ANALISIS PENGARUH GANGGUAN HEAT TRANSFER KONDENSOR TERHADAP PERFORMANSI AIR CONDITIONING. Puji Saksono 1) ABSTRAK

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH GANGGUAN HEAT TRANSFER KONDENSOR TERHADAP PERFORMANSI AIR CONDITIONING Puji Saksono 1) ABSTRAK Kondensor erupakan alat penukar kalor pada sisti refrigerasi yang berfungsi untuk elepaskan kalor ke lingkungan. Bagian kondensor biasanya dilengkapi kipas untuk eniup udara yang elewati celah alat penukar kalor. Koefisien prestasi yang tinggi sangat diharapkan dala daur refrigerasi kopresi uap. Dala penelitian ini dirakit satu unit uji sisti refrigerasi berupa seperangkat AC window yang eliputi kopresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, air dryer, dan refrigeran yang dipergunakan adalah R-22. Bagian kondensor dipasang kipas angin yang yang bisa diatur putarannya dengan enggunakan alat pengontrol putaran. Kecepatan udara yang dari fan akan diukur dengan aneoeter. Dala penelitian ini akan diperoleh data tekanan, teperatur, dan laju aliran assa refrigeran dengan variasi putaran kipas kondensor terhadap kecepatan udara pendingin. Variasi kecepatan udara pendingin antara 1,6 3,5 /s yang dihasilkan dari putaran kipas rp. Hasil penelitian enunjukkan seakin cepat putaran kipas seakin besar laju aliran udara untuk endinginkan kondensor sehingga koefisien prestasi (COP) seakin eningkat. Kata kunci: Putaran fan, laju aliran, efek refrigerasi, COP. PENDAHULUAN Latar Belakang Penerapan sisti refrigrasi dala kehidupan sehari-hari aupun di industri sangat banyak dan bervariasi, dala industri isalnya pabrik es, pengeasan/ penyipanan akan yang akan dieksport, pendinginan gedung skala besar seperti superarket, gedung perkantoran, hotel dan sebagainya. Aplikasi lain yang sering kita anfaatkan adalah kulkas dan AC (Air Conditioning). Pada uunya koponen utaa esin pendingin adalah kopresor, kondensor, evaporator dan alat ekspansi. Kondensor erupakan alat penukar kalor pada sisti refrigrasi yang berfungsi untuk elepaskan kalor ke lingkungan. Bagian kondensor biasanya dilengkapi dengan fan/ kipas untuk eniup/ enghisap udara yang elewati celah alat penukar kalor. Seringkali pada AC obil dilakukan odifikasi dengan enabah julah kipas atau engganti kipas dengan diaeter yang lebih besar, dan pada AC window atau split efek dingin yang keluar dari AC tidak noral akibat putaran kipas/ fan kondensor yang tidak stabil. Siste refrigerasi siklus kopresi uap Siste refrigerasi siklus kopresi uap erupakan daur yang terbanyak digunakan dala daur refrigerasi, pada daur ini terjadi proses kopresi (1 ke 2), pengebunan (2 ke 3), ekspansi (3 ke 4) dan penguapan (4 ke 1), seperti ditunjukkan pada gabar 1. Koponen utaa dari siste refrigerasi terdiri dari: Kopresor, kondensor, alat ekpansi (pipa kapiler atau katup ekspansi) dan evaporator. (Stocker, 1996; Dincer, 2003; Pasek, 2007) 1) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Balikpapan (UNIBA) Kaliantan Tiur Susunan epat koponen tersebut secara skeatik ditunjukan pada Gabar 1a dan sketsa proses Siklus Kopresi Uap Standar dala diagra T-s (teperatur-entropi) ditunjukan pada Gabar 1b. Gabar 1. Siklus kopresi uap standar (a) Diagra alir proses (b) Diagra teperatur-entropi (T-s) Suber: Pasek, Analisa Kinerja Mesin Refrigerasi Kopresi Uap Paraeter-paraeter prestasi siste refrigerasi kopresi uap antara lain: efek/dapak refrigerasi, kerja kopresi, kapasitas refrigerasi, dan koefisien perforansi (coefficient of perforance, COP). Penentuan paraeterparaeter tersebut dapat dibantu dengan penggunaan sketsa proses pada diagra tekanan-entalpi. (Stocker, 1996; Pasek, 2004) Kerja kopresi persatuan assa refrigeran ditentukan oleh perubahan entalpi pada proses 1-2 dan dapat dinyatakan sebagai: (Stocker, 1996) w W = h 2 h 1 = (1) W = Daya kopresor[kw] 39

2 w = kerja kopresi [KJ/kg] = laju aliran refrigeran[kg/det] Hubungan tersebut diturunkan dari persaaan energi dala keadaan tunak, pada proses kopresi adiabatik reversibel dengan perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan. Perbedaan entalpinya erupakan besaran negatif yang enunjukkan bahwa kerja diberikan kepada siste. = laju aliran refrigeran[kg/det] Koefisien perforansi (COP), adalah besarnya energi yang berguna, yaitu efek refrigerasi, dibagi dengan kerja yang diperlukan siste, yaitu kerja kopresi. Koefisien Perforansi (COP) = (4) Gabar 2. Siklus refrigerasi kopresi uap ideal pada diagra tekanan-entalpi (P-h). Suber: Herlianika, Kalor yang dibuang elalui kondensor dari refrigeran ke lingkungan yang lebih rendah teperaturnya terjadi pada proses 2-3, yaitu: q Q rj rj = = h 2 h 3 (2) Q rj = Kapasitas kondensor/peanasan [kw] q rj = kalor yang dibuang elalui kondensor[kj/kg] = laju aliran refrigeran[kg/det] Besaran ini bernilai negatif, karena kalor dipindahkan dari siste refrigerasi ke lingkungan. Pada proses 3-4 erupakan proses ekspansi refrigeran enuju tekanan evaporator. Proses ini biasanya diodelkan dengan proses cekik tanpa adanya perpindahan kalor (adiabatik) dan proses berlangsung takreversibel, sehingga diperoleh hubungan: h 3 = h 4 Efek refrigerasi (q rc ) adalah kalor yang diteria oleh siste dari lingkungan elalui evaporator per satuan laju assa refrigeran. Efek refrigerasi erupakan paraeter penting, karena erupakan efek yang berguna dan diinginkan dari suatu siste refrigerasi. q Q rc rc = = h 1 h 4 (3) Sedangkan kapasitas refrigerasi (Q rc ) erupakan perkalian antara laju assa refrigeran dengan efek refrigerasi. Q rc q rc = Kapasitas refrigerasi [kw] = efek refrigerasi[kj/kg] Laju Heat Transfer pada Kondensor Qc = v.a.ρ.c p (T out T 0 ) (5) (J.P. Holan, 1994) Qc = Laju heat transfer[kw] v = Kecepatan udara keluar kondensor[/s] A = Luas penapang saluran udara keluar[ 2 ] ρ = Massa jenis udara[kg/ 3 ] C p = Specific heat udara[kj/kg. o C) T out = Teperatur lingkungan[ o C] T 0 = Teperatur udara keluar kondensor[ o C] Gangguan Heat Transfer pada Kondensor Gangguan heat transfer kondensor adalah persentase selisih laju heat transfer pada kecepatan aliran udara penuh dengan laju heat transfer pada kecepatan aliran udara saat pengujian, atau dapat dituliskan sebagai Gangguan Heat Transfer % = (6) METODE PENELITIAN Tepat dan Waktu Penelitian Tepat penelitian dilakukan di laboratoriu Mesin Pendingin Progra studi Teknik Mesin Universitas Balikpapan (UNIBA). Sedangkan waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Januari s/d Maret Bahan dan Alat Adapun perlengkapan dan alat penelitian yang digunakan adalah: 1. Satu unit uji sisti refrigrasi (berupa seperangkat AC window yang sudah diodifikasi sedeikian rupa dengan enabahkan beberapa perangkat onitor berupa pressure gauge, pengontrol putaran kipas kondensor, dan port untuk titik pengukuran teperatur) 2. Popa vaku 3. Gauge anifold 4. Teroeter (Digital) 5. Tibangan refrigeran (Digital) 6. Refrigeran R-22, erk Dupont 7. Leak detector (Alat uji kebocoran refrigeran) 40

3 8. Aneoeter (Alat ukur kecepatan udara keluaran kipas kondensor) 9. Multieter (Gigital) 10. Clap Meter (Alat ukur arus listrik, Apere) 11. Peralatan workshop Langkah-langkah Penelitian Langkah-langkah penelitian adalah sebagai 1. Menyiapkan peralatan uji sisti refrigerasi dan perlengkapan lainnya 2. Sisti divaku terlebih dahulu dengan enggunakan popa vaku 3. Melakukan pengisian refrigeran R-22 sesuai dengan variasi pengisian uatan pada alat uji 4. Menghidupkan alat uji sapai dengan kondisi konstan 5. Mevariasikan kecepatan putaran kipas kondensor yang diatur oleh sebuah pengontrol putaran 6. Mencatat hasil pengukuran T 1, T 2, T 3, T 4, P 1, P 2 7. Mengulang seua langkah untuk endapatkan data hasil pengujian sebanyak epat kali per variasi uatan dan putaran kipas kondensor 8. Mengolah data yang diperoleh dengan penjabaran secara analisa iliah Keterangan gabar: P 1 = Tekanan asuk kopresor (tekanan evaporasi) P 2 = Tekanan keluar kopresor (tekanan kondensasi) T 1 = Teperatur keluar evaporator T 2 = Teperatur asuk kondensor T 3 = Teperatur keluar kondensor = Teperatur asuk evaporator T 4 Variabel Penelitian Variabel-variabel dala penelitian: 1. Variabel bebas, yang eliputi: - Variasi kecepatan kipas kondensor - Ganguan heat transfer kondensor 2. Variabel terikat, yang eliputi: - Efek refrigerasi - Kerja Kopresor - Kapasitas refrigerasi - Kapasitas kondensasi - Laju heat transfer pada kondensor - COP (coeffcient of perforance) 3. Variabel Kontrol, yang eliputi penggunaan: - Teperatur ruang uji C. - Kelebaban ruang uji 85 ± 1 0 C. (relatif) HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Putaran Fan Kondensor terhadap Gangguan Heat Transfer dan COP Gabar 3. Alat uji siste refrigerasi Suber: Lab. Mesin Pendingin UNIBA Spesifikasi unit uji sisti refrigerasi: Type : AC WINDOW Dayan kopresor : 1,0 HP Jenis kopresor : Heratic (Hitachi, SG433EB1) Refrigeran : R-22 Gabar 4. Skea unit alat uji siste refrigerasi Suber: Lab. Mesin Pendingin UNIBA. Gabar 5. Grafik perbandingan pengaruh gangguan heat transfer terhadap COP pada beberapa assa isian dengan refrigeran R-22 Hasil penelitian enunjukkan perbandingan gangguan heat transfer terhadap COP untuk seua kuantitas isian, dengan ini enunjukkan bahwa peningkatan kuantitas sapai dengan julah yang optial akan berpengaruh pada peningkatan nilai COP. Kondisi optial ditandai dengan julah isian refrigeran yang penuh dan nilai COP-nya tinggi. Julah isian penuh terlihat dari aliran refrigeran pada sight glass jernih dan tidak bergelebung. Dari data grafik di atas dapat diketahui pada isian refrigeran 850 g dan pada putaran 1200 rp adalah kondisi optial dengan nilai COP tertinggi yaitu 6.83 dan kondisi yang paling rendah adalah pada isian 900 g pada putaran 600 rp dengan nilai COP adalah

4 Pengaruh Putaran Fan Kondensor Terhadap Efek Refrigerasi dan COP Dari grafik di atas eperlihatkan bahwa pada assa isian 850 g dan pada putaran 600 rp Efek refrigerasi sebesar 148,03 kj/kg dan pada putaran 1200 rp adalah 157,82 kj/kg, dala hal ini terjadi kenaikan efek refrigerasi sebesar 6,2%. Nilai COP juga engalai kenaikan 15,4%, diana pada putaran 600 rp nilai COP berada pada 5,78 sedangkan pada 1200 rp 6,83. Gabar 6. Grafik hubungan putaran fan terhadap efek refrigerasi dan COP pada assa isian 750 g Dari grafik di atas eperlihatkan bahwa pada assa isian 750 g dan pada putaran 600 rp Efek refrigerasi sebesar 149,71 kj/kg dan pada putaran 1200 rp adalah 158,34 kj/kg, dala hal ini terjadi kenaikan efek refrigerasi sebesar 5,5%. Nilai COP juga engalai kenaikan 14,2%, diana pada putaran 600 rp nilai COP berada pada 5,07 sedangkan pada 1200 rp 5,91. Gabar 7 Grafik hubungan putaran fan terhadap efek refrigerasi dan COP pada assa isian 800 g Dari grafik di atas eperlihatkan bahwa pada assa isian 800 g dan pada putaran 600 rp Efek refrigerasi sebesar 148,73 kj/kg dan pada putaran 1200 rp adalah 159,42 kj/kg, dala hal ini terjadi kenaikan efek refrigerasi sebesar 6,7%. Nilai COP juga engalai kenaikan 14,9%, diana pada putaran 600 rp nilai COP berada pada 5,59 sedangkan pada 1200 rp 6,57. Gabar 8. Grafik hubungan putaran fan terhadap efek refrigerasi dan COP pada assa isian 850 g Gabar 9. Grafik hubungan putaran fan terhadap efek refrigerasi dan COP pada assa isian 900 g assa isian 900 g dan pada putaran 600 rp Efek refrigerasi sebesar 130,42 kj/kg dan pada putaran 1200 rp adalah 154,5 kj/kg, dala hal ini terjadi kenaikan efek refrigerasi sebesar 15,6%. Nilai COP juga engalai kenaikan 35,9%, diana pada putaran 600 rp nilai COP berada pada 4,24 sedangkan pada 1200 rp 6,61. Beban di dala ruangan akan eberikan kalornya kepada refrigeran pada evaporator. Refrigeran akan engalai proses penguapan yang akan engakibatkan perubahan entalpi dari sebelu asuk evaporator dan setelah keluar. Perubahan entalpi ini erepresentasikan efek refrigerasi. Efek refrigerasi ada kecenderungan naik dengan adanya kenaikan putaran fan kondensor. Gabar di atas juga enunjukkan pengaruh putaran fan kondensor terhadap COP, diana pada grafik tersebut terlihat bahwa kenaikan COP seiring dengan putaran fan kondensor. Besarnya COP dipengaruhi oleh efek refrigerasi dan kerja kopresi. Kenaikan putaran fan kondensor enyebabkan efek refrigerasi eningkat. KESIMPULAN Kesipulan yang diperoleh setelah elakukan pebahasan terhadap hasil penelitian adalah sebagai 1. Kuantitas isian refrigeran epunyai titik optiu terhadap nilai COP. Peningkatan terhadap nilai COP akan naik seiring dengan julah refrigeran yang diasukkan dala sisti, tetapi pada titik julah isian tertentu COP akan engalai penurunan. Titik julah isian refrigeran sebelu saat nilai COP enurun itu disebut dengan isian refrigeran yang optial. Isian optial dala penelitian ini adalah 42

5 pada 850 g dan putaran fan kondensor pada 1200 rp dengan nilai COP adalah Gangguan heat transfer pada kondensor berpengaruh pada nilai COP. Seakin besar gangguan yang terjadi pada kondensor aka COP akan seakin kecil. 3. Kenaikan putaran fan kondensor enyebabkan kenaikan efek refrigerasi. Nilai Coefficient of perforance (COP) akan eningkat dengan adanya kenaikan putaran fan kondensor karena besarnya COP dipengaruhi oleh efek refrigerasi dan kerja kopresi. DAFTAR PUSTAKA Arisunandar, W dan Saito, H, 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT. Pradnya, Paraita, Jakarta. Dincer, I., 2003, Refrigeration Syste and Application, Wiley, England. Holan, J.P. Alih bahasa Jasjfy, E. Ir. Msc, 1988, Perpindahan Kalor. Penerbit Erlangga, Jakarta. Herlianika, H, 2005, Eksperien Dengan Alat Peraga Refrigerasi Dasar, Butterworth-Heineann, Oxford. Moran J. Michael & Shapiro, N, Howard, Fundaentals of Engineering Therodinaics. John Wiley & Son Ltd. England, 5 th Edition. Pasek, A.D., 2007, Retrofit Sisti Refrigerasi Dan Pengkondisian Udara Raah Lingkungan, Pusat Pendidikan dan Pelatihan Keenterian Lingkungan Hidup, Jakarta. Stocker, W.F., 1996, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta. 43