FARID NUR SANY - 2106 100 154 DOSEN PEMBIMBING: ARY BACHTIAR KRISHNA PUTRA, ST, MT, Ph.D
LATAR BELAKANG SUHU BUMI MENINGKAT TINGKAT KENYAMANAN MANUSIA MENINGKAT KEBUTUHAN TERSEDIANYA ALAT PENDINGIN UDARA DI RUMAH DAN TEMPAT UMUM MENINGKAT R-12 MEMPUNYAI ODP YANG TINGGI LARANGAN PEMAKAIAN R-12 SEBAGAI FLUIDA KERJA DARI ALAT PENDINGIN UDARA PENGGANTIAN FLUIDA KERJA ALAT PENDINGIN UDARA DARI R-12 MENJADI R-134a TERDAPAT PELUANG UNTUK MEMAKSIMALKAN KINERJA ALAT PENDINGINAN UDARA
IDE UNTUK MENINGKATKAN KINERJA ALAT PENDINGINAN UDARA LATAR BELAKANG PENGGUNAAN INVERTER SEBAGAI MEDIA PENGATUR PUTARAN KOMPRESOR KEMAMPUAN KOMPRESOR UNTUK DIRUBAH PUTARANNYA SESUAI DENGAN YANG KITA INGINKAN VARIASI PUTARAN KOMPRESOR PUTARAN YANG MAMPU MEMBUAT ALAT PENDINGIN UDARA BEKERJA MASIMAL SETELAH DILAKUKAN PENGGANTIAN REFRIJERAN
PERUMUSAN MASALAH 1. BAGAIMANA UNJUK KERJA SISTEM REFRIJERASI (DENGAN R-12 SEBAGAI ORIGINAL REFRIJERANNYA) JIKA DIGUNAKAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12? 2. BAGAIMANA PENGARUH VARIASI PUTARAN KOMPRESOR TERHADAP UNJUK KERJA SISTEM REFRIJERASI?
TUJUAN 1. MENGETAHUI KARAKTERISTIK SISTEM REFRIJERASI DENGAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12 2. MENGETAHUI PENGARUH VARIASI PUTARAN KOMPRESOR TERHADAP KINERJA SISTEM REFRIJERASI 3. MEMAKSIMALKAN KINERJA SISTEM REFRIJERASI DENGAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12
BATASAN MASALAH 1. SISTEM BEKERJA DALAM KONDISI TUNAK (STEADY STATE). 2. TIDAK ADA HEAT LOSS PADA PIPA SALURAN REFRIJERAN. 3. TIDAK ADA LOSSES ENERGY PADA DUCTING KONDENSOR. 4. LAJU ALIR MASSA REFRIJERAN DIANGGAP KONSTAN DAN DIHITUNG BERDASARKAN BALANS ENERGI PADA KONDENSOR 5. KOMPRESOR YANG DIGUNAKAN ADALAH KOMPRESOR TORAK SINGLE ACTING 6. PERUBAHAN KELEMBABAN UDARA PADA INLET DAN OUTLET DUCTING SANGAT KECIL DAN DAPAT DIABAIKAN
DASAR TEORI PENELITIAN TERDAHULU 1. N.E. Carpenter, 1992, Retrofitting HCFC134a into existing CFC12 Systems BERPENDAPAT BAHWA R-134a MEMPUNYAI KELARUTAN (SOLUBILITY) YANG SANGAT RENDAH DENGAN PEMAKAIAN MINERAL OIL PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA, MAKA PENGGANTIAN REFRIJERAN DARI R-12 KE R134a SECARA LANGSUNG AKAN BERAKIBAT KETIDAKMAKSIMALAN PADA SISTEM PADA SAAT DILAKUKAN PENGGANTIAN REFRIJERAN, MAKA PERLU DILAKUKAN JUGA PENGGANTIAN MINERAL OIL MENJADI ESTER OIL SERTA DILAKUKAN BEBERAPA PENGGANTIAN KOMPONEN (KATUP EKSPANSI, DRIER, DLL) SESUAI DENGAN YANG DIBUTUHKAN REFRIJERAN R-134a
DASAR TEORI PENELITIAN TERDAHULU HASIL YANG DIDAPATKAN DARI PENGUJIAN PENGGANTIAN REFRIJERAN R-12 DENGAN R-134a ADALAH SEBAGAI BERIKUT :
DASAR TEORI PENELITIAN TERDAHULU 2. Yongmei Xuan, Guangming Chen, 2004, Experimental study on HFC- 161 mixture as an alternative refrigerant to R502 MELAKUKAN PERCOBAAN DENGAN MENGGUNAKAN REFRIJERAN R-161 SEBAGAI PENGGANTI R-502 PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA HASIL PENGUJIAN PENGUJIAN DILAKUKAN DENGAN MEMBANDINGKAN UNJUK KERJA SISTEM DENGAN PEMAKAIAN FREIJERAN R-161 DAN R-404 (REFRIJERAN YANG DINYATAKAN SEBAGAI PENGGANTI RESMI R-502)
DASAR TEORI PENELITIAN TERDAHULU 3. Ki-Jung Park et al, 2007, Experimental performance of R432A to replace R22 in residential air-conditioners and heat pumps DILAKUKAN BERDASARKAN DATA YANG MENYEBUTKAN BAHWA R-432a TIDAK MEMPUNYAI ODP DAN MEMPUNYAI EFEK RUMAH KACA YANG KECIL PERCOBAAN DILAKUKAN PADA PERANGKAT PENDINGIN UDARA DAN HEAT PUMP BENCH TEST DENGAN R-22 SEBAGAI ORGINAL REFRIJERANNYA HASIL YANG DIDAPATKAN :
DASAR TEORI SIKLUS KOMPRESI UAP STANDAR 1-2 : KOMPRESI ADIABATIK 2-3 : PELEPASAN KALOR ISOTHERMAL 3-4 : EXPANSI ADIABATIK 4-1 : PEMASUKAN KALOR ISOTHERMAL
1. KONDENSOR DASAR TEORI KOMPONEN UTAMA SISTEM PENDINGINAN UDARA KOMPONEN YANG MEMBUANG PANAS DARI REFRIJERAN KE UDARA LUAR TERJADI PERBEDAAN FASE PADA INLET DAN OUTLET KONDENSER Q YANG TERBUANG SEBESAR : m ( h ) 3 h2 Q BERNILAI NEGATIF KARENA KONDENSOR MEMBUANG KALOR 2. EXPANSION DEVICE SALAH SATU KOMPONEN UTAMA PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA BERFUNGSI UNTUK MENURUNKAN TEKANAN DAN MENGATUR LAJU ALIRAN MASSA REFRIJERAN TERDAPAT BERBAGAI MACAM JENIS EXPANSION DEVICE, ANTARA LAIN THERMOSTATIC EXPANSION VALVE (TXV), AUTOMATIC EXPANSION VALVE (AXV), CAPILARY TUBE, DLL
3. EVAPORATOR DASAR TEORI KOMPONEN UTAMA SISTEM PENDINGINAN UDARA KOMPONEN YANG MENYERAP PANAS DARI DALAM RUANGAN KE REFRIJERAN TERJADI KENAIKAN ENTHALPY PADA SAAT REFRIJERAN MENYERAP PANAS RUANGAN SEMAKIN BESAR PERUBAHAN ENTHALPHY YANG TERJADI, SEMAKIN BAIK KINERJA SISTEM PENDINGINAN UDARA, DIKETAHUI DARI : Q e m ( h ) 1 h4 4. KOMPRESOR MENGKOMPRESI UAP REFRIJERAN SEMAKIN SEDIKIT DAYA YANG DI BUTUHKAN KOMPRESOR MAKA SEMAKIN BAIK KINERJA KOMPRESOR DAYA KOMPRESOR DAPAT DIKETAHUI DARI PERSAMAAN : W c m ( h ) 2 h1
DASAR TEORI KLASIFIKASI KOMPRESOR
1. Kebutuhan Daya Kompresor P m. h i 2. Kapasitas Refrijerasi Kompresor Q m ( h 1 h4) DASAR TEORI PERFORMANSI KOMPRESOR 3. Effisiensi Volumetric Kompresor v 3 laju alir volume yang memasukikompresor, m laju volumelangkah kompresor, m 3 / det ik / det ik v 1/ k p 0.97 [(1/ f ). r 1]. c L
DASAR TEORI BALANS ENERGY PADA KONDENSOR Q yang dilepas refrijeran Q yang diterima udara m udara x Cp udara x T m x Cp x T outlet -inlet udara refrijeran refrijeran outlet inlet refrijeran v A Dengan nilai densitas, kecepatan, dan frontal area pada udara, maka udara. v. A x Cpudara x Toutlet inlet udara mrefrijeran x Cprefrijeran x Toutlet inlet refrijeran m refrijeran udara Cp. v. A x Cp refrijeran udara x T x T outlet inlet udara outlet inlet refrijeran
DASAR TEORI COEFFISIEN OF PERFORMANCE (COP) NILAI COP DIDAPATKAN DENGAN CARA MEMBANDINGKAN PANAS YANG DISERAP OLEH EVAPORATOR (Qe) DENGAN KERJA YANG DIBUTUHKAN KOMPRESOR (Wc) COP Qe Wc DENGAN MEMASUKKAN NILAI Qe DAN Wc DIDAPATKAN: m ( h COP m ( h 1 2 h4 ) h ) 1 DENGAN MENGHILANGKAN, MAKA DIDAPATKAN : COP h h 1 2 h h 4 1 m
DASAR TEORI RECTIFIER DAN INVERTER RECTIFIER : MENERIMA ARUS BOLAK-BALIK (AC) KEMUDIAN DIKONVERSIKAN MENJADI ARUS DC DAN DINAIK-TURUNKAN SESUAI DENGAN BESARAN ARUS YANG DIINGINKAN INVERTER : DARI ARUS DC YANG SUDAH SESUAI DENGAN BESAAN YANG DIINGINKAN, KEMUDIAN DIKONVERSIKAN LAGI KE ARUS AC. SETELAH ITU DIALIRKAN KE PERALATAN YANG MEMBUTUHKAN SUMBER DAYA SIFAT INVERTER : V/f KONSTAN, MAKA UNTUK V YANG BERUBAH f JUGA BERUBAH. APABILA V TETAP MAKA ARUS AKAN TURUN JIKA FREKUENSI NAIK, BEGITU PULA SEBALIKNYA.
DASAR TEORI VARIABLE SPEED COMPRESOR MEMBERIKAN PUTARAN YANG BERUBAH-UBAH TERHADAP KINERJA SISTEM PENDINGINAN UDARA DENGAN PUTARAN YANG BERUBAH-UBAH, MAKA KEBUTUHAN LAJU ALIR MASSA REFFRUJERAN JUGA MAMPU BERUBAH-UBAH SESUAI DENGAN KEBUTUHAN LAJU ALIR MASSA REFRIJERAN DAPAT DISESUAIKAN DENGAN KEBUTUHAN SESUAI DENGAN COLLING LOAD YANG ADA PUTARAN KOMPRESOR DAPAT DIKETAHUI DARI PERSAMAAN : N 120 X f X (1-s)p
START IDENTIFIKASI MASALAH PERUMUSAN MASALAH METODOLOGI TAHAPAN PENELITIAN STUDY LITERATUR PERANCANGAN PERALATAN PENGAMBILAN DATA PENGOLAHAN DATA ANALISA DATA KESIMPULAN DAN SARAN END IDENTIFIKASI MASALAH PERUMUSAN MASALAH STUDY LITERATUR PERANCANGAN PERALATAN PENGAMBILAN DAN PENGOLAHAN DATA ANALISA DATA KESIMPULAN DAN SARAN
METODOLOGI PERALATAN YANG DIGUNAKAN Alat-alat ukur yang digunakan : 1. Pressure gauge 2. Thermocouple 3. Anemometer 4. Voltmeter 5. Amperemeter Inverter Siemens sinamics G110 Input voltage : 220 V 240 V Power range : 0.12 kw 3.0 kw Input frequensi : 47 Hz 63 Hz Output frequency : 0 Hz 650 Hz Cos phi : > 0.95
METODOLOGI SKEMA SISTEM DAN POSISI PENGUKURAN Pengukuran yang dilakukan di setiap titik antara lain : 1. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 2. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 3. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 4. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 5. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 6. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 7. Dilakukan pengukuran temperatur dan kecepatan udara. 8. Dilakukan pengukuran temperatur udara 9. Dilakukan pengukuran tegangan, arus, dan frekuensi listrik
START HEATER N, N=1,2,3 REFRIJERAN 1/REFRIJERAN 2 1 = R-12; 2 = R-134a KATUP EKSPANSI TXV DAN PIPA KAPILER CEK KONDISI PERALATAN PENGISIAN REFRIJERAN 1 (R-12) METODOLOGI DIAGRAM ALIR PERCOBAAN RUNNING PERALATAN PEMAKAIAN KATUP EXPANSI PIPA KAPILER BEBAN PENDINGINAN DENGAN 1 HEATER PENGAMBILAN DATA Ti comp, To comp, Pi comp, Po comp, Ti e, To e, Pi e, Po e, Ti cond, To cond, Pi cond, Po cond, mass flow refrijeran VOLT, AMPERE KETIGA HEATER SUDAH DIGUNAKAN? PENGGUNAAN 2 DAN 3 HEATER SECARA BERURUTAN DAN BERTAHAP PENGGUNAAN KATUP TXV SUDAH DIGUNAKAN KATUP TXV? PENGISIAN REFRIJERAN 2 R-134a SUDAH DILAKUKAN PENGAMBILAN DATA DENGAN REFRIJERAN 2? SHUT DOWN PERALATAN END
START HEATER N, N=1,2,3 SET POINT INVERTER S, S=1,2,3,4,5 REFRIJERAN R-134a PENGECEKAN KONDISI PERALATAN RUNNING PERALATAN DENGAN INVERTER METODOLOGI DIAGRAM ALIR PERCOBAAN PENGGUNAAN KATUP PIPA KAPILER BEBAN PENDINGINAN DENGAN 1 HEATER SET INVERTER PADA PUTARAN 1 PENGAMBILAN DATA Ti comp, To comp, Pi comp, Po comp, Ti e, To e, Pi e, Po e, Ti cond, To cond, Pi cond, Po cond, mass flow refrijeran HEATER YANG DIPAKAI 3? PENGGUNAAN 2 DAN 3 HEATER SECARA BERURUTAN DAN BERTAHAP PENAMBAHAN SET POINT S+1 SET POINT INVERTER 5? PEMAKAIAN KATUP TXV SUDAH DIPAKAI KATUP TXV? SHUT DOWN PERALATAN END
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R12
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R12
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R134a
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R134a
GRAFIK LAJU ALIR MASSA FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0.005 laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 0.005 laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV laju alir massa refrijeran (kg/s) 0.0045 0.004 0.0035 0.003 0.0025 0.002 0.0015 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 laju alir massa refrijeran (kg/s) 0.0045 0.004 0.0035 0.003 0.0025 0.002 0.0015 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 ṁ = ρ.v.a semakin besar tekanan evaporator, semakin lebar bukaan katup ekspansi
GRAFIK Q evaporator FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR Q evaporator (watt) 700 600 500 400 300 200 100 0 Q evaporator= f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Q evaporator (watt) 700 600 500 400 300 200 100 0 Q evaporator= f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 semakin besar beban pendinginan yang diberikan, maka keluaran evaporator semakin superheat semakin tinggi tekanan kerja evaporator, semakin besar kalor laten yang diperlukan Q evaporator = ṁ(h1-h4) semakin tinggi tekanan kerja evaporator, semakin besar kalor laten yang diperlukan
GRAFIK Q kondensor FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR Q kondensor (watt) 700 600 500 400 300 200 100 0 Q kondensor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Q kondensor (watt) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Q kondensor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Q kondensor = Q evaporator + W kompressor besarnya panas yang dikeluarkan sesuai dengan besarnya panas yang diserap + besarnya daya yang diberikan ke kompresor
GRAFIK W input KOMPRESOR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 250 W input kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 250 W input kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV W input (watt) 200 150 100 50 heater 1 heater 2 heater 3 W input (watt) 200 150 100 50 heater 1 heater 2 heater 3 0 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) 0 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) Pressure ratio menurun, kerja kompressor meningkat
GRAFIK W ref dan Ws KOMPRESOR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR Wref (watt) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 W ref kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Wref (watt) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 W ref kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Ws (watt) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Ws kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Ws (watt) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Ws kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3
COP aktual FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR COP input (watt) 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 COP input (watt) 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 Qevaporator COP Winput kompresor
HRR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR HRR 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 1 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 HRR = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 HRR 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 1 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 HRR = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) heater 1 heater 2 heater 3 nilai tidak kurang dari 1 Qkondensor HRR Qevaporator
KESIMPULAN 1. pada penggunaan katup ekspansi kapiler, laju alir massa refrijeran mencapai maksimum untuk setiap beban pendinginan yang digunakan pada putaran kompresor 6840 rpm, Sedangkan pada penggunaan katup ekspansi TXV, laju alir massa refrijeran cenderung konstan seiring dengan kenaikan putaran kompresor. 2. Q evaporator yang diserap mencapai maksimum pada putaran 6840 rpm untuk setiap beban pendinginan yang digunakan dengan penggunanaan katup ekspansi kapiler dan bernilai konstan untuk setiap beban pendinginan yang diigunakan untuk penggunaan katup ekspansi TXV. 3. Q kondensor yang dilepaskan mencapai maksimum pada putaran 6840 rpm untuk setiap beban pendinginan yang digunakan dengan penggunanaan katup ekspansi kapiler dan bernilai konstan untuk setiap beban pendinginan yang diigunakan untuk penggunaan katup ekspansi TXV.
KESIMPULAN 4. Kerja yang dibutuhkan kompresor cenderung menurun seiring dengan kenaikan putaran kompresor baik untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupuun TXV. 5. COP sistem mencapai maksimum pada putaran kompresor 6840 rpm untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupun TXV. 6. HRR cenderung bernilai konstan untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupun TXV seiring dengan kenaikan putaran kompresor.
TERIMA KASIH MOHON MASUKAN DAN SARAN DEMI KESEMPURNAAN TUGAS AKHIR