Penggunaan Refrigeran R22 dan R134a pada Mesin Pendingin. Galuh Renggani Wilis, ST.,MT

Transkripsi

1 Penggunaan Refrigeran R22 dan R134a pada Mesin Pendingin Galuh Renggani Wilis, ST.,MT ABSTRAKSI 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, sedangkan R134 a adalah refrigerant yang lebih ramah terhadap lingkungan. Kedua refrigerant tersebut banyak dijumpai pada penggunaan mesin pendingin baik refrigerator (lemari es) maupun AC (air conditioner). Kedua refrigerant tersebut banyak digunakan karena dapat menghasilkan efek refrigerasi dan COP (koefisien prestasi) yang cukup baik. Dengan dilakukan percobaan pada kedua jenis refrigerant ini, diharapkan dapat menentukan refrigerant yang lebih baik digunakan baik karena efek refrigerasi dan COP (koefisien prestasi) juga ramah terhadap lingkungan. Kata kunci : refrigerant, efek refrigerasi, COP Pendahuluan Teknik refrigerasi saat ini berkembang semakin maju dan digunakan dalam berbagai bidang kehidupan manusia, baik untuk kenyamanan maupun untuk pengawetan makanan. Pengkondisian udara untuk kenyamanan merupakan proses terhadap udara dan mengatur temperature, kelembaban, kebersihan sekaligus distribusinya secara serentak untuk mendapatkan kondisi nyaman yang dbutuhkan oleh penghuni didalamnya. Perkembangan dan penerapan system refrigerasi pada otomobil mengalami peningkatan yang sangat pesat. Banyaknya mobil yang dilengkapi dengan AC (air conditioner) bertujuan untuk menyegarkan udara ruangan. Sistem refrigerasi yang paling sederhana memiliki komponen yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Dalam beroperasi, system refrigerasi membutuhkan fluida yang mudah menyerap dan melepas kalor. Refrigeran atau bahan pendingin adalah fluida yang digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair menjadi gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi) sehingga secara umum dapat dikatakan sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin. Setiap refrigerant memiliki sifat karakteristik termodinamika yang berbeda, yang akan mempengaruhi efek refrigerasi dan koefisien prestasi (COP) dari refrigerant itu sendiri. R22 merupakan refrigerant jenis CFC ( cloro fluoro carbon) yang memiliki sifat yang baik dari segi teknik seperti punya kestabilan yang tinggi, tidak mudah terbakar dan mudah diperoleh, sedangkan R134a adalah jenis refrigerant HFC (hidro fluoro carbon) yang lebih ramah terhadap lingkungan. Permasalahan Refrigeran R22 memiliki sifat yang baik, demikian juga R134a memiliki sifat lebih ramah terhadap lingkungan. Bagaimana koefisien prestasi kedua refrigerant tersebut jikan digunakan pada mesin pendingin dengan variasi beban pendinginannya? Prinsip Kerja Mesin Pendingin Prinsip kerja mesin pendingin adalah refrigerant keluar dari katup ekspansi, masuk ke dalam pipa pipa evaporator. Di dalam evaporator refrigerant mulai menguap, hal ini disebabkan karena terjadi penurunan tekanan yang mengakibatkan titik didih refrigerant menjadi lebih rendah. Sehingga refrigerant menguap. Dalam evaporator terjadi perubahan fase refrigerant dari cair menjadi gas. Kemudian refrigerant dalam bentuk gas tersebut dialirkan ke kondensor. Refrigeran yang mengalir ke kondensor mempunyai tekanan dan temperature tinggi. Di kondensor

2 refrigerant didinginkan oleh udara luar yang mengelilingi kondensor sehingga refrigerant menjadi cair kembali. Siklus ini berlangsung terus menerus berulang ulang sehingga didapat temperature yang diinginkan. Sistem Kompresi Uap Pada sebuah siklus kompresi uap ideal refrigerant dalam kondisi uap jenuh sebelum masuk ke dalam kondensor untuk melepas kalor sehingga terjadi kondensasi sampai kondisi cairan jenuh dan masuk ke katup ekspansi untuk proses throttling sampai ke tekanan evaporator. Refrigeran yang dalam kondisi cairan jenuh ini kemudian masuk ke evaporator untuk menyerap kalor dari lingkungan sehingga terjadi proses evaporasi. Gambar Siklus Kerja Mesin Pendingin Gambar Siklus Kompresi Uap dengan Diagram P-h Faktor dan besaran yang mempengaruhi proses mendinginkan udara untuk mencapai temperature dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan: 1. Laju aliran massa refrigerant (m ref ) 2. Kapasitas Kompresor ( Q kom) 3. Kapasitas Kondensor ( Q kon) 4. Efek Refrigerasi (h ref ) Gambar Siklus Kompresi Uap dengan Diagram T-s 5. Laju aliran kalor pendingin 6. Coefficient of performance (COP) Dimana :

3 Sifat Refrigeran Ideal Syarat karakteristik refrigerant yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut : 1. Tekanan Penguapan Karakteristik refrigerant sebaiknya menguap pada tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir, sehingga dapat dicegah terjadinya kebocoran udara luar masuk pada system refrigerant. 2. Tekanan Pengembunan Refrigeran sebaiknya memiliki tekanan pengembunan rendah karena perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat dihindarkan. 3. Kalor Laten Penguapan Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan lebih tinggi akan lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerant yang sama dapat menghasilkan efek refrigerasi yang lebih besar. 4. Volume spesifik Volume spesifik gas refrigerant yang kecil akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil sehingga untuk kapasitas refrigerant yang sama ukuran unit refrigerasi yang digunakan menjadi semakin kecil. 5. Konduktifitas Thermal Refrigeran yang baik memiliki konduktivitas yang besar sehingga bisa lebih efisien dalam pemakaian kondensor dan evaporator. 6. Viskositas Viskositas refrigerant dalam fase gas maupun cair sebaiknya rendah agar tahanan aliran refrigerasi dalam pipa menjadi sekecil mungkin. 7. Susunan Kimia Refrigeran yang memiliki susunan kimia yang stabil, tidak terurai setiap kali diembunkan dan diuapkan. 8. Tidak mudah terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara. 9. Tidak berbau merangsang dan tidak beracun. 10. Tidak menyebabkan korosi pada mesin dan mudah terdeteksi bila terjadi kebocoran. 11. Mempunyai titik beku rendah. 12. Perbedaan antara tekanan penguapan dan tekanan pengembunan harus sekecil mungkin. 13. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh. Perbandingan Sifat Refrigeran R22 dan R134a R22 merupakan refrigerant jenis CFC (cloro fluoro carbon). Sedangkan R134a adalah refrigerant jenis HFC(Hidro Fluoro Carbon) yang lebih ramah terhadap lingkungan. Perbandingan karakteristik R22 dan R134a dapat dilihat pada table berikut: Metodologi Penelitian Penelitian ini menggunakan peralatan uji berupa mesin pengkondisian udara dengan motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP A. Bagian bagian utama dari peralatan ini adalah :

4 1. Kompresor : Kompresor AC mobil merk Sanden 2. Kondensor : Kondensor koil bersirip 3. Evaporator : Evaporator merk sanden 4. Alat ekspansi : Katup ekspansi termostatik 5. Saringan (filter dryer) 6. Kipas Udara 7. Orifice : Tembaga berlubang berdiameter kecil 4,95 dan diameter besar 19 mm. Lubang sisi masuk dan sisi keluar 4 mm untuk pengukuran beda tekanan. Jarak lubang ke plat orifice masing masing 2,5 mm. B. Alat Ukur yang digunakan : 1. Termometerl Digital 2. Alat Pengukur Tekanan 3. Higrometer Digital 4. Alat Pengukur kecepatan udara (anemometer) 5. Tachometer 6. Stopwatch C. Parameter yang diukur Gambar seksi uji 1. Tekanan dan temperature masuk kompresor (P 1 T 1 ), Tekanan dan temperature masuk kondensor (P 2 T 2 ), Tekanan dan temperature keluar kondensor (P 3 T 3 ), Tekanan dan temperature masuk evaporator (P 4 T 4 ) 2. Beda Tekanan yang terjadi di orifice ( P=P 3 -P 5 ) D. Ruangan yang didinginkan Gambar Dimensi ruang Langkah langkah Pengambilan Data : 1. Mencatat kondisi awal yang meliputi kelembaban dan temperature dan tekanan, disemua titik sebelum mesin dihidupkan. 2. Setting thermostart dan fan dahulu pada evaporator sesuai dengan yang dikehendaki. 3. Menyalakan lampu dalam ruang sesuai dengan pembebanan yang telah ditentukan untuk beberapa percobaan.

5 4. Motor listrik dihidupkan, cek ada tidaknya kebocoran pada pipa pipa dan sambungan sambungan. 5. Jika tidak terjadi kebocoran, menunggu sampai kondisi mesin stabil 6. Setelah kondisi mesin stabil ambil data dari parameter parameter yang telah ditentukan, yaitu : Hasil Penelitian dan Pembahasan Pada penelitian yang telah dilakukan, didapatkan data- data yang menunjukkan temperature dan tekanan ditiap titik dalam system pendingin. Data data tersebut kemudian diplotkan tekanan dan suhu pada sisi masuk dan keluar evaporator, kompresor, kondensor, katup ekspansi dan orifice. 7. Mengulangi langkah langkah diatas untuk pembebanan lampu berikutnya dan diganti dengan jenis refrigerant yang berbeda. ke dalam diagram entalphi dari masing masing refrigerant. Harga entalphi digunakan pada perhitungan laju aliran massa refrigerant untuk mencari kapasitas evaporator, kerja kompresor, koefisien prestasi mesin (COP). 1. Perhitungan Hasil Penelitian Refrigeran R22 Gambar Grafik tekanan entalphi R22 Perbedaan Siklus nyata dan ideal terletak pada penurunan tekanan didalam kondensor dan evaporator dalam pembawah dinginan (subcooling).pemanasan lanjut (superheated) terjadi setelah melewati evaporator. 2. Perhitungan Hasil Penelitian Refrigeran R134a Gambar : Grafik tekanan entalphi R134a Menunjukkan bahwa siklus uap nyata mengalami subcooling dan superheated. 3. Pembahasan Hasil Perhitungan (diambil data pada suhu 31- o,pembebanan 500 watt) Tabel Data R22 pada suhu 31 o C

6 Grafik Perbandingan Kapasitas Evaporasi(Q evap) R22 dan R134a Grafik Perbandingan Koefisien Prestasi (COP) R22 dan R134a Tabel Data R134a pada Suhu 31 o C

7 1. Perbandingan Kapasitas Evaporator R22 dan R134a. Diambil Kapasitas Evaporator R22 dan R134a pada suhu 31 o C 500 watt. Kapasitas Evaporator R22 yaitu 40,097kW,lebih besar daripada kapasitas evaporator R134a(28,58 kw) 2. Perbandingan Kerja Kompresor Diambil pada suhu 31 o C dan Pembebanan lampu 500 watt. Kesimpulan Dari hasil Penelitian yang dilakukan pada kedua jenis refrigerant (R22 dan R134a), didapatkan: 1. Siklus Uap nyata dari kedua refrigerant berbeda dengan teori karena pada saat harga entalphi masing masing titik diplotkan dalam grafik, dapat dilihat bahwa daur kompresi uap nyata mengalami uap panas lanjut. 2. Pertambahan beban berpengaruh pada naiknya kerja kompresi tetapi tidak diiringi kenaikan kapasitas Menunjukkan W kom R22 = 11,26 kw, lebih besar disbanding W komp R134a=8,75 kw. 3. Perbandingkan koefisien Prestasi Mesin (COP). Diambil pada suhu 31 o C dan pembebanan 500 watt.didapat bahwa koefisien prestasi dari R22 (3,45) lebih besar daripada R 134a (2,85) evaporasi yang signifikan sehingga COP yang dihasilkan tiap penambahan beban mengalami penurunan. 3. Karakteristik dari R22 dan R134a yang berbeda berpengaruh pada prestasi kerja masing- masing refrigerant. R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik daripada R134a, tetapi R22 tidak ramah lingkungan, sebaliknya, R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22 Referensi ; ASHRAE, Hand Book Fundamentals Cahyo, 2003, Analisa Sistem Pendingin Water Chiller dengan membandingkan Fluida Kerja R12 dan R22, Semarang Djoyodihardjo, 1994,1994, Dasar dasar Thermodinamika Teknik, PT.Gramedia, Jakarta Kreith F, 1994, Prinsip- prinsip Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta. Stoecker, W.F. and Jerold,W.J,1996, Refrigerasi dan Penyegaran Udara, terjemahan Supratman Hara,Erlangga, Jakarta. Sumanto, 1996, Dasar dasar Mesin Pendingin, Perc, Andi, Yogyakarta. Wiranto, A.,1995, Penyegaran Udara. Pradnya Paramita, Jakarta.