PERFORMANSI MESIN REFRIGERASI KOMPRESI UAP TERHADAP MASSA REFRIGERAN OPTIMUM MENGGUNAKAN REFRIGERAN HIDROKARBON

Transkripsi

1 PERFORMANSI MESIN REFRIGERASI KOMPRESI UAP TERHADAP MASSA REFRIGERAN OPTIMUM MENGGUNAKAN REFRIGERAN HIDROKARBON Azridjal Aziz (1) (1) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Riau ABSTRAK Julah assa refrigeran sangat berpengaruh terhadap perforansi esin refrigerasi kopresi uap. Untuk suatu esin refrigerasi baru atau yang telah diodifikasi, agar dapat eberikan perforansi terbaiknya, perlu ditentukan assa optiunya. hidrokarbon digunakan pada penelitian ini sebagai refrigeran alternatif pengganti refrigeran halokarbon, karena lebih raah terhadap lingkungan, efek peanasan global sangat kecil dan efek perusakkan ozon nol, dan endukung progra penghapusan penggunaan refrigeran halokarbon sesuai dengan Protokol Montreal Hasil penelitian enunjukkan bahwa perforansi optiu esin refrigerasi kopresi uap yang dibuat pada penelitian ini dicapai pada assa optiu sebesar 1250 sapai 1290 gra, pada daya kopresor 1174 kw, dengan daya pendinginan 3,143 kw dan peanasan 4,025 kw, COP 2,678 dan PF 3,506. ABSTRACT The quantity of refrigerant ass very influence to perforance of refrigeration achine vapor copression. A new refrigeration achine or odified, can give a better perforance at certain optiu ass. Hydrocarbon refrigerant used in this research as alternative refrigerant for substitute halogenated refrigerant, because it environental friendly, global waring potential lower and zero ozone depleting potential, and supporting for phase out halogenated refrigerant fro Montreal Protocol This research shows that optiu perforance achieved at optiu ass 1250 to 1290 gras, at copressor work 1,174 kw, with cooling capacity 3,143 kw and heating capacity 4,025 kw, COP 2,678 and PF 3,506. Keywords: perforance, optiu, refrigerant. 1. PENDAHULUAN Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga teperaturnya berada di bawah teperatur lingkungan. Mesin refrigerasi atau disebut juga esin pendingin adalah esin yang dapat enibulkan efek refrigerasi tersebut, sedangkan refrigeran adalah zat yang digunakan sebagai fluida kerja dala proses penyerapan panas. Secara uu bidang refrigerasi encakup kisaran teperatur sapai 123 K. Sedangkan proses-proses dan aplikasi teknik yang beroperasi pada kisaran teperatur di bawah 123 K disebut kriogenika (cryogenics). Pebedaan ini disebabkan karena adanya fenoena-fenoena khas yang terjadi pada teperatur di bawah 123 K diana pada kisaran teperatur ini gas-gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen dan heliu dapat encair [1]. Siklus Kopresi Uap Sebuah siklus kopresi uap ideal [4,7] eiliki epat koponen utaa yaitu kopresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator, seperti digabarkan pada Gabar (1). Katup ekspansi 3 4 Q k Kondensor Evaporator Q e Kopresor Gabar 1. Siklus Kopresi Uap Ideal 2 1 W ko Perforansi esin refrigerasi kopresi uap ditentukan oleh beberapa paraeter, di antaranya adalah kapasitas pendinginan, kapasitas peanasan, daya kopresi, koefisien perforansi dan perforansi faktor. Diagra tekanan-entalpi (ollier diagra) pada Gabar (2) dapat ebantu dala enentukan paraeter-paraeter tersebut.

2 Jurnal Teknik Mesin Vol.2, No1, Juni 2005 ISSN Gabar 2. Diagra Fasa p-h Kopresi Uap Ideal. Siklus Kopresi Uap Nyata Siklus kopresi uap ideal tidak ungkin diwujudkan dala praktek sehari-hari, untuk itu digunakan siklus kopresi uap nyata. Siklus kopresi uap nyata engalai penyipangan dari siklus kopresi uap standar, sebagaiana ditunjukkan pada Gabar (3). Siklus standar ditunjukkan oleh garis putusputus yang elewati titik 1, 2, 3 dan 4, sedangkan siklus nyata ditunjukkan oleh garis tebal yang elewati titik 1, 2, 3 dan 4. p 3 Sub dingin 3' 4' 1' 4 1 panas lanjut Gabar 3. Diagra p-h Siklus Kopresi Uap Standar dan Nyata. 2' 2 siklus standar siklus nyata Meskipun terjadi penyipangan antara siklus standar dan siklus nyata, naun dala prakteknya, proses standar tetap digunakan untuk eperudah perhitungan dan analisis pada siklus nyata. Untuk enyatakan unjuk kerja dari suatu siklus kopresi uap [4,7] yang ditinjau dapak refrigerasi, laju pelepasan kalor, kerja kopresi, Coefficient of Perforance (COP) dan Perforance Factor (PF), yang dapat dijelaskan sebagai berikut gabar (2) : 1. Dapak Refrigerasi adalah besarnya panas yang dapat diserap oleh refrigeran persatuan assa. Besarnya dihitung dengan selisih entalpi refrigeran asuk dan keluar kondensor QE qe h 1 h 4 (1) h 2. Kerja Kopresi adalah kerja yang diteria oleh refrigeran untuk tiap satuan assa refrigeran Wk h 2 h 1 (2) 3. Coefisien of Perforance (COP) adalah perbandingan dapak refrigerasi dengan kerja kopressor qe ( h1 h4 ) Cop h1 ) (3) 4. Dapak pelepasan adalah julah kalor yang dilepaskan refrigeran tiap satuan assa refrigerant Qk qk h 2 h 3 (4) 5. Faktor Prestasi adalah perbandingan julah kalor yang dilepaskan kondensor dengan kerja kopressor qk h3 ) PF h1 ) (5) adalah fluida kerja yang digunakan untuk entransfer panas di dala siklus refrigerasi. Pada siste kopresi uap, refrigeran enyerap kalor dari suatu ruang elalui proses evaporasi dan ebuang kalor ke ruang lain elalui proses kondensasi. Sifatsifat yang dipertibangkan dala eilih refrigeran, adalah: sifat kiia, sifat fisik dan sifat terodinaik. Berdasarkan sifat-sifat kiianya refrigeran yang baik : tidak beracun, tidak bereaksi dengan koponen refrigerasi, dan tidak udah terbakar, serta tidak berpotensi enibulkan peanasan global (non-gwp(global Waring Potential)) dan tidak erusak lapisan ozon (non- ODP (Ozone Depleting Potential)). hidrokarbon erupakan salah satu refrigeran alternatif pengganti refrigeran halokarbon (CFC). hidrokarbon tidak berpotensi erusak ozon karena ODP = 0 dan GWP yang kecil. hidrokarbon juga tidak engalai reaksi kiia dengan oli peluas yang digunakan untuk refrigeran halokarbon [5]. hidrokarbon adalah refrigeran yang raah lingkungan, hal ini diperlukan agar kelestarian lingkungan terjaga, karena lapisan ozon di stratosfir berfungsi elindungi bui dari radiasi sinar ultra violet intensitas tinggi yang berbahaya (antara lain dapat enibulkan kanker kulit, katarak ata, enurunkan iunitas tubuh, dapat ebunuh phytoplankton yang erupakan bagian dari rantai kehidupan laut) [6]. 30

3 Perforansi Mesin Refrigerasi Kopresi Uap Terhadap Massa Optiu Menggunakan Hidrokarbon (Azridjal Aziz) Massa Untuk enentukan assa refrigeran yang eberikan perforansi optiu ada tiga cara yaitu: 1. Berdasarkan berat Mengisi berdasarkan dengan julah bahan pendingin sesuai dengan nae plate dari siste refrigerasi yang ada. 2. Berdasarkan suhu dan tekanan Jika tidak diketahui julah berat bahan pendingin yang harus diisikan, aka dapat diisi dengan ebandingkan suhu dan tekanan dari siste tersebut, biasanya batas-batas suhu dan tekanan sudah diketahui sebelunya sesuai dengan jenis refrigerannya. 3. Berdasarkan frost line Pengisian dilakukan pada suhu kaar, evaporator harus ditutup atau diberi penghalang agar tidak endapat aliran udara dari blower atau roda blowernya dilepas saat pengisian, tetapi fan blade dari kondensor jangan dilepas. Saat pengisian nantinya akan tibul bunga es (frost) ulai dari evaporator inlet, pengisian terus dilakukan sedikit-sedikit sapai kondensor panasnya erata dan evaporator seluruhnya tertutup bunga es, pengisian dihentikan jika evaporator seluruhnya telah tertutup bunga es sapai suction line. Julah assa refrigeran sangat berpengaruh terhadap perforansi esin refrigerasi kopresi uap. Untuk suatu esin refrigerasi baru atau yang telah diodifikasi, agar dapat eberikan perforansi terbaiknya, perlu ditentukan assa optiunya. Penentuan assa optiu ditentukan dengan enibang julah refrigeran yang diasukkan ke dala siste (berdasarkan berat). 2. METODOLOGI Fasilitas Pengujian Fasilitas pengujian terdiri dari satu unit esin refrigerasi, seperangkat alat ukur dan beberapa peralatan pendukung. Mesin refrigerasi beroperasi pada dua siklus yaitu siklus prier dan siklus sekunder. Siklus prier erupakan siklus refrigeran sedangkan siklus sekunder erupakan siklus air (chiller). Koponen siklus prier terdiri dari dua unit evaporator, dua unit kondensor, satu buah kopresor, satu buah alat ekspansi dan beberapa koponen pendukung seperti popa air listrik, blower. Sedangkan pada siklus sekunder terdapat satu unit kabin pendingin, satu unit kabin pengering, sebuah koil pendingin dan peanas serta satu buah katup solenoid. Skea sederhana fasilitas pengujian dapat dilihat pada gabar (4) [3]. Katup Ekspansi Wk Kond duy Evapo duy Qkd Qcd Qp Gabar 4. Fasilitas Pengujian Mesin Refrigerasi Prosedur Pengujian Qc R pengering utaa Prosedur yang dilakukan pada pengujian ini eliputi tahapan berikut ini: 1. Pengurasan instalasi dengan elakukan proses pevakuan. 2. Peeriksaan kebocoran instalasi dengan elakukan pevakuan. 3. Pengisian. Pengisian refrigeran dilakukan dala fasa cair elalui saluran isap kopresor. Pengisian dilakukan dala fasa cair karena hidrokarbon erupakan capuran zeotropik. Pengisian refrigeran dilakukan sedikit dei sedikit sapai dicapai assa refrigeran optiu, dan terus ditabahkan untuk elihat apakah perforansinya naik atau turun. Massa optiu refrigeran adalah julah assa refrigeran tertentu ke dala siste yang eberikan perforansi terbaiknya. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Perubahan Daya Kopresor terhadap Penabahan Massa Pada penabahan assa refrigeran dengan selang penabahan assa setiap 40 gra, terlihat bahwa daya kopresor naik sebanding dengan kenaikan assa refrigeran. Kenaikan daya kopresor cenderung stabil tanpa perubahan yang berarti setelah assa refrigeran encapai 930 gra, daya kopresor tertinggi dicapai pada assa refrigeran 1250 gra dengan daya kopresor 1,174 kw. ( Gabar (5) ). Penabahan assa refrigeran dihentikan sapai assa 1410 gra, karena kenaikan daya kopresor cenderung tetap tanpa perubahan berarti, sehingga daya kopresor aksial dianggap telah tercapai. R dingin utaa 31

4 Jurnal Teknik Mesin Vol.2, No1, Juni 2005 ISSN Daya Kopressor Grafik Daya Kopressor - Masa Masa (gr) Gabar 5. Perubahan Daya Kopresor terhadap Penabahan Massa Perubahan Daya Pendinginan pada Evaporator terhadap Penabahan Massa Daya pendinginan (Daya Evaporator)pada evaporator baik evaporator duy aupun evaporator utaa naik seiring dengan kenaikan assa refrigerant. Kenaikan terjadi karena akin banyak assa refrigeran yang terlibat dala enyerap panas dari lingkungan. Daya pendinginan total pada evaporator berbentuk parabola, diana daya pendinginan optiu dicapai pada assa refrigeran 1250 gra. Ini berarti dengan penabahan refrigeran selanjutnya daya pendinginan cenderung turun, karena daya pendinginan sebagian akan diserap sendiri oleh refrigeran, sehingga tidak seluruhnya enyerap kalor dari lingkungan.( Gabar (6) ) Gabar 7. Perubahan Daya Kondensor terhadap Kenaikan Massa Perubahan PF terhadap Penabahan Massa Penabahan assa refrigeran setelah encapai assa 1250 gra tidak begitu berpengaruh terhadap kenaikan PF (Perforance Factor), kenaikan yang terjadi relatif sangat kecil, sehingga penabahan assa refrigeran selanjutnya cenderung eiliki harga PF yang relatif tetap, diana harga PF optiu dicapai pada assa refrigeran1290 gra. Gabar 8. Perubahan PF terhadap Kenaikan Massa Perubahan COP terhadap Penabahan Massa Gabar 6. Perubahan Daya Evaporator terhadap Kenaikan Massa Perubahan Daya Peanasan pada Kondensor terhadap Penabahan Massa Daya peanasan (daya kondensor) pada kondensor naik pada penabahan assa refrigerant, dan ebentuk grafik setengah parabola. Penabahan assa refrigeran setelah elapaui assa refrigeran 1250 gra terhadap kenaikan daya peanasan cenderung tetap, tanpa perubahan berarti, sehingga penabahan assa cenderung tidak epengaruhi daya peanasan ( Gabar (7) ). Daya peanasan optiu 4,025 dicapai pada assa refrigeran 1290 gra. Penabahan assa refrigeran engakibatkan kenaikan harga COP, hal ini disebabkan penabahan assa refrigeran berarti terjadi penabahan laju perpindahan panas ke lingkungan. Kondisi optiu, diana harga COP tertinggi dicapai pada assa refrigeran optiu 1250 gra, dan setelah itu penabahan assa refrigeran selanjutnya cenderung engakibatkan turunnya COP, karena sebagian kalor cenderung diserap oleh refrigeran. Dari Gabar (9) terlihat bahwa assa optiu esin refrigerasi ini adalah 1250 gra dengan COP 2,678. Massa optiu ini erupakan puncak grafik dari gabar di atas, diana penabahan assa refrigeran selanjutnya terjadi penurunan COP. 32

5 Perforansi Mesin Refrigerasi Kopresi Uap Terhadap Massa Optiu Menggunakan Hidrokarbon (Azridjal Aziz) Gabar 9. Perubahan COP terhadap Penabahan Massa Massa Optiu Dari uraian di atas dapat dianalisis bahwa kenaikan daya kopresor, daya pendinginan di evaporator, coefficient of perforance (COP) dengan penabahan assa refrigeran, encapai kondisi optiunya pada 1250 gra. Sedangkan daya peanasan di kondensor, perforance factor (PF) encapai kondisi optiunya pada 1290 gra. Diana pada kondisi ini, esin refrigerasi pada pengujian ini eberikan daya kopresor, daya pendinginan di evaporator, dan coefficient of perforance (COP) pada 1250 gra assa refrigeran serta daya peanasan di kondensor, perforance factor (PF) optiu pada 1290 assa refrigerant. Jadi assa refrigeran optiu yang eberikan perforansi terbaik dari esin refrigerasi ini dicapai pada assa refrigeran gra. Karena kondisi optiu lebih banyak dicapai pada assa refrigeran 1250 gra, dan agar kerja kopresor tidak terlalu berat, aka assa optiu esin refrigerasi yang digunakan pada penelitian ini ditetapkan sebesar 1250 gra. 4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesipulan yang dapat diabil dari dari penelitian ini adalah : 1. Prosedur penentuan assa optiu dapat digunakan, dan secara uu dapat pula digunakan untuk enentukan assa optiu refrigeran pada esin refrigerasi dengan siklus kopresi uap lainnya. 2. COP (Coefficient of Perforance) optiu untuk esin refrigerasi ini adalah 2,678 dengan assa optiu 1250 gra. 3. Pada assa refrigeran 1250 gra, daaya kopresor optiu adalah 1,174 kw. 4. Daya pendinginan optiu sebesar 3,143 kw dicapai pada assa refrigerant 1250 gra. 5. Daya peanasan optiu kondensor sebesar 4,025 kw dicapai pada assa optiu refrigeran 1290 gra. 6. PF (Perforance Factor) optiu sebesar 3,506 dicapai pada assa refrigerant 1290 gra. 7. Massa optiu siste esin refrigerasi ini berkisar 1250 sapai 1290 gra, dengan perforansi yang relatif saa. Penentuan assa optiu refrigeran untuk esin pendingin untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan enggunakan alat ukur dengan data akuisisi, sehingga hasil penelitian lebih akurat Untuk enjaga kondisi kopresor tetap berjalan dengan baik, saat pengisian refrigeran hidrokarbon yang dilakukan dari sisi cair, usahakan agar selang peasukan lebih panjang, sehingga refrigeran yang asuk dapat dipastikan berupa uap. PUSTAKA 1. Arora, C. P, Refrigeration and Air Conditioning, Mc. Graw-Hill International Edition, Aziz, Azridjal, Kaji Eksperiental Pengaruh Perubahan Suhu pada Siklus Sekunder dan Siklus Prier terhadap Perforansi Mesin Refrigerasi Hibrid dengan Hidrokarbon HCR12, Padang, Jurnal Saintek UNP, Aziz, Azridjal, Pebuatan dan Pengujian Mesin Refrigerasi Kopresi Uap Hibrida dengan HCR-12 yang Sekaligus Bertindak Sebagai Mesin Refrigerasi pada Leari Pendingin (Cold Storage) dan Popa Kalor pada Leari Pengering (Drying Roo), Tesis, Jurusan Teknik Mesin, ITB, Bandung, Moran, M.J., Saphiro, H.N., Fundaental of Engineering Therodinaycs, 3 rd ed, New York, John Wiley & Sons, Inc., Pasek, A.D.,Tandian, N.P., 2000, Short Course on the Applications of Hydrocarbon ts, International Conference on Fluid and Theral Energy Conversion 2000, Bandung. 6. Pasek, A.D.,Tandian, N.P., Adriansyah W., 2004 Training of Trainer Refrigeration Servicing Sector, Training Manual, ITB, Bandung. 7. Reynolds, Willia., Perkins, Henry., Engineering Therodynaics, 2 nd ed., Singapore, McGraw-Hill Co,