengeluaran evaporator. 3. Penurunan COP disebabkan adanya kenaikan putaran kompresor, seingga kerja kompresi akan mengalami kenaikan arga. Kerja kompresi merupakan faktor pengendali arga COP. Saran. Dalam melakukan pengujian sebaiknya menggunakan alat pengatur kecepatan motor listrik secara elektrik 3 pasa seingga akan dapat lebi banyak membuat variasi kecepatan, disamping itu getaran yang terjadi untuk putaran tinggi lebi kecil.. Sebelum pengisian rigeran, sistem arus betul-betul bersi dari kotoran maupun uap air karena akan mengganggu performansi sistem. DAFTAR PUSTAKA Brodkey, Robert S. dan Hersyey, Harry C. Transport Penomena a unified approac, Mc Graw Hill, New York, 988 Frank Kreit, Prinsip-prinsip Perpindaan Panas, terjemaan, Erlangga, Jakarta, 99. Holman, J.P, Perpindaan Kalor, terjemaan, Erlangga, Jakarta, 994. Reynold, W.C dan Perkins, H.C, TermodinamikaTeknik, terjemaan, Erlangga, Jakarta, 994. Soedjono BSc. dan H. Hartanto, Teknik Pesawat Pendingin, Effar, Semarang, 999. Stocker, W.F dan Jones, J.W. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, terjemaan, Erlangga, Jakarta, 99. Sumanto, Drs.M.A, Dasar-dasar Mesin Pendingin, Andi Offset, Yogyakarta, JURNAL TEKNIK - UNISFAT, Vol. 8, No., September 0 Hal