STUDI PERFORMANSI MESIN PENDINGIN SALURAN UDARA SERBAGUNA MENGGUNAKAN REFRIGERANT R-22

Transkripsi

1 STUDI PERFORMANSI MESIN PENDINGIN SALURAN UDARA SERBAGUNA MENGGUNAKAN REFRIGERANT R-22 Davy Senna, Kaidir 1), Mulyanef 2) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Kampus III Jl. Gajah mada Gunung Pangilun Telp. (0751) Padang, Sumatra Barat Davysenna42@gmail.com ABSTRAK Pengkondisian udara yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu air conditioning (AC) yang memiliki beberapa kelemahan, Maka dibutuhkan tambahan yang mampu memenuhi pengkondisian udara tersebut. Dalam mesin pendingin saluran udara serbaguna ini kita menggunakan refrigerant R22 serta beberapa komponen pendukung dalam mesin tersebut yang mana kita dapat mengamati beberapa fenomena yang terjadi di antaranya mengamati temperatur bola kering (tdb) dan temperatur bola basah (twb) serta fenomena frosting (terbentuknya kristal-kristal es). Pada pengujian ini bukaan plat geser pada sisi masuk udara divariasikan menjadi 25%,50%,75%,100% dimana suhu udara terendah yang didapatkan yaitu 14ºC dan suhu tertinggi 33,5ºC, serta coefficient of performance tertinggi yang didapatkan yaitu 3,94 dan yang terendah didapatkan yaitu 3,76 Kata Kunci : Aliran udara, Siklus refrigerasi, refrigerant R22, koefisien prestasi ABSTRACT Air conditioning the most widely used in daily life, namely air conditioning (AC) which has some disadvantages, so it needs more capable of meeting the air conditioning. In the engine cooling air ducts versatile we are using refrigerant R22 as well as some supporting components inside the machine which we can observe some of the phenomena that occur in between observing the dry bulb temperature (TDB) and the wet bulb temperature (TWB) as well as the phenomenon of frosting (crystal formation ice crystals). In this test the shear plate openings on the air inlets varied to 25%, 50%, 75%, 100% where the lowest air temperature obtained is 14ºC and the highest temperature of 33.5º C, and the coefficient of the highest performance obtained is 3, 94 and the lowest was found that 3.76 Keywords:Air current, refrigeration cycle, refrigerant R22, Coefficient of performance (COP)

2 PENDAHULUAN Udara merupakan suatu wujud fluida berbentuk gas yang apabila mengandung uap air dinamakan udara lembab atau udara basah. Sedangkan udara kering yaitu udara yang sama sekali tidak mengandung uap air. Mesin pendingin saluran udara serbaguna adalah suatu proses dimana kita dapat mengamati perubahan suhu yang terjadi dalam saluran udara tersebut. Mesin refrigasi atau disebut juga mesin pendingin adalah mesin yang dapat menimbulkan efek refrigasi, sedangkan refrigeran adalah zat yang digunakan sebagai fluida kerja untuk menimbulkan efek refrigerasi tersebut. Efek refigerasi atau efek pendinginan adalah suatu efek penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga temperaturnya berada di bawah temperatur lingkungan. Untuk mengoperasikan mesin refrigerasi dibutuhkan refrigeran sebagai fluida kerja. Refrigeran yang paling banyak digunakan adalah refrigeran halokarbon (halogenated refrigerant) salah satunya adalah jenis HCFC-22 (Hydrochlorofluorocarbon) atau R-22 (Agarwal, Radhey S., 1997). Pada system pengkondisian udara penyerapan dan pembuangan panas oleh fluida pendingin berlansung dalam suatu siklus berulang ulang dimana fluida pendingin berlangsung dalam satu atau suatu siklus tertutup. Fluida pendingin akan bersikulasi melalui komponen-komponen system pengkondisian udara, yaitu melalui kompressor, receiver, katup ekspansi dan evaporator dimana siklus terjadi secara berulang-ulang. Dalam sistem refrigerasi mekanik kompresi uap terdapat rangkaian dari empat komponen utama, yaitu: evaporator, kompresor, kondenser, dan alat pengontrol aliran refrigeran. Masing-masing komponen mempunyai ciri dan fungsi sendiri-sendiri yang berbeda, tetapi secara terintegrasi dan dioperasikan bersama-sama akan dapat memindahkan energi termal. Dampak dari pengoperasian sebuah sistem refrigerasi pada sebuah obyek adalah, bila terambil sebagian energi yang terkandung di dalamnya, suhu obyek tersebut akan menurun. Sebaliknya, karena operasi sistem refrigerasi itu kemudian sejumlah energi termal terpindahkan ke lingkungan, maka lingkungan tersebut dapat menjadi lebih hangat. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Dasar Pengkondisian udara disebut juga system refrigerasi yang mengatur temperature & kelembaban udara. Dalam beroperasi system refrigerasi membutuhkan fluida yang mudah menyerap dan melepas kalor, yang disebut refrigeran. Setiap refrigerant memiliki sifat karakteristik yang berbeda yang mempengaruhi efek refrigerasi dan koefeisien prestasi yang dihasilkan. R 22 adalah refrigerant yang memiliki karakteristik yang baik pada mesin pendingin.

3 Psikrometrik merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap air. Psikrometrik mempunyai arti penting dalam pengkondisian udara atau penyegaran udara karena atmosfir merupakan campuran antara udara dan uap air (Yani, 2007) Gambar 1 Diagram Psikrometrik 2.2 Sifat-sifat udara 1. Berbentuk gas Benda- benda gas, khususnya udara ini tidak dapat kita lihat, tidak dapat kita cium baunya namun dapat kita rasakan. Salah satu bukti kita bisa merasakannya adalah ketika kita bisa menghirup udara dan juga ketika udara bergerak maka kita akan bisa merasakan melalui pori- pori kulit kita. 2. Memiliki massa atau berat Udara memiliki massa atau berat yang dapat diukur dengan suatu alat tertentu. Sebagai contoh yang dapat kita lihat adalah kita bisa membandingkan tabung gas kosong dengan tabung gas yang berisi. Jika kita mengangkat keduanya maka kita bisa merasakan bahwa tabung gas yang berisi akan terasa lebih berat dan memiliki massa dibandingkan dengan tabung yang kosong. 3. Menempati ruang Udara merupakan benda yang sangat ajaib karena di berbagai sudut ruangan selalu ada udara. Selain itu di celah terkecil pun dapat ditempati oleh udara. Sebagai bukti yang dapat kita rasakan adalah kita bisa bernafas dimanapun kita berada, bahkan ketika berada di tempat yang tertutup dan tanpa ventilasi sekalipun. 4. Mempunyai tekanan Tekanan yang dimiliki udara ini berbeda- beda antara satu tempat dengan tempat yang lain. Salah satu hal penting dari tempat yang sangat bisa mempengaruhi tekanan adalah ketinggian tempat tersebut. Udara yang panas akan mempunyai tekanan udara yang lebih rendah daripada udara yang dingin. Selain itu udara yang bergerak memiliki tekanan yang lebih rendah daripada udara yang diam 5. Akan memuai apabila dipanaskan Udara merupakan sebuah benda yang tidak dapat kita lihat bentuknya, karena memang udara tidak berbentuk. Namun hal tersebut bukan berarti bahwa udara tidak bisa mengalami perubahan. Salah satu sifat yang dimiliki udara adalah akan memuai apabila udara tersebut dipanaskan. 6. Akan menyusut apabila didinginkan Pada dasarnya uadara tidak dapat kita lihat bentuknya, karena memang udara tidak berbentuk. Namun hal tersebut bukan berarti bahwa udara tidak bisa mengalami perubahan. Salah

4 satu sifat yang dimiliki udara adalah akan menyusut apabila udara tersebut didinginkan. 7. Berhembus dari tempat yang bertekanan tinggi menuju ke tempat yang bertekanan rendah Udara yang dapat bergerak bebas ini mempunyai pola atau sifat. Seperti halnya air yang mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju ke tempat yang lebih rendah maka udara berhembus dari tempat yang memiliki tekanan tinggi menuju ke tempat yang mempunyai tekanan yang lebih rendah 8. Ada dimana saja Hal ini dibuktikan bahwa ada banyak sekali makhluk hidup yang dapat bertahan hidup di sudut- sudut Bumi, bahkan ditempat yang sangat terpencil ataupun tertutup sekalipun. Hal ini membuktikan bahwa udara selalu ada di mana- mana. Bukti seperti ini juga dapat kita buktikan sendiri. kita masih tetap bisa bernafas apabila sedang berada di tempat yang tertutup sekalipun, misalnya di lift. Hal ini karena udara selalu ada dimana- mana. 9. Tidak dapat dilihat, namun dapat dirasakan Udara bergerak berupa angin, angin yang berhembus akan dapat kita rasakan ketika angin ini menerpa poripori kulit. Perubahan suhu akan kita rasakan, terkadang kita akan merasakan dingin namun terkadang kita akan merasakan segar. Hal ini dapat kita rasakan, bahwa terkadang kekuatan dari udara yang bergerak ini akan dapat mengangkat helai- helai rambut yang kita miliki. Itulah contoh yang sangat tepat untuk membuktikan bahwasannya udara ada dan dapat kita rasakan 10. Bentuk, volume dan massa jenisnya selalu berubah- ubah. Sifat yang dimiliki oleh udara adalah sangat fleksibel. Ada beberapa hal yang dimiliki oleh udara, diantaranya adalah bentuk, volume dan juga massa jenisnya. Sebelumnya dikatakan bahwasannya udara tidak dapat kita lihat, namun udara ini mempunyai bentuk. Bentuk dari udara adalah berubah- ubah sesuai dengan tempat atau wadahnya. Selain bentuk, volume dan juga massa jenis yang dimiliki oleh udara juga selalu berbeda- beda tergantung tempat atau keberadaan dari udara itu sendiri. Laju aliran massa udara dapat ditentukan setelah kecepatan udara yang dikalibrasidiperoleh dari pengukuran dan perhitungan sebelumnya. Dalam psikometri, udara dibedakan atas dua pengertian yaitu: Udara basah (udara yang masih mengandung uap air) Udara kering (udara yang tidak mengandung uap air) 2.3 Mesin Pendingin Saluran Udara Serbaguna Mesin pendingin saluran udara serbaguna merupakan peralatan pengujian yang dapat digunakan untuk mengamati fenomena-fenomena yang berkaitan dengan sifat-sifat termodinamis udara. Fenomena

5 tersebut antara lain perubahan entalpi, perubahan kelembaban baik relatif maupun mutlak, perubahan temperatur dan pengaruh laju aliran udara terhadap proses perpindahan kalor serta sifat-sifat tersebut. Karena perubahan laju aliran massa dapat diukur dengan mengukur kecepatan aliran udara, maka pada praktikum ini dapat dipelajari pula cara mengukur kecepatan aliran udara. Disamping itu dengan SUS, fenomena seperti frosting (terbentuknya bunga es) dan juga fenomena aerodinamis efek lift dan drag juga dapat diamati. 2.4 Prinsip Kerja Refrigerasi Gambar 2 Siklus Refrigerasi 1. Proses kompresi (1-2) Refrigerant meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor. uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan lebih tinggi ( tekanan kondensor ). Kompresor ini diperlukan untuk menaikan tekanan refrigeran, sehingga temperatur refrigerant di dalam kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungan. Dengan demikian perpindahan panas dapat terjadi dari refrigerant ke lingkungan. Proses ini berlangsung secara isentropik ( adiabatik dan reversible ). 2. Proses Kondensasi (2-3) Setelah proses kompresi, refrigerant berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lungkungan. Hal ini dilakukan pada penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigerant mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fuida pendingin ( udara atau air ) dengan temperatur lebih rendah dari pada temperatur refrigerant. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigerant ke fluida pendingin dan sebagai akibatnya refrigeran mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menjadi kondisi uap jenuh. Selanjutnya mengembun menjadi wujud cair, kemudian keluar dari kondensor dalam wujud cair jenuh ( berlangsung secara reversible dan pada tekanan konstan). 3. Ekspansi (3-4) Refrigerant dalam wujud cair jenuh mengalir melalui alat ekspansi. Refrigerant mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara ireversible. Selanjutnya refrigeran keluar dari alat ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur yang sama dengan temperatur dan tekanan evaporator. 4.Proses Evaporasi(4-1) Refrigerant dalam fase campuran ( uap-cair) mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigerant harus lebih rendah dari pada temperatur lingkungan (media kerja atau media yang

6 didinginkan) sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja ke refrigeran. Kemudian refrigeran yang masih berwujud cair Menguap di dalam evaporator dan selanjutnya refrigerant meninggalkan evaporator dalam fase uap jenuh. Proses ini berlangsung secara reversible dan pada tekanan yang konstan. 2.5 Siklus Refrigerasi Siklus refrigerasi adalah siklus kerja yang mentransfer kalor dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi dengan menggunakan kerja dari luar sistem. Secara prinsip merupakan kebalikan dari siklus mesin kalor (heat engine). Dilihat dari tujuannya maka alat dengan siklus refrigerasi dibagi menjadi dua yaitu refrigerator yang berfungsi untuk mendinginkan media dan heat pumpyang berfungsi untuk memanaskan media. Gambar 3 Siklus refrigerasi kompresi uap ideal Proses-proses yang terjadi adalah : 1-2 : Kompresi isentropis dalam kompresor 2-3 : Pembuangan kalor secara isobaris dalam kondenser : Throttling dalam katup ekspansi atau tabung kapiler 4-1 : Penyerapan kalor secara isobaris dalam evaporator Gambar 4 Siklus refrigerasi kompresi uap aktual Hal-hal yang terjadi dalam siklus aktual: 1. Refrigeran sudah dalam kondisi uap panas lanjut sebelum masuk ke kompresor. 2. Akibat cukup panjangnya pipa penghubung kompresor-evaporator akan mengakibatkan rugi tekanan. Rugi tekanan yang disertai peningkatan volume spesifik dari refrigeran membutuhkan power input yang lebih besar. 3. Dalam proses kompresi ada rugi gesekan dan perpindahan kalor yang akan meningkatkan entropi (1-2) atau menurunkan entropi (1-2') dari refrigeran tergantung kepada arah perpindahan kalornya. Proses (1-2') lebih disukai karena volume spesifiknya turun sehingga power input bisa lebih kecil. Hal ini bisa dilakukan apabila dilakukan pendinginan dalam langkah kompresi. 4. Di dalam kondenser akan terjadi juga rugi tekanan. 5. Refrigeran dalam kondisi cairan terkompresi ketika masuk dalam katup ekspansi.

7 METODOLOGI PENELITIAN a. Diagram Alir Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan pada bulan September sampai Desember 2016, di laboratorium Fenomena Dasar Mesin Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Padang. Dalam proses pengkondisian udara ini diperlukan alat dan bahan yang digunakan: Alat: 1. Fan / Kipas Untuk menghembuskan udara dari ruangan menuju ke tempat saluran udara 2. Termometer Raksa Untuk mempermudah pengerjaan dalam pengukuran temperatur bola basah dan bola kering 3. Termometer Digital Digunakan untuk mempermudah dalam pengukuran temperatur pada sisi keluar kompresor, kondensor, evaporator dan katub ekspansi Proses pengujian pada mesin pendingin saluran udara serbaguna 1. Pasang Termometer bola kering dan termometer bola basa pada station sebelum dan sesudah pendinginan berlangsung 2. Atur posisi plat geser sisi masuk udara ( Dengan variasi bukaan 25%,50% 75%, dan 100% ) 3. Letakan alat ukur anemometer pada posisi dimana udara akan masuk 4. Hidupkan fan dan kompresor 5. Tunggu 15 menit lalu lakukan pengukuran 6. Catat dan hitung data yang dihasilkan ( harga K, laju aliran masa udara, perhatikan neraca energi pada pendingin langsung dan perhitungan neraca pada pemanas ulang 7. Pengambilan data pada temperatur bola basah 8. Pengambilan data pada temperatur bola kering 9. Pengambilan data pada temperatur mesin pendingin saluran udara serbaguna 10. Pengambilan data pada laju aliran udara yang keluar 11. Matikan alat dan bersihkan. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Analisa Laju aliran udara Tabel 1 Laju udara aktual dengan laju aliran udara teoritis Ve5 BAHAN 1. Refrigerant R22

8 Laju aliran udara (m/s) Coefficient of performance (COP) Bukaan plat geser (%) Laju aliran udara aktual ( m s) 25 1,3 1, ,6 1, ,8 1, ,3 2,21 Laju aliran udara teoritis Ve5 ( m s) Perbandingan Waktu Dengan COP COP Laju aliran udara aktual dan laju aliran udara teoritis Bukaan plat geser (%) Grafik di atas menunjukan bahwa laju aliran udara aktual pada bukaan minimum plat geser (25%) diperoleh hasil 1,3 m s dan laju aliran udara teoritis Ve1 1,15 m s, sedangkan pada laju aliran udara aktual pada bukaan maksimum plat geser (100%) diperoleh hasil 2,3 m s dan laju aliran udara teoritis Ve1 2,21 m s. B. Analisa Coefficient of performance (COP) Tabel 2 Perbandingan waktu (t) dengan Coefficient of Performance (COP) t (menit) COP 15 3, , , ,87 Ve aktual Ve5 Grafik 1 Grafik perbandingan waktu dengan cop Grafik di atas menunjukan bahwa coefficient of performance (cop) pada pengujian dengan menggunakan temperatur bola basah pada waktu minimum (15menit) berada pada 3,85 sedangkan pada waktu maksimum (60menit) berada pada 3,87. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian yang diperoleh dan pengolahan data yang dihasilkan, dapat disimpulkan bahwa : Waktu (menit) Berdasarkan hasil pengolahan data, nilai Ve aktual terendah berada pada 1,3 m/s pada bukaan plat geser 25% dan Ve aktual tertinggi berada pada 1,6 m/s pada bukaan plat geser 100%, sementara nilai Ve teoritis terendah berada pada 1,15 m/s pada bukaan plat geser 25% dan Ve teoritis yang tertinggi berada pada 2,21 ada bukaan plat geser 100%. Nilai coefficient of performance (COP) tertinggi dalam pengujian ini yaitu dengan nilai 3,94 pada menit ke 30 dan nilai COP terendah yaitu dengan nilai 3,85 pada menit ke 15.

9 DAFTAR PUTAKA Dossat, Roy J., 1961, Principles of Refrigeration, 2 nd edition, John Willey and Sons, New York. Effendy, Marwan., Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor Terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning. Jurnal Teknik Gelagar. Frank P.Incropera., David P.De Witt.,1996. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Fourth edition, United States of American. Nasution, Henry., Teknik Pendingin dan kriogenik. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Bung Hatta, Padang. Pudjanarsa, Astu., 2006, Sistem Refrigerasi dan Mesin Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta. Stocker, W.F. dan Jones J.W., 1989, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta. Suryadimal., 2012, "Perpindahan Panas I edisi revisi. Bung Hatta University Pess, Padang. Trott, AR., 1989., Refrigeration and Air Conditioning. Butterworths. Cambridge, UK. Yunus A. Cengel, John M.Cimbala., 1989, Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta.