ANALISA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK DAN COP PADA AC SPLIT 900 WATT MENGGUNAKAN REFRIGERAN HIDROKARBON MC-22 DAN R-22

Transkripsi

1 ANALISA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK DAN COP PADA AC SPLIT 900 WATT MENGGUNAKAN REFRIGERAN HIDROKARBON MC-22 DAN R-22 Harsono*, Bambang Suryawan** Universitas Jendral Achmad Yani, Fakultas Teknik, Jawa Barat* Universitas Indonesia, Fakultas Teknik, Jakarta** Abstrak Untuk mengetahui efisiensi kerja suatu peralatan AC perlu mengetahui konsumsi energi listrik, efek refrigerasi dan coefficient of performance (COP). Kebanyakan sistem pengkondisian udara/ac memakai refrigeran sintetik. Penggunaan refrigeran sintetik telah dilarang pemerintah menurut keputusan Menperindag RI No. 79/MPP/Kep/12/2002 karena termasuk Ozone Depleting Substance (ODS), yaitu zat yang dapat menyebabkan kerusakan lapisan ozon, disamping itu masih mempunyai potensi sebagai zat yang dapat menyebabkan efek pemanasan global karena memiliki Global Warming Potential (GWP) yang signifikan. Pada tesis ini ditinjau penggunaan refrigeran yang ramah lingkungan, yaitu refrigeran hidrokarbon Musicool 22 /MC-22 sebagai pengganti R- 22. Refrigeran MC-22 kompatibel dengan komponen AC yang menggunakan R-22. Dari hasil penelitian AC Split dengan menggunakan R-22, pemakaian energi listrik 726 Watt, efek refrigerasi kj/kg dan COP 4.9. Bila menggunakan MC-22 pemakaian energi listriknya 653 Watt, efek refrigerasi kj/kg dan COP Kata kunci: energi listrik, efek refrigerasi, COP. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada Saat ini kebanyakan sistem pendingin hampir semuanya bekerja dengan menggunakan refrigeran sintetik dibandingkan bahan pendingin alam seperti hidro karbon yang ramah lingkungan. ini dapat dimaklumi mengingat refrigeran sintetik mempunyai sifat-sifat yang sangat baik, namun disamping sifat-sifat yang baik itu refrigeran sintetik tersebut mempunyai efek negatif terhadap lingkungan seperti merusak lapisan ozon, Ozone Depleting Substance (ODS), dan sifat pemanasan global karena memiliki Global Warming Potential (GWP) yang signifikan. Indonesia sebagai negara yang terikat secara internasional, telah mengeluarkan berbagai kebijakan pemerintah yang tujuannya menuju penghapusan penggunaan bahanbahan tergolong perusak lapisan ozon. Masyarakat mulai mencoba melakukan penghentian pemakaian refrigeran sintetik (CFC), seperti Yang dituangkan ke dalam beberapa konvensi, seperti Vienna Convention pada bulan Maret 1985, Montreal Protocol pada bulan September 1987 dan beberapa amandemen lainnya. Pemerintah Indonesia telah melarang melalui Keppres RI No. 23 tahun 1992, Alternatif lain yang ditawarkan adalah refrigeran hidrokarbon. Sebenarnya hidrokarbon sebagai refrigeran sudah dikenal masyarakat sejak 1920 di awal teknologi refrigerasi bersama fluida kerja natural lainnya seperti ammonia, dan karbon dioksida. Hidrokarbon yang sering dipakai sebagai refrigeran adalah propana (R-290), isobutana (R-600a), n-butana (R-600) atau Musicool (MC). Salah satu refrigeran hidrokarbon yang digunakan dalam penelitian ini adalah Musicool (MC), yang diproduksi oleh Pertamina Unit pengolahan III Plaju. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pemakaian energi listrik, efek refrigerasi dan COP pada AC Split 900 Watt yang menggunakan refrigeran hidrokarbon MC-22 dan R

2 II METODOLOGI PENELITIAN Data masukan T, P dan I R-22 Gambar 1 Dia alir penelitian 2.1 Pengamatan yang Dilakukan 1. Mengamati tekanan, temperatur, massa refrigeran dibeberapa titik 2. Mengamati tegangan dan arus listrik yang digunakan system 2.2 Instalasi Pengujian Mulai Data masukan T, P dan I Hitung: 1. Entalpi (h) 2. Kerja kompresi specifik (w) 3. Pelepasan kalor specifik (q c ) 4. Efek refrigerasi specifik (q e ) 5. Coefficient of Performance Analisa dan Pembahasan Kesimpulan dan saran Selesai Keterangan gambar: T1 = Temperatur refrigeran masuk T2 = Temperatur refrigeran keluar T3 = Temperatur refrigerant keluar kondensor P1 = Tekanan refrigeran masuk P2 = Tekanan refrigeran keluar 2.3 Data Pengujian dan Analisa Untuk penelitian diambil 4 kali pengukuran. dengan mengambil rekomendasi produsen AC Split merk polytron, yaitu untuk R-22 adalah 360 (massa acuan), sedangkan untuk massa MC- 22 diambil 37%, 42% dan 56% dari massa R-22 yaitu 134, 151 dan 202, sesuai dengan kira-kira perbandingan massa jenis kedua jenis refrigeran tersebut. Hal ini dilakukan agar volume refrigeran yang masuk ke sistem adalah sama antara R- 22 dan MC-22. Tabel 1 Hasil pengukuran penelitian yang dipergunakan dalam perhitungan Freon MC-22/134 MC-22/151 MC-22/202 R-22/360 T 1 T 2 T 3 P 1 P 2 Volt ase Arus o C o C o C bar Bar volt Amper Keterangan: Tl = Temperatur sebelum T2 = Temperatur setelah T3 = Keluar Kondensor P1 =Tekanan sebelum P2 = Tekanan setelah Gambar 2 Skema Instalasi Pengujian Pada mesin pendingin dilakukan modifikasi dengan menempatkan alat ukur pada titik-titik yang akan diketahui temperatur dan tekanannya, seperri yang ditunjukkan pada Gambar 2. III LANDASAN TEORI 3.1 Siklus Kompresi Uap Standar Siklus kompresi uap merupakan siklus yang terbanyak digunakan dalam suatu sistem refrigerasi. Di dalam siklus ini, uap dikompresikan hingga terkondensasi. Selanjutnya kondensat tersebut diekspansikan ke tekanan rendah sehingga 134

3 dapat menguap di evaporator pada temperatur rendah. Uap yang dikompresikan dapat berada dalam fasa uap kering disebut kompresi kering, atau dalam fasa campuran uap-cair disebut kompresi basah. Kompresi basah umumnya dihindari karena bersifat merugikan (dapat merusak katup-katup pada torak). Siklus kompresi uap standar ditunjukkan pada Gambar berikut: Gambar 3 Dia P-h Siklus kompresi uap standar (9) Gambar 4 Dia skematik dari peralatan (9) Pada Gambar 1 dan 2 ditunjukkan komponen utama mesin refrigerasi yang mengalami siklus kompresi uap.standar, komponen utama sistem terdiri atas :, kondensor, alat ekspansi dan evaporator. Di dalam siklus kompresi uap standar ini, refrigeran mengalami empat proses, yaitu: 1) Kompresor Di dalam terjadi proses kompresi isentropik (proses 1-2) Refrigeran meninggalkan evaporator dalam bentuk uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah. Kemudian oleh, uap tersebut dinaikkan tekanannya dengan cara dikompresi sehingga menjadi uap bertekanan tinggi (tekanan kondensor). Kompresi ini diperlukan untuk menaikkan temperatur refrigeran, sehingga temperatur refrigeran di dalam kondensor lebih tinggi dari pada temperatur lingkungannya. Dengan demikian perpindahan kalor dapat terjadi dari refrigeran ke lingkungan. Proses kompresi ini berlangsung secara isentropik (adiabatik dan reversibel). 2) Kondensor Di dalam kondensor terjadi proses Pengembunan yaitu proses tekanan konstan (isobaric) proses 2-3 : Setelah mengalami proses kompresi, refrigeran berada dalam fasa kalor lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah bentuknya menjadi cair, kalor yang ada pada sistem harus dilepaskan ke lingkungan. Hal ini dilakukan pada alat penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fluida pendingin (udara) dengan temperatur lebih rendah dari pada temperatur refrigeran. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigeran ke fluida pendingin dan sebagai akibatnya refrigeran mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap kalor lanjut menuju kondisi uap jenuh, selanjutnya mengembun. Agar proses kondensasi lebih efektif, digunakan kipas (fan) yang dapat menghembuskan udara luar tepat di permukaan pipa kondensor. Dengan begitu, kalor pada refrigeran dapat dipindahkan ke udara luar. Setelah melewati proses kondensasi, refrigeran berbentuk cair bertemperatur lebih rendah, tetapi tekanan refrigeran masih cukup tinggi. Kemudian keluar dari kondensor dalam bentuk cair jenuh atau cair. Proses ini berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan. Selanjutnya, refrigeran dialirkan menuju ke pipa kapileratau katup ekspansi. 3) Katup Ekspansi atau Pipa Kapiler Di dalam katup ekspansi atau pipa kapiler terjadi proses ekspansi adiabatik (proses 3-4) : Refrigeran, dalam bentuk cair jenuh tingkat keadaan 3, Gambar 2.1 mengalir melalui alat ekspansi, dan oleh alat ekspansi tersebut diturunkan tekanannya. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara takreversibel. Selanjutnya refrigeran keluar dari alat ekspansi dalam bentuk campuran uap dan cair pada tekanan dan temperatur rendah atau sama dengan tekanan dan temperatur evaporator. 4) Evaporator Di dalam Evaporator terjadi proses Penguapan yaitu proses tekanan konstan (isobaric) yaitu proses 4-1 : refrigeran, 135

4 dalam fasa campuran uap dan cair, mengalir melalui sebuah alat penukar kalor yaitu evaporator. Dalam keadaan ini, refrigeran berbentuk cair dan uap, bertemperatur dan bertekanan rendah. Kondisi refrigeran semacam ini dimanfaatkan untuk mendinginkan udara luar yang melewati permukaan evaporator. Agar lebih efektif mendinginkan udara ruangan, digunakan blower (indoor) untuk mengatur sirkulasi udara agar melewati evaporator. Proses yang terjadi dibalik proses pendinginan udara ruangan adalah proses penangkapan panas (kalor) udara ruangan yang mempunyai temperatur lebih tinggi dibandingkan dengan refrigeran yang mengalir di dalam evaporator. Karena juga menyerap kalor di dalam ruangan, bentuk refrigeran cair dan uap akan menjadi bentuk uap. Selanjutnya, refrigeran akan mengalir menuju ke. Proses ini terjadi berulang dan terus-menerus sampai suhu atau temperatur ruangan sesuai dengan keinginan. Selanjutnya refrigeran meninggalkan evaporator dalam fasa uap jenuh. Proses penguapan tersebut berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan. 3.2 Prestasi Siklus Kompresi Uap Standar Dengan bantuan dia tekanan entalpi (p h) dengan batuan pro Cool Pack, besaran yang penting dalam siklus kompresi uap standar dapat diketrahui, antara lain: kerja kompresi, laju pengeluaran kalor, efek refrigerasi, dan koefisien prestasi coefficient of performance (COP). Dengan mengacu pada Gambar 1 dengan bantuan persamaan aliran energi yang mantap (steady flow of energy). q + h gz 1 = w + h gz 2 dengan asumsi perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan, karena dalam kompresi adiabatik perpindahan kalor q nilainya nol, maka : Kerja kompresi (W in ) dalam (kilojoule per kilo) merupakan perubahan entalpi pada proses 1-2. W in = h 2 h 1 Pelepasan kalor (q c ) dalam (kilojoule per kilo) adalah perpindahan kalor dari refrijeran pada proses 2-3, dimana energi kinetik, energi potensial, dan kerja yang dikeluarkan sama dengan nol. Sehingga kalor yang dilepasakan kondensor adalah: q c = h 2 h 3 Ekspansi yaitu proses 3-4 terjadi pada entalpi konstan dengan menggunakan katup ekspansi yang berfungsi untuk menurunkan tekanan. Dengan energi potensial, energi kinetik dibaikan, dan tidak adanya perpindahan kalor, sehingga: h 3 = h 4 Proses ini disebut proses isentalpik (entalpi tetap). Proses tidak reversibel, dan se-lama proses berlangsung, terjadi kenaikan entropi. Efek refrigerasi (q e ) dalam kilojoule per kilo adalah kalor yang dipindahkan pada proses 4-1, atau besaran ini sangat penting diketahui karena proses ini merupakan tujuan utama dari seluruh system. Dengan batuan persamaan energi dimana energi kinetik, energi potensial, dan kerja yang dikeluarkan sama dengan nol. Sehingga kalor yang diserap oleh evaporator adalah: q e = h 1 - h 4 Koefisien prestasi dari siklus kompresi uap standar adalah dampak refrigerasi dibagi dengan kerja kompresi. Coefficient of performance (COP) Laju aliran massa refrigerant, = ( ) = 3.3 Konsumsi Energi Listrik Pro penghematan listrik terus digalakkan oleh pemerintah untuk menekan kebutuhan energi listrik yang terus bertambah. Penggunaan energi listrik banyak pada sektor industri. Sistem pendingin mempunyai andil yang besar dalam konsumsi energi listrik. Dalam penelitian ini diambil pemakaian AC per hari 24 jam dengan voltase 220 volt. Sehingga : daya listrik (W e ) = Volt x Arus (Watt) (2.7) (11) 136

5 IV HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan bantuan pro Coolpack yang akan dipergunakan pada penelitian ini, kerena lebih teliti dan lebih cepat. Gambar 5 Grafik dia p-h MC-22 dengan massa 134 (5) Gambar 6 Grafik dia p-h MC-22 dengan massa 151 (6) Gambar 8 Grafik dia p-h R -22 dengan massa 360 (5) Tabel 2 Perbandingan Performansi Refrigeran MC-22 Dengan Massa Yang Berbeda Freon q e q c W R-22/R-290 kj/kg kj/kg kj/kg R 290/ R290/ R 290/ Rata-rata R = 162 CO P r k Tabel 3 Perbandingan Performansi Refrigeran MC-22 Rata-rata Terhadap R-22 Freon q e q c W COP r k R-22/R-290 kj/kg kj/kg kj/kg Arus N L Amp er Wa tt Harg a Rp Arus N L Harga Amper Watt Rp Rata-rata R-290/162 gr R22/360 gr Dalam % Catatan : R-290 = MC-22 (9) Gambar 7 Grafik dia p-h MC-22 dengan massa 202 (5) V KESIMPULAN Pembahasan yang dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, COP yang dihasilkan 6.46 lebih 137

6 tinggi, bila dibandingkan dengan menggunakan refrigerant R-22 yaitu Dengan menggunakan refrigeran MC- 22 efek refrigerasi (q e ) kj/kg, sedangkan menggunakan refrigerant R- 22 adalah kj/kg. 3. Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, Kerja (W) 153.7%, lebih tinggi, bila dibandingkan dengan menggunakan refrigerant R Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, pelepasan kalor (q c ) 196.8% lebih tinggi, bila dibandingkan dengan menggunakan refrigerant R Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, Pemakaian daya listrik lebih rendah yaitu 653 Watt, sedangkan kalau menggunakan refrigerant R-22 daya listriknya 726 Watt 6. Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, Pemakaian arus listrik 89.9% lebih kecil, bila dibandingkan dengan menggunakan refrigerant R-22 sehingga pemakaian daya listrik lebih rendah. 7. Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, Perbandingan kompresi 82.2% lebih rendah bila dibandingkan dengan menggunakan refrigerant R-22, sehingga umur lebih lama. 8. Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, Pemakaian refrigeran 45% lebih sedikit, bila dibandingkan dengan menggunakan refrigeran R-22, sehingga harganya lebih murah. 9. Dengan menggunakan refrigeran MC- 22, Harga lebih murah, karena berat refrigeran yang digunakan lebih sedikit sekitar 60.1% dari pada menggunakan refrigerant R A. Çengel Yunus and Michael Boles, Thermodinamics An Engineering Approach, Sixth Edition, Mc Graw Hill, Singapore, Jakopsen Arne, et al., Coolpack Tutorial Version 1.46, Department of Energy Engineering Technical University of Denmark (DTU), Kopenhagen, May, Dincer Ibrahim and Mehmet Kanoglu, Refrigeration Systems And Applications, Second Edition, A Jonh Wiley & Sons, Ltd., London, , Buku Petunjuk Pendingin Ruangan Tipe Terpisah Model Standar Polytron, Produksi Hartono Istana Teknologi, Jakarta, , Material Safety Data Sheet, PT. Pertamina (PERSERO), Unit Refinery III Plaju, Sumatra Selatan, Stoecker. W. F. and J.W. Jones, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Terjemahan Hara Supratman, Edisi Kedua, Erlangga, Jakarta, Sutrisno, Fisika Dasar, Penerbit ITB, Bandung, William C., Whitman., et al., Refrigeration and Air conditioning Technologi, Fifth Edition, Delmar, USA, Daftar Pustaka 1. Althouse Andrew D., et.al., Modern Refrigeration and Airconditioning, The Goodhearth Willcox Company, Inc, Tinley Park, Ilinois Arismunandar, W. dan Heizo Saito, Penyegaran Udara, PT. Pradya Paramita, Jakarta, Arora, CP., Refrigeration and Airconditioning, Second Edition, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, ASHRAE, Fundamentals Handbook, SI edition, American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Inc. Atlanta,