Pengaruh Prosentase Massa Refrigeran R 290/R744 Terhadap COP dan Temperatur Masuk Evaporator Pada Sistem Kompresi Uap Satu Tingkat

Transkripsi

1 Pengaruh Prosentase Massa Refrigeran R 290/R744 Terhadap COP dan Temperatur Masuk Evaporator Pada Sistem Kompresi Uap Satu Tingkat Hanric Muharka 1, Rudy Soenoko 2, Slamet Wahyudi 3, Nurkholis Hamidi 4 1) Dosen Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang 2,3,4) Dosen Program Doktor, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang 1) muhar_01@yahoo.com ABSTRAK Refrigeran pengganti untuk saat ini sangat diperlukan karena refrigeran tersebut masih mengandung unsur fluor dan chlor maka dilakukan, dengan salah satu cara mencampur refrigeran hidrokarbon (propana) dengan refrigeran anorganik (karbondioksida) pada perbandingan massa tertentu, permasalahan terletak pada refrigeran campuran yang mana mempunyai kestabilan pada karakteristik tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh prosentase massa refrigeran R 290/R 744 terhadap COP dan temperatur masuk evaporator pada sistem kompresi uap satu tingkat. Penelitian dilakukan dengan cara mencampur refrigeran 290/ R 744 pada instalasi refrigerasi satu tingkat dengan variabel bebas; massa Isian Instalasi 250 gr, putaran kipas kondensor 800 rpm, 1000 rpm dan 1300 rpm, variabel kontrol; Prosentasi massa campuran refrigeran R 290/R 744 lokal (wt %): 85/15, 80/20, 75/25, 15/85, variabel terikat; koefisien performansi (COP), temperatur masuk evaporator. Hasil penelitian diperoleh bahwa Refrigeran R 744 /R 290 yang stabil terdapat di campuran 35/65 dan 25/75, harga COP rata-rata untuk masing masing refrigeran: 3,76 dan 3,28 sedangkan nilai temperatur masuk evaporator -17,85 O C dan -9,2 O C dimana harga terdapat pada putaran kipas kondensor mulai dari 1300 rpm sampai 800 rpm. Kata kunci: COP, temperatur, refrigeran, satu tingkat, stabil ABSTRACT A replacement for the current refrigerant are much needed because the refrigerant are still contain elements of fluor and chlor then done, with one way to mix refrigerant are hydrocarbons (propane) and refrigerant are anorganic (carbon dioxide) in particular, the problems of mass comparison rests on refrigerant are a mixture which has stability in certain characteristics. This research aims to know the influence of the percentage of the mass of refrigerant are R 290/R 744 of the COP and the evaporator inlet temperature of the vapor compression one stage system. Research done by mixing refrigerant are 290/R 744 of refrigeration installations one stage with the free variables; a mass contents installation of 250 gr, the condenser fan rotation; 800 rpm, 1000 rpm and 1300 rpm, variable control; Prosent mass mixed refrigerant are R 290/R 744 (wt%) were: 85/15, 80/20, 75/25, of...15/85, fastened variable; coefficient of performance (COP), the inlet temperature of the evaporator. The research results obtained that refrigerant are R 744/r 290 is a stable mix 35/65 and 25/75, the value of an average COP for each refrigerant are: 3,76 and 2 in temperature value of enter 8 while the evaporator O C and-9.2 O C where value contained on the condenser fan rotation from 1300 rpm to 800 rpm. Keywords: COP, temperature, refrigerant, one stage, stable SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

2 Pendahuluan Latar Belakang Penggantian refrigeran saat ini masih diperlukan untuk menghindari pemakaian refrigeran yang masih mengandung unsur klor dan flor, ini disebabkan merusaknya lapisan ozon (Ozone Depleting Potential / ODP) dan pemanasan global ( GWP). R22 merupakan refrigeran HCFC yang banyak digunakan di dalam mesin refrigerasi maupun pengkondisian udara. Refrigeran ini masih terdapat beberapa kekurangan utamanya yang berpengaruh terhadap lingkungan karena mengandung unsur klor dan flor. jika refrigeran tersebut lepas ke atmosfir, maka unsur chlor pada HCFC dapat menimbulkan efek pemanasan global, untuk itu kini telah dikembangkan jenis refrigeran yang ramah lingkungan yaitu hidrokarbon dan anorganik. Refrigeran ini tidak memiliki unsur chlor dan fluor yang mempunyai nilai ODP sama dengan nol dan GWP 1, Penelitian terus dilakukan untuk menggantikan refrigeran yang masih mempunyai harga ODP dan GWP tinggi maka perlu dikembangkan refrigeran untuk mengganti refrigeran yang ada saat ini, salah satu cara yaitu melakukan pencampuran dua atau lebih refrigeran yang mempunyai sifat saling mengisi diantara kedua refrigeran tersebut diantaranya; tidak mudah terbakar (non flammable), tidak beracun /non toxic, tidak bersifat korosif terhadap logam yang lain, dan dapat meningkatkan efisiensi, pencampuran refrigeran ini yang disebut blend. Refrigeran ini merupakan refrigeran massa depan, dimana pada saat sekarang telah dikembangkan refrigeran tersebut untuk menggantikan refrigeran yang masih terdapat unsur fluor dan klor, refrigeran tersebut meliputi: propana, butana, amoniak dan karbon dioksida atau dengan cara menambah gas lain seperti N2O, N2 dan lain-lain. Pemakaian refrigeran campuran yang telah digunakan sampai sekarang diantaranya: R 410A; refrigeran ini masih digunakan untuk pendingin ruangan tetapi unsur klor dan flor tetap ada. Instalasi pendingin sistem kompresi uap satu tingkat terdiri-dari empat komponen utama diantaranya; kompresor, katup ekspansi, kondensor, dan evaporator, kemudian diisi refrigeran campuran R 290/R 744 yang prosentasenya sudah ditentukan sedangkan isian massa refrigeran yang optimal di instalasi dicari untuk mendapatkan kestabilan campuran refrigeran. Berdasarkan uraian pada bagian latar belakang, rumusan masalah pada penelitian ini adalah: 1. Apakah terjadi pengaruh prosentase massa refrigeran R 290/ R 744 terhadap COP dan temperatur masuk evaporator? 2. Pada prosentase berapa refrigeran R 290/ R 744 terjadi kestabilan nilai COP dan temperatur masuk evaporator? Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh prosentase massa refrigeran R 290/ R 744 terhadap COP dan temperatur keluar evaporator. Metode Penelitian Metode penelitian merupakan eksperimen murni dengan menggunakan instalasi mesin pendingin yang sudah ada di laboratorium, yang mana alat tersebut mempunyai beberapa spesikasi sebagai berikut: Kompresor jenis kompresor torak, hermetik yang kapasitas nominal 1/3 hp, tekanan hisap 0,4 sampai 2 bar, tekanan keluar 10 sampai 12 bar, evaporator dan kondensor jenis fin tube dengan pendingin udara temperatur evaporator 30 o C untuk katup TXV dan 25 o C untuk pipa kapiler, kipas jenis aksial dengan kapasitas 1300 CFM, diagram instalasi mesin pendingin terlihat pada gambar 1. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

3 Variabel-variabel dalam penelitian ini adalah: Variabel bebas: Massa Isian Instalasi 250 gr, putaran kipas kondensor 800 rpm, 1000 rpm dan 1300 rpm Variabel control: Prosentasi berat campuran refrigeran R 744/R 290 lokal (wt %): 85/15, 80/20, 75/25, 15/85. Variable terikat: Koefisien performansi (COP), Temperatur masuk evaporator Gambar 1. Diagram alir mesin pendingin Hasil Dan Pembahasan Data hasil penelitian dan pengolahannya disajikan dalam tabel-tabel dan dikelompokkan berdasarkan kuantitas massa isian refrigeran dan campuran refrigeran. Dari tabel hasil pengolahan data kemudian dibuat grafik campuran refrigeran dengan berbagai konsentrasi perbandingan massa, putaran kipas kondensor dan evaporator, massa isian maka didapatkan COP, temperatur masuk evaporator. Pada percobaan pertama campuran refrigeran mulai dari mix 1 itu R 744 / R 290; 15/85 dimana 15% R 744 (karbon dioksida) 85% R 290 (propana), Gambar 2. Fraksi massa R 744 / R 290 dengan COP SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

4 Gambar 3. Fraksi massa R 744 / R 290 dengan temperatur masuk evaporator Gambar 4. Fraksi massa R 290 / R 744 dengan COP Gambar 5. Fraksi massa R 290/ R 744 dengan temperatur masuk evaporator sampai sebaliknya kemudian diatur putaran kipas tetap. Hasil data tersebut diambil kemudian diolah dengan persamaan-persamaan selanjutnya dibuat grafik seperti pada gambar 2, menjelaskan hubungan antara COP dengan fraksi massa, kemudian temperatur masuk evaporator terhadap fraksi massa diperlihatkan pada gambar 3, Pada gambar 4, 5 sama dengan gambar sebelumnya tetapi fraksi massanya berbeda dimana untuk prosentase R 744 / karbon dioksida lebih besar dibandingkan dengan propana (R 290). Pembahasan Pada gambar 2, COP tertinggi terdapat pada campuran refrigeran 30/70 yang berharga 15,03 pada putaran kipas evaporator 1300 rpm dan perbandingan massa 40/60 yang nilainya SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

5 sebesar 14,66 selain juga terdapat di campuran yang sama tetapi pada putaran 1000 rpm berharga 14,54, untuk harga COP yang tertinggi dipengaruhi oleh besaran daya kompresor yang kecil dan efek refrigerasi bernilai besar atau harga daya kompresor yang tetap dengan efek refrigerasi besar, selanjutnya dengan melihat gambar 3 berupa grafik temperatur masuk evaporator ternyata untuk campuran 30/70 dan 40/60 mempunyai harga temperatur masuk evaporator yang tinggi sehingga tidak bisa berfungsi sebagai refrigeran dikarenakan zat pendingin harus mampu menyerap panas pada kondisi temperatur rendah dan bekerja pada tekanan rendah sedangkan campuran refrigeran tersebut mempunyai harga temperatur masuk evaporator yang tinggi atau mendekati temperatur ruang/lingkungan berakibat perpindahan panas antara udara lingkungan dengan refrigeran kecil sekali maka refrigeran lebih stabil terdapat di campuran 35/65 dan 25/75, ini dibuktikan dengan perlakuan perubahan putaran kipas kondensor mulai dari 1300 rpm sampai 800 rpm cenderung perubahan penurunan temperaturnya tidak ekstrim/gradual, yang mana harga COP masing-masing rata-rata 3,76 dan 3,28 dengan temperatur masuk evaporator -17,85 O C dan -9,2 O C. Gambar 4,5 berupa grafik yang menggambarkan campuran refrigeran R 290/ R 744 yang mana prosentase massa R 744 lebih tinggi dari pada R 290, karakteristik sistem pendinginnya berupa COP dan temperatur masuk evaporator cenderung tidak stabil dimana untuk harga COP tertinggi terdapat pada campuran 30/70 dan 20/80 rata-rata 9,22 dan 7,15 tetapi untuk harga temperatur masuk evaporator lebih tinggi atau mendekati harga temperatur lingkungan sehingga refrigeran tersebut tidak bisa menjalankan fungsi sebagai zat pendingin/refrigeran pada sistem pendingin kompresi uap satu tingkat dimana campuran yang mempunyai harga terendah pada refrigeran 45/55 sebesar 8,36 O C. Kesimpulan Dan Saran Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh setelah melakukan pembahasan terhadap hasil penelitian adalah sebagai berikut: 1. COP tertinggi terdapat pada campuran refrigeran 30/70 yang berharga 15,03 pada putaran kipas evaporator 1300 rpm dan perbandingan massa 40/60 yang nilainya sebesar 14,66 selain juga terdapat di campuran yang sama tetapi pada putaran 1000 rpm berharga 14,54. Tetapi harga temperatur masuk evaporator mendekati temperatur lingkungan rata-rata 21,3 O C dan 22,52 O C. 2. Refrigeran lebih stabil terdapat di campuran 35/65 dan 25/75, ini dibuktikan dengan perlakuan perubahan putaran kipas kondensor mulai dari 1300 rpm sampai 800 rpm cenderung perubahan penurunan temperaturnya tidak ekstrim, yang mana harga COP masing -masing rata-rata 3,76 dan 3,2 8 dengan temperatur masu evaporator -17,85 O C, 9,2 O C. Saran Berdasarkan hasil penelitian yang telah kami lakukan, maka saran-saran yang kami berikan untuk penelitian selanjutnya adalah: 1. Penelitian dilakukan untuk refrigeran campuran dengan gas yang berbeda. 2. Penggunaan refrigeran campuran dengan variasi instalasi yang lain. Daftar Pustaka 1. Ahmed Abdulnabi Imran; 2009: Adiabatic and Separated Flow of R 22 and R 407C in Capillary Tube; Eng.& Tech. journal, January, 27 (6). SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

6 2. Cengel, Yunus A. and Boles, Michael A; 2006: Thermodynamic, An Engineering Approach; 5 th edition; McGraw-Hill, New York. 3. Incropera,Frank P. and De Witt, David P; 1996: Fundamental of Heat and Mass Transfer; 3 rd edition; John Wiley & Sons,Inc. West Sussex, Canada. 4. Kruse,Horst; 2000: Refrigerant Use In Europe; ASHRAE Journal, September, Lavelle, Jim; 2000: Refrigerant Issues; ASHRAE Journal, September, Lavelle, Jim; 2006: Understanding Refrigerant Blend Performance; RSES Journal, January. 7. Mao-Gang He*, Tie-Chen Li, Zhi-Gang Liu, Ying Zhang; 2005: Testing of the mixing refrigerants HFC152a/HFC125 in domestic refrigerator; Applied Thermal Engineering Journal, January, Moran; 2004: Fundamental of Engineering Thermodynamics; 4rd edision; John Wiley & Sons,Inc. West Sussex, Canada. 9. Nasruddin, Imam Syafi I, Dani Arsanto, Sarwono dan Yan Turyana; 2006: Penelitian Perbandingan Unjuk Kerja Tiga Refrigeran Hidrokarbon Indonesia Terhadap Refrigeran R12 (CFC-12);Jurnal Teknologi, Desember, 20 (4). 10. Stoecker, Wilbert F. And Jones, Jerold W; 1989: Refrigeration and Air Conditioning; Second Edition; McGraw-Hill, Inc, New York. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari