STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN REFRIJERAN R-12 DENGAN HYDROCARBON MC-12 PADA SISTEM PENDINGIN DENGAN VARIASI PUTARAN KOMPRESOR OLEH : RAGIL HERI NURAMBYAH 2108 100 523 DOSEN PEMBIMBING : Ir. KADARISMAN Kamis, 28 Juli 2011 1
Latar Belakang Pentingnya sistem pendingin CFC mengandung ODP dan GWP No Refrijeran Ind ODP Ind GWP Usia Aktif(th) 1 CFC-12 1 4000 120 2 HCFC-22 0,055 1.700 13.3 3 HFC-134a 0 1.300 14.6 4 Hidrocarbon 0 - < 1 Perlunya mencari refrijeran baru sebagai alternatif Kamis, 28 Juli 2011 2
Rumusan masalah R-12 diganti dengan MC-12 Bagaimana Unjuk kerja? Mencari putaran kompresor yang tepat? Kamis, 28 Juli 2011 3
Tujuan Mengetahui unjuk kerja setelah refrijeran di ganti Mengetahui pengaruh putaran kompresor terhadap kerja sistem pendingin Kamis, 28 Juli 2011 4
Batasan masalah Pengujian di lakukan di laboratorium pendingin teknik mesin ITS Steady state. Heat loss pipa di abaikan ṁ di anggap konstan Perbandingan dengan R-12 dan MC-12 Kamis, 28 Juli 2011 5
DASAR TEORI Siklus refrijeran standar Kamis, 28 Juli 2011 6
P-h diagram siklus kompresi uap standar Kamis, 28 Juli 2011 7
daur kompresi uap nyata di bandingkan dengan daur standar Kamis, 28 Juli 2011 8
Penelitian Terdahulu N.E. Carpenter (1992) Retrofitting HCFC134a into existing CFC12 systems Perbandingan sistem performansi HFC134a dengan CFC12 Kamis, 28 Juli 2011 9
Eric Granryd (2001) Hydrocarbons as refrigerants perbandingan cooling capacity perbandingan COP Kamis, 28 Juli 2011 10
Prajitno (2005) perbandingan karakteristik refrigeran sintetik dengan refrigeran hidrokarbon musicool HYDROCARBON mempunyai beberapa konsekuensi: hemat energi listrik 10% -30%, karena musicool mempunyai kerapatan cairan dan viscositas cairan yang lebih kecil dari pada refrigeran sintetik. sifat flammable tidak perlu penggantian komponen dan minyak pelumas Panas laten lebih tinggi dibanding dengan R-22 hanya memerlukan 1/3 dari pengisian R-22. Pengalaman retrofit musicool22, diperoleh penurunan energi listrik 14 % sampai dengan 20 % Kamis, 28 Juli 2011 11
Farid Nur Sany (2010) studi eksperimental pengaruh variasi putaran kompresor dengan fluida kerja R-134a 4 COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler COP input (watt) 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 heater 1 heater 2 heater 3 0 5700 6270 6840 7410 7980 putaran kompresor (rpm) grafik COP fungsi putaran kompresor katup ekspansi kapiler Kamis, 28 Juli 2011 12
Skema peralatan Kamis, 28 Juli 2011 13
Spesifikasi alat Kompresor Jenis : hermetic reciprocating Merek : Danfoss FR 7.5 B 1/3hp 220 240 V, 60 Hz LBP LST/HST 220 240 V, 50 Hz HBP LST/HST Kamis, 28 Juli 2011 14
Spesifikasi alat Kondensor Tipe :Pipa bersirip Merek :Lu-ve contardo Refrijeran di dalam pipa Pendingin udara 1 pipa pipih dengan 8 lekukan Katup ekspansi Tipe : Pipa kapiler Panjang :2440 mm Diameter dalam : 1,0668 mm Kamis, 28 Juli 2011 15
Spesifikasi alat Evaporator Merek Tipe : Lu-ve contardo : Pipa bersirip Refrijeran didalam pipa, Pendingin udara 1 pipa silindris dengan 16 lekukan Kamis, 28 Juli 2011 16
Rancangan eksperimen penelitian Input 1.Refrijeran (R-12 & MC-12) 2.Variasi putaran kompresor ( 31 hz, 35 hz, 40 hz, 45 hz, dan 50hz) 3.Variasi beban pendinginan ( heater 1 dan 2) Output Tekanan Suhu Arus listrik Arus Heater Kecepatan udara kondensor Grafik P-h Etalpi W kompresor Q kondensor Q evaporator Coeffisien of performance (COP) Kamis, 28 Juli 2011 17
Diagram Alir Pengambilan Data Kamis, 28 Juli 2011 18
Diagram Alir Pengambilan Data Kamis, 28 Juli 2011 19
Contoh perolehan data Tekanan masuk kompresor (P1) = 21 psi Tekanan keluar kompresor (P2) = 150 psi Tekanan masuk kondensor (P3) = 141 psi Tekanan keluar kondensor (P4) = 140 psi Tekanan masuk evaporator (P5) = 30 psi Tekanan keluar evaporator (P6) = 30 psi Temperatur masuk kompresor (T1) = 20,4 0 C Temperatur keluar kompresor (T2) = 68,63 0 C Temperatur masuk kondensor (T3) = 54,18 0 C Temperatur udara keluar fan kondensor (T4) = 32,14 0 C Temperatur udara keluar fan kondensor (T5) = 31,61 0 C Temperatur udara keluar fan kondensor (T6) = 31,46 0 C Kamis, 28 Juli 2011 20
Contoh perolehan data Temperatur keluar kondensor (T7) = 32,52 0 C Temperatur masuk evaporator (T8) = -1,94 0 C Temperatur udara dalam kabin (T9) = 1,93 0 C Temperatur keluar evaporator (T10) = 10,88 0 C Temperatur udara masuk fan kondensor (T11) = 29,7 0 C Temperatur udara keluar fan kondensor (T12) = 32,5 0 C Temperatur udara keluar fan kondensor (T13) = 31,61 0 C Temperatur udara keluar fan kondensor (T14) = 33,22 0 C Luas ducting kondensor (0,28m x 0,26m) = 0,0728 m 2 Tegangan listrik = 220 V Arus listrik (MC-12) = 1,52 A Arus listrik (R-12) = 1,65A Arus pada heater 1 = 0,2A Kamis, 28 Juli 2011 21
Konversi Tekanan Pada tekanan psig di tambahkan 14,695 untuk menjadi tekanan psia Kemudian di konversi ke satuan kpa (1psia = 6,894757 kpa) (P1)= (21 + 14,695) x 6,894757 = 246,1084 (P2) = (150 + 14,695) x 6,894757 = 1135,532 (P3) = (141 + 14,695) x 6,894757 = 1073,479 (P4) = (140 + 14,695) x 6,894757 = 1066,584 (P5) = (30 + 14,695) x 6,894757 = 308,1612 (P6) = (30 + 14,695) x 6,894757 = 308,1612 Kamis, 28 Juli 2011 22
Kemudian setelah di konversi data antara tekanan dan temperatur dapa di plot dalam P-h diagram sbb: Kamis, 28 Juli 2011 23
dari diagram P-h tersebut dapat di ketahui nilai entalphi pada setiap titiknya, namun untuk lebih memudahkan pencarian dan ketelitian yang lebih tinggi di gunakan software coolpack Kamis, 28 Juli 2011 24
Mencari properti refrijeran program software coolpack tampilan awal Kamis, 28 Juli 2011 25
klik refrigeration utilities pilihlah refrijeran yang di akan di gunakan yaitu R-12, klik temperatur unit pada 0 C pressure unit pada kpa, select independent variables pada T [ 0 C/K], p [bar/kpa], reference pada h,s = 0, for saturated liquid at -40 0 C (-40F) (ASHRAE), isikan variable 1 untuk temperatur dan variable 2 untuk pressure, misalkan untuk MC-12 heater 1dengan data tekanan P 1 246,1084 kpa dan temperatur T 1 20,4 0 C Kamis, 28 Juli 2011 26
maka tabel preoperti akan muncul, kemudian kita pilih properti yang di butuhkan, misalnya H gas Kamis, 28 Juli 2011 27
Dari program tersebut di dapatkan nilai h1 sebesar 201,798 kj/kg Dengan cara yang sama di dapatkan nilai entalphi pada tiap titik sbb: Kamis, 28 Juli 2011 28
h1 = 201,798 kj/kg h2 = 222,6762 kj/kg h3 = 212,3829 kj/kg h4 = 67,0809 kj/kg h5 = 67,0809 kj/kg h6 = 194,5987 kj/kg data entalphi tersebut digunakan dalam perhitungan dan analisa. Kamis, 28 Juli 2011 29
laju aliran massa refrigeran Pada kondensor ṁudara = udara Aduct udara dimana : ṁudara = Laju aliran massa udara yang melewati kondensor (kg/s) udara = 1,5573664(m/s) Aduct = 0,0728 (m 2 ) udara = 1,48437 (kg/m 3 ) ṁudara = 0,131658 (kg/s) Kamis, 28 Juli 2011 30
pelepasan kalor pada kondensor Qcond = Qrefrijeran = Qudara Qudara = ṁudara Cpudara (To-Ti) Dan Qcond = ṁref (h3-h4) Bila di substitusikan ṁudara Cpudara (To-Ti) = ṁref (h3-h4) Kamis, 28 Juli 2011 31
Maka 0,131658 x 1,007156 x (32,09-29,7) = ṁ(212,3829-67,0809) ṁ = 0,00218 kg/s Menghitung Q evaporator Q= ṁ (h6-h5) Q = 0,00218 kg/s x (194,5987-67,0809)kj/kg Q = 0,27793 kj/s Kamis, 28 Juli 2011 32
Menghitung Q kondensor Q = ṁ (h3-h4) Q = 0,00218 kg/s x(212,3829-67,0809) kj/kg Q = 0,316691 kj/s Menghitung W kompresor (MC-12) W = v x i x cos W = 220 x 1,52 x 0,8 W = 267,52 watt = 0,26752 kj/s Menghitung W kompresor (R-12) W = 220 x 1,65 x 0,8 =290,4 watt Kamis, 28 Juli 2011 33
Menghitung penghematan kompresor ηcom = 1-(wcom MC-12/w com R-12)X1 ηcom = 1-(267,52 / 290,4)X1 ηcom =0,0787 x 100%= 7,87% Menghitung COP actual Kamis, 28 Juli 2011 34
Analisa grafik laju alir massa (ṁ) laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) 0.0028 0.0027 0.0026 laju alir massa (kg/s) 0.0025 0.0024 0.0023 0.0022 0.0021 R-12 heater 1 MC-12 heater 1 R-12 heater 2 MC-12 heater 2 0.002 0.0019 0.0018 1860 2100 2400 2700 3000 putaran kompresor (rpm) Kamis, 28 Juli 2011 35
Grafik Q evaporator 0.38 Q evaporator= f (putaran kompresor) 0.36 Q evaporator (kj/s) 0.34 0.32 0.3 0.28 0.26 R-12 heater 1 MC-12 heater 1 R-12 heater 2 MC-12 heater 2 0.24 0.22 1860 2100 2400 2700 3000 putaran kompresor (rpm) Kamis, 28 Juli 2011 36
Grafik Q kondensor 0.4 Q kondensor = f (putaran kompresor) 0.38 Q kondensor (kj/s) 0.36 0.34 0.32 0.3 R-12 heater 1 MC-12 heater 1 R-12 heater 2 MC-12 heater 2 0.28 1860 2100 2400 2700 3000 putaran kompresor (rpm) Kamis, 28 Juli 2011 37
Grafik W input 0.33 0.31 Win comp w comp 0.29 0.27 0.25 0.23 0.21 R-12 heater 1 MC-12 heater 1 R-12 heater 2 MC-12 heater 2 0.19 1860 2100 2400 2700 3000 putaran kompresor (rpm) Kamis, 28 Juli 2011 38
Analisa Grafik COP COP input = f (putaran kompresor) COP input 1.45 1.4 1.35 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05 R-12 heater 1 MC-12 heater 1 R-12 heater 2 MC-12 heater 2 1 1860 2100 2400 2700 3000 putaran kompresor (rpm) Kamis, 28 Juli 2011 39
Kesimpulan laju aliran massa yang semakin besar seiring dengan kenaikan putaran motor kompresor Q evaporator semakin besar dengan bertambah besarnya putaran motor kompresor Secara keseluruhan variasi putaran maka kompresor pada beban 1 heater di dapatkan effisiensi sebesar =10,07% sedangkan untuk beban 2 heater di dapatkan effisiensi sebesar =4,67 % Kamis, 28 Juli 2011 40
tren nilai COP menurun untuk perbandingan R-12 dan MC-12 ternyata MC-12 memiliki COP yang lebih tinggi, sedangkan untuk nilai COP maksimum pada frekuensi 35 hz atau dengan putaran 2100rpm. perbandingan antara R-12 dengan MC-12 menunjukan performansi yang tidak jauh berbeda hal ini menunjukan bahwa MC-12 cocok digunakan sebagai salah satu alternatif pengganti R-12. Kamis, 28 Juli 2011 41
MOHON KRITIK & SARAN Kamis, 28 Juli 2011 42