Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Kecepatan Putaran Kompresor Pada Sistem Pengkondisian Udara Dengan Pre-Cooling

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No., (016) ISSN: ( Print) F-84 Studi Eksperien Pengaruh Variasi Kecepatan Putaran Kopresor Pada Siste Pengkondisian Udara Dengan Pre-Cooling Fariz Ibrohi dan Ary Bachtiar Khrisna Putra Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopeber (ITS) Jl. Arief Rahan Haki, Surabaya Indonesia e-ail: Abstrak Indonesia adalah negara berikli tropis diana teperatur udaranya cukup tinggi sehingga penggunaan akan siste pendingin dan pengkondisian udara (Air Condtioning) sangatlah di butuhkan. Eksperien kali ini adalah eodifikasi siste pengkondisian udara biasa enjadi siste yang baru dengan (dua) unit evapotaror dan 1 (satu) unit outdoor ditabah pre-cooling yang bertujuan untuk enaikkan perfora dari siste pengkondisian udara. Salah satu cara enaikkan perfroa siste pengkondisian yang sudah diodifikasi adalah dengan cara envariasikan kecepatan putaran kopresor sehingga didapatkan perfora yang aksiu. Oleh karena itu, dilakukan variasi pada siste odifikasi yang saa dengan 5 (lia) kecepatan putaran kopresor yang berbeda, yaitu: 1800 rp, 100 rp, 400 rp, 700 rp dan 3000 rp. Ekperen dilakukan pada asinasing kecepatan fan evaporator dengan pengabilan data 0 kali pada 13 titik pengukuran untuk sekali variasi. Hasil yang didapat dari studi eksperien pengaruh variasi kecepatan putaran kopresor pada siste pengkondisian udara dengan precooling eiliki perfora untuk kecepatan fan low COP sebesar 5,097 dan HRR sebesar 1,175, untuk kecepatan fan ediu COP sebesar 5,103 dan HRR sebesar 1,176, dan untuk kecepatan fan low COP sebesar 5,01 dan HRR sebesar 1,175. Perfora aksiu baik untuk kecepatan fan low, ediu, dan high dari siste yang telah diodifikasi tersebut dicapai pada kecepatan putaran 3000 rp dengan perfora efisiensi kopresor adalah 73%, COP theral adalah 5,09, COP elektrik adalah 4,39, dan HRR adalah 1,17. Kata Kunci kecepatan putaran kopresor, odifikasi, perfora, siste pengkondisian udara. I. PENDAHULUAN NDONESIA adalah negara berikli tropis diana Iteperatur udaranya cukup tinggi sehingga penggunaan akan siste pendingin dan pengkondisian udara (Air Condtioning) sangatlah di butuhkan baik di dunia industri, koersial, tranportasi, kesehatan, gedung-gedung perkantoran aupun ruah tangga. Pengkondisian udara adalah suatu esin yang digunakan untuk engkondisikan udara dengan cara enyerap kalor udara dala ruangan keudian kalor tersebut dilepaskan ke udara lingkungan enggunakan siste rerigerasi kopresi uap. Pada siste kopersi uap biasa hanya terdapat asing-asing satu unit kopresor, kondensor (air cooled condensor), alat ekspansi dan evaporator. Pada siste kopresi uap, pengeluaran kalor pada kondenser dapat encapai epat kali dari asukan daya kopresi. Teperatur refrigeran keluar kopresor dapat encapai 50 C tergantung pada kondisi udara abien. Karena teperatur keluaran kopresor yang asing tinggi sehingga dapat ditabahkan suatu alat pre-cooling yang berguna untuk eningkatkan perfora dari suatu siste pengkondisian udara. Selain eningkatkan perfora dari siste pengkondisian udara, pre-cooling juga dapat eanfaatkan energi buang yang pada uunya kalor dari kondenser dibuang langsung ke udara lingkungan. Salah satu cara eningkatkan perfora siste pengkondian udara adalah dengan evariasi kecepatan putaran kopresor. Oleh sebab itu salah satu cara untuk endapatkan perforansi yang aksial adalah dengan elakukan variasi terhadap putaran kopresor, putaran kopresor ini akan epengarui besarnya laju aliran assa yang dikopresikan sehingga enyebabkan perubahan kerja baik pada kondensor aupun evaporator yang berpengaruh terhadap perforance dari siste itu sendiri. Variasi putaran kopresor ini dapat dilakukan dengan cara enabahkan inverter sebagai pengubah frekuensi listrik yang asuk pada kopresor. Dengan variasi tersebut aka didapatkan putaran yang cocok untuk siste yang telah diodifikasi tersebut dengan cara engetahui COP aksiu serta konsusi daya kopresor iniu. II. URAIAN PENELITIAN A. Siste Refrigerasi Refrijerasi erupakan proses penyerapan kalor dari ruangan berteperatur tinggi dan eindahkan kalor tersebut ke suatu ediu tertentu tertentu yang berteperatur lebih rendah sehingga didapatkan tercapainya suatu teperatur dan dipertahankannya terperatur tersebut di bawah teperatur lingkungan. Penyerapan dan peindahan kalor ini enggunakan suatu ediu yang disebut refrijeran. Siste refrijerasi adalah kobinasi kobinasi koponen, peralatan dan perpipaan, yang dihubungkan untuk enghasilkan efek pendinginan sehingga dapat enjadikan kondisi teperatur suatu ruangan berada di bawah teperatur seula. Pada prinsipnya dari siste refrigerasi eanfaatkan

2 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No., (016) ISSN: ( Print) F-85 prinsip dasar terodinika diana kalor bergerak dari teperatur tinggi ke teperatur rendah pada suatu edia. Kondisi teperatur rendah yang dihasilkan oleh suatu siste refrigerasi diakibatkan oleh penyerapan panas pada reservoir dingin yang erupakan salah satu bagian siste refrigerasi tersebut. Panas yang diserap bersaa-saa energi (kerja) yang diberikan kerja luar dibuang pada bagian siste refrigerasi yang disebut reservoir panas. B. Modifikasi Siste Refrigerasi Uap Siste refrigerasi kopresi uap yang telah diodifikasi adalah siste yang eiliki koponen tabahan yaitu 1 unit evaporator dan 1 unit heat exchanger sebagai proses precooling. Gabar 1. P-h Diagra Siste Refrigerasi Uap yang Telah Diodifikasi Gabar 1 adalah gabar siste kopresi uap yang sudah diodifikasi sehingga terdapat beberapa koponen tabahan pada siste tersebut. Berikut ini adalah proses-proses yang ebentuk siklus kopresi uap yang telah diodifikasi : Proses 1 : kopresi isentropi. Proses 3 : pelepasan kalor secara isobaris pada precooling, enyebabkan penurunan panas lanjut (desuperheating). Proses 3 4 : pelepasan kalor secara isobaris pada air cooled condensor, enyebabkan penurunan panas lanjut (desuperheating) dan proses pengebunan (kondensasi). Proses 5 & 6: titik percabangan sebelu asuk pipa kapiler 1 dan pipa kapiler. Proses 5 7 : proses penurunan tekanan dengan isoentalpi pada pipa kapiler 1. Proses 6 8 : proses penurunan tekanan dengan isoentalpi pada pipa kapiler. Proses 7 9 : penabahan kalor pada tekanan tetap pada evaporator 1, yang enyebabkan penguapan enuju uap jenuh atau uap panas lanjut (superheated). Proses 8 10: penabahan kalor pada tekanan tetap pada evaporator, yang enyebabkan penguapan enuju uap jenuh atau uap panas lanjut (superheated). 1. Kopresor Kopresor adalah jantung dari siste kopresi uap karena fungsinya untuk eopa refrigeran agar tetap bersirkulasi di dala siste selain itu kopresor berfungsi untuk engkopresi refrigeran uap agar epunyai tekanan yang tinggi untuk easuki kondensor. W c h h 1 (1). Kondensor Kondensor Berfungsi sebagai alat penukar kalor, enurunkan teperatur refrigeran, dan engubah wujud refrigeran dari fasa gas enjadi fasa cair. Kondensor berfungsi sebagai pebuang panas (heat rejection) dari dala siste ke luar siste. a) Kapasitas pre-cooling Q pre cooling h h 3 () b) Kapasitas air cooled condensor Q cond h 3 h 4 (3) 3. Evaporator Koponen ini berfungsi untuk enyerap panas dari ruangan. Panas tersebut diserap dan dialirkan elalu heat exchanger keudian dipindahkan ke refrigeran. a) Kapasitas evaporator 1 Q e 1 h9 h7 (4) b) Kapasitas evaporator Q e h10 h8 (5) 4. Alat ekspansi Alat ekspansi enjadi koponen penentu dala siste pendinginan. Refrijeran pada fase cair dari kondensor yang akan diuapkan di evaporator dikontrol oleh alat ekspansi yang enyebabkan fasenya berubah enjadi capuran cair jenuh dan uap keudian tekanannya pun juga ikut turun. Proses ideal ekspansi berlangsung secara isoentalpi. Besarnya perubahan entalpi pada proses ekspansi adalah : h (6) 5 h 7 C. Koefisien Unjuk Kerja (COP) Theral Koefisien unjuk kerja (COP) theral adalah unjuk kerja teoritis yang didapatkan dari perbandingan kalor yang diserap oleh evaporator dengan dayang yang dibutuhkan kopresor : COP theral Qe total W c h h h h 9 7 h h D. Heat Rejection Ratio (HRR) Laju perpindahan panas pada kondensor jika kaitannya dengan kapasitas refrigerasi dinyatakan sebagai Heat Rejection Ratio (HRR) dapat dinyatakan dengan ebagi besarnya kalor yang dilepaskan kondensor dibagi dengan besarnya kalor yang diserap oleh refrigeran. (8) Q c total h h3 h3 h4 HRR Q e total h9 h7 h10 h8 E. Heat Exchanger Alat penukar kalor (Heat Exchanger) erupakan sebuah alat yang berfungsi untuk enurunkan atau eningkatkan (7)

3 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No., (016) ISSN: ( Print) F-86 eningkatkan teperatur sebuah siste dengan eanfaatkan suatu edia pendingin atau peanas sehingga kalor dapat berpindah dari teperatur tinggi ke teperatur rendah. Pada eksperien kali ini heat exchanger yang dugunakan adalah jenis concentric tube dengan jenis aliran conter flow [5]. F. Penelitian Terdahulu Pada tahun 011 Ragil Heri Nurabyah elakukan penelitian dengan judul Studi Eksperiental Perbandingan Refrijeran R-1 Dengan Hydrocarbon MC-1 Pada Siste Pendingin Dengan Varasi Putaran Kopresor Gabar. Concentric Tube Heat Exchanger Dengan Aliran Counter Flow Untuk engetahui kinerja heat exchanger aka dapat digunakan effectiveness dari heat exchanger itu sendiri. Untuk encari hal tersebut aka harus diketahui nilai perpindahan kalor aktual dan perpindahan kalo aksiu (q ax ) atau perpindahan kalor yang diharapkan dari heat exchanger. Cc T c, o Tc, i (9) C in T h, i Tc, i Untuk engevaluasi kinerja Nuber of Transfer Units (NTU) heat exchanger tipe concentric tube dengan aliran counter flow digunakan peruusan sevagai berikut : 1 1 NTU ln untuk (C r < 1) (10) C r 1 C r 1 Gabar 3. Grafik hasil penelitian Ragil Heri Nurabyah (011) Gabar diatas enunjukkan hasil penelitian Ragil Heri Nurabyah yang elakukan penelitian dengan erubah kecepatan putan kopresor pada siste pendingin ruangangan (air conditioner) dengan engatur frekuensi listrik kopresor. Dala penelitian ragil ebandingkan refrigeran sebagi fluida kerja pada siste refrigerasi. Dari hasil penelitian dapat dilihan bahwa peninggkatan nilai COP berbanding terbalik dengan peninggkatan kecepatan putar. Diana COP akan seakin besar seiring dengan enurunnya kecepatan putar otor kopresor. Sebaliknya, penabahan beban pada siste eningkatkan nilai COP dari siste refrigerasi. A. Skea Modifikasi Siste Pengkondisian Udara III. METODELOGI PENELITIAN Gabar 4. Skea Modifikasi Siste Pengkondisian Udara

4 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No., (016) ISSN: ( Print) F-87 Gabar 4 adalah siste pengkondisian udara yang telah diodifikasi yang terdapat beberapa koponen yaitu : kopresor, pre-cooling, air cooled condensor, pipa kapiler dan evaporator. kenaikan total kapasitas evaporator tidak sebanding dengan kerja kopresor sesuai dengan persaaan.17. B. Grafik HRR Fungsi Kecepatan Putaran Kopresor B. Alat Ukur Berikut ini adalah alat ukur yang digunakan pada eksperien kali ini : 1. Therocouple tipe K : 13 titik pengukuran teperatur.. Pressure Gauge : high pressure dan 1 low pressure. 3. Flow eter 4. Apereeter 5. Data akuisisi C. Prinsip Pengujian Pengujian pada siste pengkondisian udara yang telah diodifikasi pada kali ini enggunakan refrijeran Musicool- dengan tekanan suction kopresor sesuai rekoendasi dari PT. Pertaina yaitu 60Psig 80 Psig []. Variasi kecepatan putaran kopresor yang dilakukan adalah 1800 rp. 100 rp, 400 rp dan 3000 rp. Pengabilan data dilakukan setelah siste sudah dala kondisi steady state. Data yang diolah data rata-rata dari pengukuran pada saat siste telah steady, ada 5 data yang diabil setiap 5 enit. IV. HASIL DAN ANALISA A. Grafik COP Theral Fungsi Kecepatan Putaran Kopresor Gabar 6. Grafik HRR fungsi kecepatan putaran kopresor Gabar diatas enunjukkan HRR. Grafik tersebut enunjukkan tren grafik yang naik. Dari gabar grafik terlihat bahwa tidak ada perbedaan antara HRR untuk kecepatan blower evaporator low, ediu dan high. Dari gabar grafik juga HRR pada kecepatan putaran kopresor yang lebih tinggi eiliki nilai yang lebih tinggi. HRR dari kopresor terendah yaitu 1,11 pada kecepatan putaran kopresor 1800 rp sedangkan tekanan refrigeran yang keluar dari kopresor tertinggi yaitu 1,175 pada kecepatan putaran kopresor 3000 rp. Naiknya HRR dari kecepatan putaran kopresor rendah hingga putaran aksiu disebabkan seakin tinggi kecepatan putaran. Kenaikan tersebut sesuai karena kenaikan total kapasitas kondensor lebih tinggi dibandingkan kenaikan total kapasitas evaporator. C. Grafik Effectivenes Heat Exchanger Fungsi Kecepatan Putaran Kopresor Gabar 5. Grafik COP theral fungsi kecepatan putaran kopresor Gabar diatas enunjukkan COP theral. Grafik tersebut enunjukkan tren grafik yang enurun. Dari gabar grafik terlihat bahwa tidak ada perbedaan antara COP theral untuk kecepatan blower evaporator low, ediu dan high. Dari gabar grafik juga terlihat COP theral pada kecepatan putaran kopresor yang lebih tinggi eiliki nilai yang lebih kecil. COP theral terendah yaitu 5,1 pada kecepatan putaran kopresor 3000 rp sedangkan COP theral tertinggi yaitu 6,54 pada kecepatan putaran kopresor 1800 rp. Penurunan COP theral dari kecepatan putaran kopresor rendah hingga putaran aksiu disebabkan seakin tinggi kecepatan putaran kopresor. Penurunan tersebut diakibatkan Gabar 7. Grafik effectivenes heat exchanger fungsi kecepatan putaran kopresor Gabar diatas enunjukkan effectivenes heat exchanger. Grafik tersebut enunjukkan tren grafik yang enurun. Dari gabar grafik juga terlihat effectivenes heat exchanger pada kecepatan putaran kopresor rendah eiliki nilai effectivenes heat exchanger yang lebih yang

5 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No., (016) ISSN: ( Print) F-88 tinggi, seakin bertabah cepatnya kecepatan putaran kopresor aka nilai effectivenes heat exchanger seakin enurun. Effectivenes heat exchanger terendah yaitu 0,6673 pada kecepatan putaran kopresor 3000 rp sedangkan effectivenes heat exchanger tertinggi yaitu 0,7739 pada kecepatan putaran kopresor 1800 rp (low). D. Grafik NTU Heat Exchanger Fungsi Kecepatan Putaran Kopresor Gabar 8. Grafik NTU heat exchanger fungsi kecepatan putaran kopresor Gabar diatas enunjukkan NTU heat exchanger. Grafik tersebut enunjukkan tren yang naik. Dari gabar grafik juga terlihat NTU heat exchanger dari kopresor pada kecepatan putaran kopresor yang rendah eiliki NTU heat exchanger yang tinggi, seiring bertabah cepatnya kecepatan putaran kopresor aka nilai NTU heat exchanger seakin turun. NTU heat exchanger terendah yaitu 1,575 pada kecepatan putaran kopresor 1800 rp sedangkan tekanan refrigeran yang keluar dari kopresor tertinggi yaitu 1,947 pada kecepatan putaran kopresor 3000 rp (ediu). E. P-h Diagra Siste Pengkondisian Udara dengan Variasi Kecepatan Putaran Kopresor Gabar 7. p-h diagra kecepatan fan evaporator low Pada gabar 6 p-h diagra kecepatan blower evaporator low dibawah ebandingkan perbedaan antara siste dengan variasi kecepatan putaran kopresor 1800 rp, 100 rp, 400 rp, 700 rp dan 3000 rp. Garis warna biru enunjukkan kurva siste dengan kecepatan putaran kopresor 1800 rp, garis warna hijau enunjukkan kurva siste dengan kecepatan putaran kopresor 100 rp, garis warna orange enunjukkan kurva siste dengan kecepatan putaran kopresor 400 rp, garis warna erah enunjukkan kurva siste dengan kecepatan putaran kopresor 700 rp dan garis warna hita enunjukkan kurva siste dengan kecepatan putaran kopresor 3000 rp. Pada gabar plot terlihat seakin bertabah cepat kecepatan putaran kopresor aka proses kopresi seakin panjang yang berarti pressure ratio seakin tinggi dan refrigeran keluaran kopresor seakin superheated serta proses ekspansi seakin panjang pula sehingga tekanan dan teperatur pada asuk evaporator seakin rendah. Bertabah cepat kecepatan kopresor juga akan engakibatkan laju aliran assa refrigeran seakin eningkat yang berakibat kapasitas evaporasi, kapasitas kondensasi seakin eningkat.

6 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No., (016) ISSN: ( Print) F-89 V. KESIMPULAN Kesipulan dari hasil studi eksperien pengaruh variasi kecepatan putaran kopresor pada siste refrigerasi yang telah diodifikasi adalah sebagai berikut: 1. Perfora siste refrigerasi yang telah diodifikasi adalah COP untuk kecepatan blower low bernilai 5,097, COP untuk kecepatan blower ediu bernilai 5,103 dan COP untuk kecepatan blower low bernilai 5,01. Sedangakn HRR untuk kecepatan blower low bernilai 1,175, HRR untuk kecepatan blower low bernilai 1,176 dan HRR untuk kecepatan blower low bernilai 1,175. Perfora aksiu darihasil studi eksperien pengaruh variasi kecepatan putaran kopresor pada siste refrigerasi yang telah diodifikasi dengan kecepatarn putaran kopresor 1800 rp, 100 rp, 400 rp, 700 rp, dan 3000 rp didapat pada kecepatan putaran 3000 rp baik untuk kecepatan blower low, ediu dan high. COP theral adalah 5,09 COP elektrik adalah 4,39 HRR adalah 1,17 Effectiveness adalah 0,66, dan NTU adalah 1,56 UCAPAN TERIMA KASIH Tuliskan ucapan teria kasih dengan bahasa baku, isalnya, Penulis F.I. (inisial naa ahasiswa) engucapkan teria kasih kepada Pak Ary Bachtiar, ST., MT., PhD. yang telah ebibing, Kedua Orang Tua, Kakak, dan Adik yang telah eberikan dukungan finansial, dukungan doa, dan seangat, Muslikha yang telah eberikan seangat kepada penulis, Pak Minto dan Mas Erdin yang telah ebantu penulis dala enyelesaikan alat, serta Awan dan Arnovia yang telah bersaa-saa berjuang enyelesaikan Tugas Akhir dengan alat yang saa. DAFTAR PUSTAKA [1] Bergan, Theodore L, dkk. Fundaental of Heat and Mass Transfer, 7 th ed. John Wiley & Son s, Inc. US. [] Moran, Michael J, dkk. Fundaental of Engneering Therodynaics, 7 th ed. John Wiley & Son s, Inc. US. [3] Nurabyah, Ragil Heri. Studi Eksperiental Perbandingan Refrigeran R-1 dengan Hydrocarbon MC-1 pada Siste Pendngin dengan Variasi Putaran Kopresor. ITS. Surabaya. 011.