Jurnal Ilmiah TEKNIK DESAIN MEKANIKA Vol. 5 No. 3, September 2016 (1-6) Studi eksperimental performansi pendingin ice bunker menggunakan media ice dengan variasi massa berbeda Richardus I G.N. Dima D., Hendra Wijaksana dan I Nengah Suarnadwipa Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali Abstrak Pendinginan ice bunker merupakan sistem pendingin yang tidak menggunakan kompresor, kondensor, evaporator dan expansion valve. Sistem ini hanya menggunakan fan untuk mensirkulasikan udara dalam ruangan pendingin. Udara dingin dihasilkan dari penguapan ice yang di-supply ke box uji dengan menggunakan fan. Dalam Penelitian ini ice digunakan sebagai media pendingin dengan memvariasikan massa ice. Pengujian dilakukan untuk mengetahui performa pendingin ice bunker, yang meliputi penurunan temperatur bola kering udara (T db ), beban pendinginan (q s ) dan EER (Energy Efficiency Ratio). Variabel yang diukur saat pengujian adalah variasi massa ice yang digunakan (3000g, 5000g, dan 7000g), kecepatan putaran fan (1500rpm), beban pendingin yang dipakai adalah temperatur dalam ruangan (± 25ºC - 30ºC) dan tomat (1 Kg). Dalam penelitian didapat temperatur yang ideal untuk mendinginkan tomat adalah pada massa III yang mencapai temperatur 11-12 C pada menit ke 60 yang menghasilkan beban pendinginan (q s ) 3.45 kw, dan EER (Energy Efficiency Ratio) 53.08 yang tinggi. Kata kunci : Temperatur, pendingin, ice. Abstract Ice bunker cooling is a cooling system that does not use a compressor, condenser, evaporator and expansion valve. This system only uses a fan to circulate air inside the refrigerator compartment. The cool air generated from the evaporation of ice that supply to the box test by using a fan. In this study ice is used as a coolant by varying the mass of ice. Tests conducted to determine the performance of cooling ice bunker, which includes a decrease in air-dry bulb temperature (Tdb), the cooling capacity (qs) and EER (Energy Efficiency Ratio). Variables measured when the test is a variation of the mass of ice is used (3000g, 5000g and 7000g), fan rotation speed (1500rpm), the cooling load is used in the room temperature (± 25ºC - 30ºC) and tomatoes (1 Kg). In a study obtained ideal temperature to cool the tomatoes are on the mass III (7000g) which reaches a temperature of 11-12 C in 60 minutes which resulted in cooling capacity (qs) 3.45 kw and EER (Energy Efficiency Ratio ) 53.08 a high. Keywords : Temperature, cooling, ice. 1. Pendahuluan Penggunaan sistem pendingin saat ini sudah sangat luas. Pemanfaatannya ialah pada pendinginan ruangan/bangunan, kendaraan angkutan umum maupun pribadi, dan truk pengangkut bahan pangan. Sistem pendingin yang ada pun sudah sedemikian majunya. Ada sistem pendingin truck pengangkut bahan pangan. Tetapi, semua sistem pada truk tersebut membutuhkan daya listrik untuk menggerakkan kompresornya. Dengan kata lain, dibutuhkan kompresor sebagai penggerak utama sistem pendingin. Tentunya hal ini membutuhkan daya listrik yang cukup besar dan juga panas buang kondensor berdampak pada peningkatan suhu lingkungan. Untuk itu, penelitian ini akan meneliti suatu sistem pendingin yang hanya menggunakan fan dan tidak ada panas buang kondensor. Sistem pendingin ini dapat digunakan sebagai alternatif pendingin bahan pangan pada truk pengangkut bahan pangan (Transport Ref. System) untuk jarak tertentu. Tidak seperti pendingin transportasi umumnya yang menggunakan kompresor, kondensor, evaporator, expansion valve yang bisa menempuh dalam jarak yang jauh, sistem ini hanya menggunakan fan untuk mensirkulasikan udara dalam ruangan pendingin. Udara dingin dihasilkan dari uap ice yang di-supply ke ruangan pendingin dengan menggunakan fan. 2. Dasar Teori 2.1 Performansi Pendingin Energy efficiency ratio (EER) merupakan hasil bagi antara kapasitas pendinginan (Btu/h) dengan jumlah konsumsi energi pendinginan (w).semakin besar nilai EER semakin efesien sebuah mesin pendingin. Energy efficiency ratio (EER) dapat dihitung dengan persamaan berikut[1]: Q C p ( TdB, i TdB, o ) EER (1) Pt Laju aliran volume udara, /s. Massa jenis udara, kg/. Panas spesifik udara, kj/kg.k Konsumsi energi pendinginan, KW Beban pendinginan adalah kecepatan penurunan temperatur oleh sistem pendingin terhadapat ruangan persatuan waktu atau selang waktu tertentu. Beban pendinginan (q s ) dapat dihitung dengan persamaan[2]: q Q. C ( T T ) (2) s. p db, awal db, akhir Laju aliran volume udara, /s. Korespondensi: Tel. 082340554418 E-mail: goezdy19@gmail.com
Massa jenis udara, kg/. Panas spesifik udara, kj/kg.k Penurunan temperatur bola kering udara ( Tdb ) dapat didefinisikan sebagai selisih antara temperatur bola kering udara memasuki system (T db,i ) dengan suhu bola kering udara keluar system (T db,o ). Penurunan temperatur bola kering udara dapat dihitung dengan persamaan berikut[3]: T T (3) T db db, i db, o 3. Metode Penelitian 3.1 Diagram Alir Penelitian 3.2 Pemodelan Pengujian Gambar 2 menunjukkan pemodelan pengujian 2 1 3 6 4 5 Gambar 2. Gambar model alat uji 1. Posisi tempat fan. 2. Pipa distribusi keluar ice bunker. 3. Rak penampung beban. 4. Pipa distribusi masuk ice bunker. 5. Pintu ice bunker. 6. Rak penampung ice. Gambar 3 menunjukkan model skematik pengujian Gambar 3. Gambar model skematik T db, 1 T wb, 1 T db, 2 T wb, 2 = Temperatur bola kering 1 ( o C). = Temperatur bola basah 1 ( o C). = Temperatur bola kering 2 ( o C). = Temperatur bola basah 2 ( o C). Gambar 1. Diagram alir penelitian 3.3 Bahan dan Alat Penelitian 3.3.1 Bahan Penelitian Ice sebagai media pendinginan yang digunakan. 2
Gambar 4. Ice Kapas yang sudah dibasahi dengan air digunakan sebagai bahan untuk pengukur temperatur bola basah yang diletakan pada ujung kabel thermocouple. 1. Persiapkan alat dan bahan 2. Masukan media ice pada ice tank dan masukan beban pendinginan pada box uji. 3. Catat temperature T wb, 1, T db, 1, T wb, 2 dan T db, 2. 4. Hidupkan fan dengan kecepatan konstan (1500rpm) selama kurang lebih 5 menit agar udara dingin dari ice bunker cukup merata dalam box. 5. Cata data temperature setiap 10 menit selama 60 menit. 6. Buka ice bunker selama 20 menit untuk mengembalikannya ke kondisi awal. 7. Ulangi langkah (1-6) untuk massa ice yang sudah ditentukan. 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Data Ketinggian Manometer ( h ). Data ketinggian manometer didapat 2 mm atau 0.002m. 4.2 Data Temperatur Gambar 5. Kapas Tabel 1. Data Massa Ice I Tomat sebagai beban pendinginan yang diletakan pada box uji. Tabel 2. Data Massa Ice II Gambar 6. Tomat 3.3.2 Alat Penelitian Alat Uji Ice Bunker ini menggunakan alat-alat seperti thermocouple, stopwatch, manometer, tachometer dan timbangan 3.4 Pelaksanaan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan didalam runagan tertutup, dan akan dijelaskan secara mendetail bagaimana proses penelitian sebagai berikut: 3.4.1 Proses Penelitian Pendinginan Ice Bunker Proses pendinginan ini menggunakan media ice sebagai media pendingin dan tomat sebagai beban pendinginan dengan memvariasikan 3 massa ice. Adapun langkah-langkah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Tabel 3. Data Massa Ice III 4.3 Pengolahan Data 4.3.1 Menghitung Kecepatan Udara Pengukuran kecepatan udara pada fan saat melakukan penelitian menggunakan manometer U. Dalam pengukuran ketinggian manomter diperoleh Δh yang diukur dari manometer sebesar 2 mm atau 0.002 m. Dimana, 3
ρ minyak = 800 kg/m 3 ρ udara = 1. kg/m 3 g = 9.8 m/s 2 Δh = 2 mm = 0.002 m Sehingga : b. Beban Pendinginan (q s ) Dari program psychometric chart pada udara masuk di dapat : Cp = 1.03 kj/kg.k = 1.2 kg/m 3 Tabel 6. Beban Pendinginan (q s ) Selama 60 Menit = = 5.112 m/s Jadi, kecepatan udara pada sisi keluaran udara sebesar 5.112m/s. Untuk menentukan besar laju aliran volume udara (Q) menggunakan persamaan berikut: Q=VxA Dimana A Adalah luas penampang haluan udara A = 0.20 m x 0.20 m = 0.04 m 2 Q = 5.112 m/s x 0.04 m 2 = 0.2 m 3 /s. 4.3.2 Menghitung Performa Ice Bunker Dari tabel 1, 2 dan 3 diperoleh perhitungan temperature bola kering udara( T db ), Beban Pendinginan (q s ), dan EER berdasarkan temperatur ruangan dan massa ice yang diuji. Dengan mengambil salah satu data temperatur pada kondisi massa ice I yang didapat data sebagai berikut : T db 1 = 30.043 0 C (303.043 K) T db 2 = 19.649 0 C (292.649 K) a. Penurunan Temperatur Bola Kering Udara (T db ) Tabel. 4. Penurunan Temperatur Bola kering Udara ( T db ) Setiap 10 Menit penurunan temperatur bola kering udara ( T db ) selama 60 menit. c. EER Didapat daya fan (P t ) adalah 0.045 kw, untuk mencari daya ice, m ice adalah massa ice yang terpakai selama pendinginan (60 menit) dari massa yang sudah ditentukan. P ice P ice P icet QL ice 1 mice s 334kJ / kg 1 2kg 3600 0.050 Tabel 7. EER Selama 60 Menit 4.4 Pembahasan Dari pengolahan data yang dilakukan dapat dianalisa melalui grafik hasil plot perhitungan yang dilakukan yaitu berupa besarnya: Penurunan temperatur bola kering udara, beban pendinginan, dan EER berdasarkan massa ice yang digunakan selama 60 menit. 4.4.1 Penurunan Temperatur Bola Kering (T db ) Penurunan Temperatur Bola Kering Udara merupakan selisih antara temperatur bola kering udara memasuki sistem dengan temperatur bola kering udara keluar system. Tabel. 5. Penurunan Temperatur Bola kering Udara ( T db ) Selama 60 Menit 4
4.4.3 EER EER atau Energy Efficiency Ratio merupakan rasio antara kapasitas pendinginan dengan jumlah konsumsi energi pendinginan Gambar 7. Grafik Penurunan ΔT db Selama 60 Menit Pada gambar 7 menunjukkan grafik karakteristik dari penurunan temperatur bola kering udara terhadap waktu pengujian dimana dapat dilihat terjadi penurunan ΔT db pada massa I, II dan III seiring bertambah nya waktu. Hal ini disebabkan karena semakin lamanya proses pendinginan yang terjadi selisih antara T db,1 dan T db,2 semakin kecil. 4.4.2 Beban Pendinginan (q s ) Beban pendinginan merupakan jumlah panas yang mampu diserap suatu media atau mesin pendingin dari besarnya media yang digunakan. Gambar 9. Grafik Hubungan Antara EER Terhadap Waktu Pengujian Pada gambar 9 menunjukkan grafik karakteristik EER selama 60 menit dimana dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan Energy Efficiency Ratio pada massa I, II dan III selama 60 menit dimana angka dari EER tersebut merupakan perbandingan antara beban pendinginan dan konsumsi energi. Dimana semakin tinggi nilai beban pendinginan yang dihasilkan, semakin tinggi pula nilai Energy Efficiency Ratio yang dihasilkan. Tetapi nilai EER bisa tidak terstandarisasi dikarenakan perbedaan konfigurasi ruangan, cara pengambilan data, temperatur dalam dan luar ruangan. 5. Kesimpulan Gambar 8. Grafik Hubungan (q s ) Selama 60 Menit Pada gambar 8 menunjukkan karakteristik grafik dari kapasitas pendinginan (q s ) selama 60 menit dimana dapat dilihat bahwa adanya kenaikan beban pendinginan pada massa I, II dan III selama 60 menit. Peningkatan kapasitas pendinginan disebabkan oleh selisihnya nilai yang cukup besar antara T db,awal dengan T db,akhir. 1. Semakin besar massa yang digunakan maka penurunan temperatur bola kering udara (T db ), beban pendinginan (q s ), dan EER akan cenderung semakin tinggi. 2. Temperatur yang ideal untuk mendinginkan tomat adalah pada massa III yang mencapai temperature 11-12 C. 3. Temperatur yang dihasilkan dalam pendinginan ice bunker dipengaruhi oleh massa ice yang digunakan, waktu pengujian, dan kemampuan penguapan media pendingin ice. 5
DAFTAR PUSTAKA [1] Effatnejad R, Salehian A. B, (2009). Standard Of Energy Consumption And Energy Labeling In Evaporative Air cooler In Iran. Jurnal IJTPE, Volume 1, Nomor 1. [2] Harris, Norman C. (1991), Modern Air Conditioning Practice, McGraw-Hill, inc. [3] Putra, Toni Dwi, Finahari, Nurida, (2011), Pengaruh Perubahan Temperatur Media Pendingin Pada Direct Evaporative Cooler, Jurnal Teknik Mesin Universitas Widyagama, Vol. 3, No. 1. Richardus I Gusti Ngurah Dima Dwi Vitara menyelesaikan studi program sarjana di Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana dari tahun 2011 sampai 2016. menyelesaikan studi program sarjana dengan topik Studi Eksperimental Performansi Pendingin Ice Bunker Menggunakan Media Ice dengan Variasi Massa Berbeda. 6