BAB I PENDAHULUAN Latar belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Refrigerasi merupakan suatu kebutuhan dalam kehidupan saat ini terutama bagi masyarakat perkotaan. Sistem refrigerasi kompresi uap paling umum digunakan di antara semua sistem refrigerasi. Dalam sistem refrigerasi kompresi uap, pendinginan diperoleh saat refrigeran menguap pada suhu rendah di dalam evaporator. Komponen komponen utama pada sistem ini terdiri dari evaporator, kompresor, kondensor dan katub ekspansi. Sistem refrigerasi ini mudah dijumpai pada aplikasi sehari-hari, baik untuk skala kecil keperluan rumah tangga seperti lemari es, AC Split, keperluan komersial skala besar untuk industri seperti pada pabrik plastik, pabrik susu, pabrik semen dan untuk keperluan transportasi seperti truk, kereta api, pesawat terbang dan lain-lain. Dalam perkembangannya, beberapa cara telah dilakukan untuk meningkatkan coefficient of performance (COP) sistem refrigerasi kompresi uap yang lebih baik, antara lain dengan menggantikan fluida kerjanya, mengembangkan komponen refrigerasi yang efisien dan mengembangkan siklusnya kearah yang lebih baik dengan menambahkan komponen tambahan. Mengembangkan siklus dengan menambahkan komponen yang sesuai dengan aplikasinya seperti suction liquid heat excheanger and tube in tube heat exchanger (Ega, 2012) dalam penelitiannya menunjukkan peningkatan COP namun akan sebaliknya bilamana terjadi kebocoran di dalam heat exchanger. Pada sistem refrigerasi kompresi uap, fluida kerja yang ramah lingkungan semakin banyak digunakan antara lain senyawa hidrokarbon (Tatang, 2012) dengan jumlah fluida kerja yang digunakan lebih sedikit dibandingkan dengan refrigeran sintetik dan dapat meningkatkan COP tetapi masih bersifat flammable. Desain komponen-komponen utama samakin baik seperti penggunaan oil-free carbon dioxide compressor (Orkan, dkk, 2014) 1

2 dan penambahan komponen ejector (Elhub. dkk, 2015) pada penggunaan skala besar. Usaha meningkatkan coefficient of performance (COP) sistem refrigerasi kompresi uap dalam aplikasi skala kecil, modifikasi siklus belum banyak dilakukan dengan penambahan komponen yang sederhana dan murah dengan tujuan menurunkan kerja kompresor dan efek refrigerasi yang meningkat Perumusan Masalah Unjuk kerja atau coefficient of performance (COP) sistem refrigerasi kompresi uap akan meningkat bila kerja kompresor turun pada efek refrigerasi yang konstan atau efek refrigerasi naik pada kerja kompresor yang konstan atau kerja kompresor turun dengan efek refrigerasi yang naik. Beberapa cara untuk meningkatkan COP, antara lain : 1. Proses subcooling, contoh dengan menambahkan suction line heat exchanger akan meningkatkan efek refrigerasi. 2. Mengganti refrigerannya karena memiliki sifat termodinamika yang lebih baik dengan memperhatikan jenis pemakaian dan kondisi kerja, aspek ekonomi, keamanan dan pengaruhnya terhadap lingkungan. 3. Mengganti katub ekspansi pipa kapiler dengan menggunakan TXV pada beban yang semakin meningkat diikuti penambahan laju aliran massa refrigeran pada evaporator. 4. Menambahkan sebuah komponen diffuser pada inlet kondensor untuk menambah tekanan keluar kompresor sehingga menurunkan kerja kompresor. Refrigeran keluar evaporator belum tentu akan berbentuk uap seluruhnya atau masih dalam kondisi cair yang dapat mempercepat kerusakan kompresor, hal ini dapat terjadi apabila katub ekspansi memberi refrigeran lebih banyak kepada evaporator dari pada yang dihisap kompresor. Hal ini mengarah pada akumulasi cairan refrigeran di dalam evaporator yang menyebabkan evaporator kebanyakan refrigeran (flooding). Kasus flooding dapat terjadi pula karena setting katub 2

3 ekspansi yang lebih rendah dari tekanan evaporasi refrigeran sehingga meningkatnya laju aliran massa di dalam evaporator yang selanjutnya refrigeran tidak seluruhnya menguap. Ini dapat berbahaya jika refrigeran cair meluap sampai ke kompresor dengan seiring berkurangnya beban pendinginan dapat menyebabkan hantaman (slugging) pada kompresor sehingga mempercepat kerusakan kompresor. Untuk mengatasi kondisi tersebut beberapa cara telah dilakukan, antara lain mengganti katub ekspansi jenis pipa kapiler dengan thermostatic expansion valve atau dengan cara menambahkan akumulator yang diletakkan diantara evaporator dan kompresor dengan tujuan untuk meyakinkan bahwa refrigeran sudah benar benar dalam bentuk gas sebelum masuk ke kompresor. Over charge (kelebihan refrigeran dalam bentuk cair di dalam evaporator) seperti diatas dapat diatasi dengan mempercepat refrigeran keluar dari evaporator dirubah dalam bentuk uap sebelum masuk kompresor dengan cara menambah superheat refrigeran keluar evaporator. Sistem refrigerasi kompresi uap pada kondisi normal yaitu apabila refrigeran menguap sempurna di dalam evaporator sehingga refrigeran keluar evaporator sudah dalam bentuk uap, apabila refrigeran dalam bentuk uap ini tekanannya diturunkan maka yang akan terjadi adalah penurunan temperatur. Pada proses penurunan tekanan tersebut apabila kompresor bekerja pada rasio kompresi tetap akan menghasilkan tekanan keluar yang lebih rendah sehingga kondensor akan bekerja pada tekanan dan temperatur yang lebih rendah maka refrigeran keluar kondensor pada temperatur dan tekanan yang lebih rendah. Dalam kondisi tersebut apabila tanpa merubah setting katub ekspansi pada tekanan rendahnya maka akan meningkatkan efek refrigerasi pada sistem refrigerasi kompresi uap. Salah satu komponen sederhana yang dapat menurunkan tekanan uap tersebut adalah nosel. Nosel dapat menghasilkan perubahan tekanan yang kecil, laju perpindahan kalor antara fluida yang mengalir melalui nosel dengan lingkungannya biasanya sangat kecil karena fluida memiliki kecepatan tinggi. Demikian juga setiap perubahan energi potensial tidak signifikan sehingga dapat diabaikan. Sangat 3

4 dimungkinkan penggunaan nosel pada sistem refrigerasi kompresi uap akan meningkatkan COP dengan naiknya efek refrigerasi pada kerja kompresor tetap Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh variasi ukuran nosel dan penempatannya terhadap Coefficient of Performance sistem refrigerasi kompresi uap. 2. Mendapatkan karakteristik perubahan beban kompresor karena penambahan nosel pada sistem refrigerasi kompresi uap Batasan Masalah Beberapa batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Putaran kompresor tetap. 2. Nosel dianggap diisolasi sempurna dan proses berlangsung secara adiabatik serta kerja dan energi potensial pada nosel diabaikan. 3. Pengambilan data entalpi berdasarkan tekanan dan temperatur refrigeran untuk proses perhitungan COP sistem refrigerasi kompresi uap ini Keaslian Penelitian Penelitian studi eksperimental aplikasi nosel pada sistem refrigerasi kompresi uap ini merupakan pengembangan penelitian sebelumnya adalah asli hasil karya saya yang sejauh pengetahuan saya belum pernah dilakukan di perguruan tinggi manapun dan yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya pada bagian naskah dan daftar pustaka ini. 4

5 1.6. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran konfigurasi mesin refrigerasi kompresi uap menggunakan nosel dengan refrigeran R 22 sebagai pertimbangan dalam menerapkan sistem refrigerasi kompresi uap dalam berbagai aplikasi industri, perkantoran, transportasi dan lainnya. 5