OPTIMASI DESAIN SISTEM PENDINGIN PADA MOBIL BERBAHAN BAKAR ETANOL BERKAPASITAS MESIN 1100 CC Tunggal Ajining Prasetiadi* SMK Pusponegoro Jatibarang, Tegal, Jawa Tengah ABSTRACT Development and use of new and renewable energy sources, one of which is ethanol from biofuels. Bioethanol is a source of new and renewable produced from potatoes, corn, cassava and sago. Ethanol serves as an addition to the volume of fuel oil (BBM), boosting the octane number, and as a source of oxygen in the combustion process is cleaner replacement for Methyl Tertiary- Butyl Ether (MTBE). The cooling system on ethanol-fueled engines (BBE) is one application of energy conversion in ethanol-fueled cars that can be applied in the future. So as to determine the extent of the design and analysis of the cooling system on the engine fuel ethanol (BBE). The purpose of this research is to study how much influence factors of pressure and temperature variations as the type of refrigerant used in the cooling system and compressor power generated, and analyze the condition of optimum design of the cooling system on ethanol-fueled to 1100 cc engine with a capacity of 4 passengers. Based on the analysis of data processing by using full factorial or theoretically obtained optimum conditions in the cooling system of ethanol-fueled cars 1100cc which conditions the cooling system design is the most excellent power and COP small compressor. Of the 27 results of design calculations car's cooling system using ethanol fuels mentioned above there is one design the most optimum cooling system, the design condition No. 10, namely the compressor power [kw] is 0.757 and COP is 3.004, with an optimum design, namely: the type of refrigerant used is R22, suction line pressure of 150 kpa, and temperature of cooling system is 25 o C. Keywords: cooling system, full factorial experiment, compressor power, COP, fuel ethanol PENDAHULUAN Semakin berkembangnya teknologi otomotif disertai pula semakin majunya teknologi pada mesin kendaraan. Tetapi tidak diiringi dengan perkembangan dan aplikasi teknologi sumber bahan bakar yang ada untuk menyuplai mesin-mesin kendaraan di Indonesia. Sehingga perlu adanya pengembangan dan penggunaan sumber energi baru dan terbarukan, salah satunya adalah bioetanol atau etanol yang bersumber dari bahan bakar nabati. Bioetanol adalah sumber enegi baru dan terbarukan yang dihasilkan dari ubi, jagung, singkong dan sagu. Etanol berfungsi sebagai penambah volume bahan bakar minyak (BBM), peningkat angka oktan, dan sebagai sumber oksigen pada proses pembakaran yang lebih bersih pengganti Metil Tersier-Butil Eter (MTBE). Disamping itu etanol merupakan bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan yang menghasilkan gas emisi karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan bensin atau sejenisnya. Sehingga nantinya etanol ini terus dikembangkan sebagai bahan bakar alternatif dimasa depan di Indonesia. Sistem pendingin pada mesin berbahan bakar etanol (BBE) merupakan salah satu penerapan konversi energi pada mobil berbahan bakar etanol agar dapat diterapkan dikemudian hari. Sehingga untuk mengetahui sejauhmana desain dan analisis dari sistem pendingin pada mesin bahan bakar etanol (BBE). 152
Penelitian ini akan dilakukan optimasi desain pada sistem pendingin pada mobil yang berbahan bakar etanol (BBE) dengan kapasitas mesin 1100 cc dengan penumpang sebanyak 4 orang, sehingga diperoleh nantinya konsep desain dari sistem pendingin ini lebih baik lagi ketika dilakukan pengujian secara eksperimental. Penelitian ini mempunyai tujuan untuk menghitung dan mempelajari serta menganalisis lebih jauh untuk kondisi optimum pada sistem pendingin dengan mesin mobil berbahan bakar etanol dengan kapasitas mesin yang digunakan sebesar 1100 cc. Faktor-faktor yang digunakan sebagai optimasi desain dari sistem pendingin yang ada adalah jenis dari refrigerant yang digunakan, tekanan pada sistem pendingin dan juga variasi temperatur serta daya yang dibutuhkan pada sistem pendingin. Penelitian ini bermaksud untuk menjawab dua pertanyaan pokok yang ingin dipecahkan yaitu: 1. Seberapa besar pengaruh faktor dari tekanan dan variasi temperatur serta tipe refrigerant yang digunakan pada sistem pendingin serta daya yang dihasilkan. penghematan konsumsi energi pada saat alat tersebut dioperasikan. Dalam penelitian ini dibatasi hanya menentukan kondisi optimum desain pada sistem pendingin mobil berbahan bakar etanol (BBE) dengan kapasitas mesin 1100 cc untuk kapasitas penumpang 4 orang. Sehingga nantinya konsep desain yang optimal dapat diperoleh hingga nantinya dapat dibuatkan alat pada mobil berbahan bakar etanol (BBE). Paramater dalam penelitian ini adalah: 1. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah faktor jenis refrigerant, tekanan sistem, temperatur pada sistem pendingin. 2. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah daya dan kapasitas pendinginan pada sistem pendingin pada mobil. METODEPENELITIAN 2. Kondisi optimum desain sistem pendingin pada mobil berbahan bakar etanol untuk kapasitas mesin 1100 cc dengan penumpang 4 orang. Aspek Teknis hasil penelitian ini akan berupa optimasi desain pada sistem pendingin di mesin bahan bakar etanol dengan kapasitas mesin 1100cc. Apabila hasil penelitian ini menunjukkan kondisi optimum pada desain system pendingin pada mobil berbahan bakar etanol tentunya dapat diterapkan di alat. Sehingga yang diharapkan adalah memperoleh kondisi desain dan alat yang optimal. Aspek Ekonomis Apabila dilakukan optimasi desain dari sistem pendingin tentunya akan diperoleh tipe dari refrigerant dan kondisi yang optimal dari mesin pendingin yang digunakan, serta akan terjadi Gambar 1. Diagram alir penelitian optimasi desain sistem pendingin Metode yang digunakan dalam optimasi desain sistem pendingin pada mobil 153
berbahan bakar etanol adalah dengan memperhatikan dan menggunakan dari faktor jenis refrigerant, tekanan dan temperatur pada sistem pendingin sehingga dihasilkan daya dan kapasitas pendinginan. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk menentukan kondisi optimum dengan menggunakan metode full factorial. Dengan menggunakan metode optimasi Full Factorial dapat dibuatkan Tabel 3.1. yaitu tabel yang memuat jumlah variabel/faktor dari eksperimen dan level yang berkaitan. Tabel 1. Variabel/faktor dan level di metode Full Factorial dilakukan pada kondisi desain sebagai berikut: 1. Tipe Refrigeran : R12 2. Tekanan suction line: 150 kpa 3. Temperatur sistem: 25 o C Demikian selanjutnya untuk kondisi desain lainnya sampai dengan kondisi no 27. Tabel 2. Hasil eksperimen desain full factorial Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data Data data yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah data desain awal sistem pendingin mobil bahan bakar etanol dengan kapasitas mesin 1100cc kemudian data kuantitatif yang diperoleh dari perhitungan dan analitik teori pada desain sistem pendingin dengan mobil bahan bakar etanol (BBE) untuk kapasitas mesin 1100 cc. Lalu dapat dituangkan ke dalam bentuk tabel dan grafik. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Pengaruh rata-rata masingmasing faktor terhadap Daya Kompresor 1. Pengaruh rata-rata faktor tipe refrigerant R12 terhadap daya A1 = 0.878 [kw] Gambar 2. Proses sistem pendingin pada mobil Berdasarkan tabel eksperimen full factorial diatas bahwa perhitungan desain no 1 2. Pengaruh rata-rata faktor tipe refrigerant R22 terhadap daya A2 = 0.658 [kw] 3. Pengaruh rata-rata faktor tipe refrigerant R717 terhadap daya 154
A3 = 1.560 [kw] Dari hasil perhitungan tersebut diatas dapat diamati bahwa faktor A3, yaitu tipe refrigerant R22, memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tipe refrigeran lainnya, di mana memberikan hasil daya yang paling kecil yaitu 0.658 [kw]. Pengaruh rata-rata tekanan suction line: 1. Pengaruh rata-rata faktor tekanan suction line 150 kpa terhadap daya B1 = 1.184 [kw] 2. Pengaruh rata-rata faktor tekanan suction line 200 kpa terhadap daya B2 = 1.024 [kw] 3. Pengaruh rata-rata faktor tekanan suction line 250 kpa terhadap daya B3 = 0.888 [kw] Hasil tersebut diatas menunjukkan bahwa faktor B3, yaitu tekanan suction line pada 250 kpa, memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tekanan suction line yang lainnya. Pengaruh rata-rata temperatur sistem: 1. Pengaruh rata-rata faktor temperatur sistem 25 o C terhadap daya C1 = 1.030 [kw] 2. Pengaruh rata-rata faktor temperatur sistem 30 o C terhadap daya C2 = 1.032 [kw] 3. Pengaruh rata-rata faktor temperatur sistem 35 o C terhadap daya C3 = 1.034 [kw] Hasil perhitungan tersebut diatas memperlihatkan bahwa faktor temperatur sistem diatur pada kondisi 25 o C memiliki hasil yang lebih baik berdasarkan daya yang diperoleh yaitu sebesar 1.030 [kw]. Pengaruh rata-rata masing-masing faktor terhadap COP 1. Pengaruh rata-rata faktor tipe refrigerant R12 terhadap COP A1 = 3.009 2. Pengaruh rata-rata tipe refrigerant R22 terhadap COP A2 = 3.005 3. Pengaruh rata-rata tipe refrigerant R717 terhadap COP A3 = 3.011 Dari hasil perhitungan tersebut diatas dapat diamati bahwa faktor A2, yaitu tipe refrigerant R22, dimana pada faktor A2 memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tipe lainnya di mana memberikan hasil COP yang paling baik yaitu COP yang terkecil yaitu 3.005. Pengaruh rata-rata tekanan suction line: 1. Pengaruh rata-rata faktor tekanan suction line 150 kpa terhadap COP B1 = 3.0073 2. Pengaruh rata-rata faktor tekanan suction line 200 kpa terhadap COP B2 = 3.0083 3. Pengaruh rata-rata faktor tekanan suction line 250 kpa terhadap COP B3 = 3.0097 Hasil tersebut diatas menunjukkan bahwa faktor B1, yaitu tekanan suction line pada 150 kpa, memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tekanan suction line yang lainnya. Pengaruh rata-rata temperatur sistem: 1. Pengaruh rata-rata faktor temperatur sistem 25 o C terhadap COP C1 = 3.0084 2. Pengaruh rata-rata faktor temperatur sistem 30 o C terhadap COP C2 = 3.0084 155
3. Pengaruh rata-rata faktor temperatur sistem 35 o C terhadap COP C3 = 3.0084 Hasil perhitungan tersebut diatas memperlihatkan bahwa faktor temperatur sistem memiliki nilai yang sama, sehingga dapat dikatakan bahwa untuk menentukan kondisi COP yang berpengaruh terhadap temperatur sistem pada mobil. Hasil perhitungan respon rata-rata level faktor Tabel 3 Pengaruh rata-rata faktor terhadap masing-masing level 2. Faktor kedua adalah C yaitu temperatur sistem pendingin yang terbaik adalah kondisi C1 yaitu 25 o C. 3. Faktor ketiga adalah adalah A2 yaitu tipe refrigerant dengan R22. Dari analisis tersebut diatas maka dapat diidentifikasi bahwa kondisi desain yang terbaik, yang memberikan hasil desain paling optimum atau paling baik dengan daya yang paling kecil adalah kondisi desain B3 (tekanan 250 kpa), C1 (temperatur sistem 25 o C), A2 (tipe R22). Grafik dibawah ini menunjukkan respons rata-rata masing-masing level terhadap daya dapat dilihat pada Gambar 3. dibawah ini: Level faktor optimum Daya Kompresor Level faktor optimum COP Dari Tabel di atas, dapat dikatakan bahwa faktor yang paling berpengaruh terhadap perhitungan daya pada sistem pendingin mobil berbahan bakar etanol dengan urutannya adalah B, C, A dengan artian sebagai berikut: 1. Faktor paling dominan adalah B yaitu tekanan suction line, yang terbaik adalah B3 yaitu tekanan suction line pada 250 kpa. Dari Tabel 5 di atas, dapat dikatakan bahwa faktor yang paling berpengaruh terhadap perhitungan COP pada sistem pendingin mobil dengan urutannya adalah C, B, A dengan artian sebagai berikut : 156
1. Faktor paling dominan adalah C yaitu temperature sistem pendingin adalah kondisi C1, C2 dan C3. 2. Faktor kedua adalah B1 yaitu tekanan suction line pada 150 kpa. 3. Faktor ketiga adalah adalah A2 yaitu tipe refrigerant R22. Dari analisis tersebut diatas maka dapat diidentifikasi bahwa kondisi desain yang terbaik, yang memberikan hasil desain paling optimum COP yang paling kecil adalah kondisi desain C1 (temperature sistem pada 25 o C), B1 (tekanan 150 kpa), dan A2 (tipe R22). Grafik dibawah ini menunjukkan respons rata-rata masing-masing level terhadap COP dapat dilihat pada Gambar 4. dibawah ini: Dari hasil perhitungan diatas maka dapat dijelaskan beberapa hal sebagai berikut: 1. Kondisi desain sistem pendingin yang paling baik yaitu daya dan COP yang kecil. 2. Dari ke-27 hasil perhitungan desain sistem pendingin mobil dengan menggunakan bahan bakar etanol tersebut diatas terdapat 1 desain sistem pendingin yang paling optimum, yaitu kondisi desain no 10 yaitu daya 0.757 [kw] dan COP 3.004, dengan desain yang optimum yaitu: tipe refrigerant yang digunakan adalah R22, tekanan suction line 150 kpa, dan temperature sistem pendingin 25 o C KESIMPULAN Berdasarkan analisa hasil pengolahan data untuk memperoleh optimasi desain dengan menggunakan metode eksperimen full factorial pada sistem pendingin mobil berbahan bakar etanol untuk kapasitas 1100CC diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam perhitungan dan menganalisis pengaruh dari masingmasing faktor terutama adalah faktor tipe refrigeran, tekanan suction line dan temperatur pada sistem pendingin terhadap daya dan COP diperoleh hasil yaitu: a. Daya [kw] dipengaruhi yaitu: kondisi desain B3 (tekanan 250 kpa), C1 (temperatur sistem 25 o C), A2 (tipe R22). b. COP dipengaruhi yaitu: adalah kondisi desain C1 (temperatur sistem pada 25 o C), B1 (tekanan 150 kpa), dan A2 (tipe R22). 2. Kondisi optimum desain sistem pendingin mobil berbahan bakar etanol untuk kapasitas 1100 CC dengan metode eksperimen full factorial adalah sebagai berikut : a. Kondisi desain sistem pendingin yang paling baik yaitu daya dan COP yang memiliki harga yang paling kecil. b. Dari ke-27 hasil perhitungan desain sistem pendingin mobil dengan menggunakan bahan bakar etanol tersebut diatas terdapat 1 desain sistem pendingin yang paling optimum, yaitu kondisi desain no 10 yaitu daya 0.757 [kw] dan COP 3.004, dengan desain yang optimum yaitu: tipe refrigerant yang digunakan adalah R22, tekanan suction line 150 kpa, dan temperatur sistem pendingin 25 o C. 157
DAFTAR PUSTAKA 1. Anis, S., dan Budiyono, A, 2009, Studi Eksperimen Pengaruh Alur Permukaan Sirip Pada Sistem Pendingin Mesin Kendaraan Motor, Jurnal Kompetensi Teknik, Vol. 1 No 1 2. Arora, C. P., 2000, Refregeration and Air Conditioning, McGraw- Hill Publishing Company Ltd, USA 3. Daryanto, 1999, Reparasi Sistem Pendingin Mesin Mobil, Penerbit Bumi Aksara, Jakarta 4. Handoyo, E. A., 1999, Pengaruh Temperatur Air Pendingin terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Diesel Stasioner di Sebuah Huller, Jurnal Teknik Mesin, Vol. 1 No. 1, pp. 8-13 5. Murti, M. R., 2008, Laju Pembuangan Panas Pada Radiator Dengan Fluida Campuran 80% air dan 20% RC Pada RPM Konstan, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakram, Vol. 2 No 1, pp. 4-9 6. Purnawan, A., dkk, 2010, Analisa Performansi Sistem Air Conditioning Mobil tipe ET 450 Dengan Variasi Teknanan Kerja Kompresor, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakram, Vol. 4 No 1, pp. 26-30 7. Sukamto, A. P. E, dkk, 2014, Analisis Energi Peningkatan Kinerja Mesin Pendingin Menggunakan Liquid-Suction Subcooler Dengan Variasi Temperatur Lingkungan, Prosiding Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti, Jakarta 8. Soebiyakto, G., 2012, Pengaruh Penggunaan Water Coolant Terhadap Performace Mesin Diesel, Jurnal Widya Teknika Vol. 20 No 1 9. Stocker, W.F., 1989, Design of Thermal System, McGraw-Hill Inc., New York 10. Wibowo, D. B., dkk, 2006, Pengaruh Variasi Massa Refrigeran R-12 dan Putaran Blower Evaporatoe Terhadap COP Pada Sistem Pengkondisian Udara Mobil, Jurnal Traksi, Vol. 4 No 1 158