ANALISA PERFORMANSI MESIN PENDINGIN KOMPRESI UAP VARIASI KECEPATAN PUTARAN FAN KONDENSOR DENGAN KAPASITAS KOMPRESOR 1 PK MENGGUNAKAN R22 Rinaldi Hasri, Suryadimal, ST.,MT 1), Ir. Wenny Marthiana, MT 2) Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang 25143 Telp. 0751-7054257 Fax. 0751-7051341 Email : rinaldihasri@yahoo.co.id suryadimal2004@yahoo.com wenny_ma@yahoo.com ABSTRAK Dengan perkembangan teknologi saat ini, refrigeran (bahan pendingin) yang di pasarkan dituntut untuk ramah lingkungan, di samping aspek teknis lainnya yang diperlukan. Apapun refrigeran yang dipakai, semua memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing oleh karena itu, diperlukan kebijakan dalam memilih refrigerant yang paling aman berdasarkan kepentingan saat ini dan masa yang akan datang. Pada penelitian ini, digunakan refrigeran R22 sebagai freon dengan menggunakan kompresor 1 PK kompresor yang digunakan yaitu tipe Hermetik dengan kapasitas 746 watt, pada setiap pengambilan data divariasikan dengan laju aliran udara pada kondensor yaitu dengan mengatur dimer pada fan kondensor yaitu putaran ¼, 2/4, ¾ dan 4/4. Pengambilan data diambil selama 60 menit pada setiap bukaan katup dan dilakukan empat kali yaitu setiap 15 menit. Hal ini dilakukan untuk mengetahui performa dari mesin pendingin kompresi uap yaitu berupa Coefisien of performance (COP) terhadap pengaruh laju aliran udara pada saluran kondensor. Setelah dilakukan penelitian didapat hasil COP tertinggi yaitu 3,83 pada laju aliran udara bukaan katup fan kondensor penuh (4/4) pada menit 45 dan 60 dan yang terendah pada bukaan katup 2/4 pada menit ke-30 yaitu 3,53. Kata kunci: Refrigeran22, Coefisien of Performance, Kondensor, Dimer, Kompresor Hermetik 1
1. PENDAHULUAN Sistem refrigerasi sangat menunjang peningkatan kualitas hidup manusia. Kemajuan dalam bidang refrigerasi akhir-akhir ini adalah akibat dari perkembangan sistem kontrol yang menunjang kinerja dari sistem refrigerasi. Apalikasi dari sistem refrigerasi tidak terbatas, tetapi yang paling banyak digunakan adalah untuk pengawetan makanan dan pendingin suhu, misalnya lemasi es, freezer, cold strorage, air conditioner /AC Window, AC split dan AC mobil. Dengan perkembangan teknologi saat ini, refrigeran (bahan pendingin) yang di pasarkan dituntut untuk ramah lingkungan, di samping aspek teknis lainnya yang diperlukan. Apapun refrigeran yang dipakai, semua memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing oleh karena itu, diperlukan kebijakan dalam memilih refrigerant yang paling aman berdasarkan kepentingan saat ini dan masa yang akan datang. Sebagai sarana praktikum laboratorium Prestasi Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta, Mesin pendingin kompresi uap sangat menunjang dalam proses praktikum di bidang konversi energi. Dalam hal ini penulis melakukan perbaikan kembali mesin pendingin kompresi uap ini agar mahasiswa yang melakukan praktikum di laboratorium prestasi mesin dapat menggunakan alat ini, yang sebelumnya mesin pendingin kompresi uap ini mengalami kerusakan pada komponenkomponen tertentu seperti alat ukur berupa pressure gauge, thermometer digital, termometer batang, Ampere meter, Volt meter, maupun pada pipa-pipa kapiler yang ada pada mesin pendingin kompresi uap ini. Selain itu juga dilakukan perbaikan pada kulit pembungkus kotak saluran evaporator dan kondensor dengan mengganti glasswall dan aluminium foil. Terkait dengan Hukum Termodinamika dua muncul istilah refrigerasi dan pengkondisian udara. Bidang refrigerasi dan pengkondisian udara adalah saling berkaitan, tetapi 2
masing-masing mempunyai ruang lingkup yang berbeda. Pengkondisian udara berupa pengaturan suhu, pengaturan kelembaban dan kualitas udara. Pengkondisian udara dan refrigerasi juga mempunyai ruang lingkup yang sama yakni dalam hal pendinginan dan pengurangan kelembaban. 1.1. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Memperoleh nilai COP yang optimal dengan memvariasikan putaran fan kondensor. 2. Memperoleh putaran fan kondensor dengan nilai COP yang optimal. 3. Memperbaiki alat uji yang digunakan sebagai sarana praktikum laboratorium Prestasi Mesin Program Studi Strata 1 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin pengkondisian Udara kompresi uap Bidang refrigerasi dan pengkondisian udara saling berkaitan satu sama lain, tetapi masing-masing mempunyai ruang lingkup yang berbeda. Penerapan teknik refrigerasi yang terbanyak refrigerasi industri, yaitu meliputi pemrosesan, pengawetan makanan, penyerapan kalor dari bahan-bahan kimia, perminyakan, dan industri petrokimia. Dalam hal yang sama, teknik pengkondisian udara tidak hanya berfungsi sebagai pendingin tetapi lebih dari pada itu. Definisi pengkondisian udara nyaman (comfort air conditioning) adalah proses perlakuan panas terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan, dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh penghuni yang berada didalamnya. (W.F. Stoecker & J.W. Jones : 1982) Dalam tahun 1823, Cagniard de la Tour (Perancis) melakukan penelitian tentang tingkat keadaan kritis dari gas eter. Setahun kemudian, Humphrey Davy dan asistennya M. Faraday (Inggris), merupakan orang pertama yang berhasil menemukan cara mencairkan gas ammonia. Prinsip dasar siklus refrigerasi 3
dikembangkan oleh N.L.S. Carnot (Perancis) dalam tahun 1824 dan pada tahun itu pulalah teori termodinamikanya dipublikaskan. Penyegaran udara adalah suatu proses mendinginkan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruang tertentu. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. 2.2. Sistem Kompresi Uap A. Siklus Kompresi Carnot Siklus Carnot secara thermodinamika bersifat reversible secara siklus Carnot. Mesin carnot menerima energi kalor pada suhu tinggi merubah sebagian menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada suhu yang lebih rendah. Siklus refrigerasi carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin carnot. Karena siklus refrigerasi menyalurkan energi dari suhu rendah menuju temperatur yang lebih tinggi siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Tujuan utama sistem refrigerasi Carnot adalah proses 4-1 penyerapan dari sumber bersuhu rendah. Seluruh proses lainnya siklus tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga enegi bersuhu rendah dapat dikeluarkan kelingkungan yang bersuhu lebih tinggi. B. Siklus Kompresi Uap Teoritis Siklus kompresi uap merupakan sikuls yang terbanyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Didalam siklus ini, uap dikompresikan dan mengalami kondensasi menjadi wujud cair. Selanjutnya cairan tersebut di uapkan kembali pada temperatur rendah. Uap yang dikompresikan dapat berada dalam fase uap kering atau sering disebut kompresi kering dan dalam fase campuran uap-cair atau disebut kompresi basah. Kompresi basah umumnya dihindari karena bersifat merugikan (dapat merusak katupkatup pada kompresor) Qc 3 Kondensor 2 Kompresor Wk 4 Evaporator 1 Qev Gambar 2.1 Daur kompresi uap 4
Gambar 2.2 Diagram P-h dan T-S daur refrigerasi 1. Proses kompresi (1-2) Refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan lebih tinggi ( tekanan kondensor ). Kompresor ini diperlukan untuk menaikan temperatur refrigeran, sehingga temperatur refrigeran di dalam kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungan. Dengan demikian perpindahan panas dapat terjadi dari refrigerant Ke lingkungan. Proses ini berlangsung secara isentropik ( adiabatik dan reversible ). 2. Proses Kondensasi (2-3) Setelah proses kompresi,refrigeran berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lungkungan. Hal ini dilakukan pada penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fuida pendinging ( udara atau air ) dengan temperatur lebih rendah dari pada temperatur refrigeran. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigeran ke fuida pendingin dan sebagai akibatnya refrigeran mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menjadi kondisi uap jenuh. Selanjutnya mengembun menjadi wujudcair, kemudian keluar dari kondensor dalam wujud cair jenuh ( berlangsung secara reversible dan pada tekanan konstan). 3. Ekspansi (3-4) Refrigeran dalam wujud cair jenuh mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara ireversible. Selanjutnya refrigeran keluar dari alat ekspansi 5
berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur yang sama dengan temperatur dan tekanan evaporator. 4.Proses Evaporasi(4-1) Refrigeran dalam fase campuran (uap-cair) mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigeran harus lebih rendah daripada temperatur lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan) sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja ke refrigeran. Kemudian refrigeran yang masih berwujud cair Menguap di dalam evaporator dan selanjutnya refrigerant meninggalkan evaporator dalam fase uap jenuh.proses ini berlangsung secara reversible dan pada tekanan yang konstan. C. Siklus Kompresi Uap Nyata Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus sistem, tetapi proses ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah analisis siklus secara teoritik. Pengaruh penyimpangan siklus aktual dari siklus standar pada saat refrigerasi dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Penurunan tekanan pada evaporator dan kondensor. b. Sub-Cooled c. Super Heated d. Proses Kompresi nonisentropik Untuk menyatakan unjuk kerja dari suatu siklus kompresi uap yang ditinjau dampak refrigerasi, laju pelepasan kalor, kerja kompresi, koefisien Performa (COP) dan Performance Factor (PF), yang dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Dampak refrigerasi Adalah besarnya panas yang dapat diserap oleh refrigeran persatuan massa. Besarnya dihitung dengan selisih entalpi refrigeran masuk dan keluar kondensor. qe = Qe m = h1 h4...(2.1) 2. Kerja kompresi 6
Adalah kerja yang diterima oleh refrigeran untuk tiap satuan massa refrigeran. wk = Wk m = h2 h1... (2.2) 3. Coefisien of Performance (COP) Adalah perbandingan dampak refrigerasi dengan kerja kompresor COP = qe wk = (h1 h4) (h2 h1)...(2.3) 4. Dampak pelepasan Adalah jumlah kalor yang dilepaskan refrigeran tip satuan massa refrigerant qk = Qk m = h2 h3...(2.4) 5. Faktor Prestasi Adalah perbandingan jumlah kalor yang dilepaskan kondensor dengan kerja kompresor PF = qk wk = (h2 h3) (h2 h1)...(2.5) 6. Laju Aliran Udara Q = ṁ.cp. T... (2.6) 2.3. Komponen Pengkondisian Udara a. Kompresor b. Kondensor c. Evaporator d. Katup ekspansi e. Receiver f. Drier Stariner g. Oil separator h. Akumulator i. Refrigeran 2.4. Cara Kerja Air Conditioner Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigeran), jadi refrigerant yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondensor yang kemudian dimanpatkan di kondenser. Di bagian kondenser ini refrigerant yang dimanpatkan akan berubah fase dari refrigeran fase uap menjadi refrigeran fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigeran. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan. 7
Pada kondensor tekanan refrigerant yang berada dalam pipapipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigerant yang berada pada pipipipa evaporator. Setelah refrigeran lewat kondenser dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigan dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigan tekanannya diturunkan sehingga refrigeran berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigeran akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigeran dibuat sedemikian rupa sehingga refrigeran setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun. Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondensor. Gambar 2.3 Prinsip Kerja AC Dengan adanya perubahan kondisi refrigerant dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigeran fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada di dalam substansi yang akan didinginkan. Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka enthalpi substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya enthalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terusmenerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan. Dengan adanya mesin pendingin listrik ini maka untuk mendinginkan atau menurunkan temperatur suatu 8
substansi dapat dengan mudah dilakukan. Perlu diketahui Kunci utama dari Air Conditioner adalah refrigerant, yang umumnya adalah Fluorocarbon, yang mengalir dalam sistem, menjadi cairan dan melepaskan panas saat dipompa, dan menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan dikurangi. Mekanisme berubahnya refrigerant menjadi cairan lalu gas dengan memberi atau mengurangi tekanan terbagi mejadi dua arah, sebuah penyaring udara, kipas, dan cooling coil (kumparan pendingin) yang ada pada sisi ruangan dan sebuah kompresor, condenser coil (kumparan penukar panas), dan kipas pada jendela luar. Udara panas dari ruangan melewati filter, menuju ke cooling coil yang berisi cairan refrigeran yang dingin, sehingga udara menjadi dingin, lalu melalui teralis/kisi-kisi kembali ke dalam ruangan. Pada kompresor, gas refrigerant dari cooling coil lalu dipanaskan dengan cara pengompresan. Pada condenser coil, refrigeran melepaskan panas dan menjadi cairan, yang tersirkulasi kembali ke cooling coil. Sebuah thermostat mengontrol motor kompresor untuk mengatur suhu ruangan. 3. Metodologi Penelitian 3.1. Diagram Alir Penelitian Mulai Studi Literatur Pengumpulan Referensi Tentang Penelitian Persiapan Alat Uji Lengkap Dengan Alat Ukur Pengujian Pengambilan Data Data Berhasil YA Pengolahan Data dan Analisa Data Penyusunan Laporan Kesimpulan Selesai Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 3.2. Instalasi Pengujian Tidak 9
15 14 13 12 dilakukan setiap 15 menit sekali selama 1 jam. Hal ini dilakukan agar 2 1 3 11 10 9 dapat diketahui bagaimana performance dan kinerja dari mesin pendingin kompresi uap terhadap 5 4 variasi bukaan katup kondensor. Variabel data yang didapat adalah 6 7 8 Gambar 3.2 Instalasi Pengujian T1, T2, T3, T4, P1, P2, P3, P4, Arus (Ampere) dan Tegangan (Volt) yang tercatat pada kompresor. 3.3. Peralatan 1. Termokopel 2. Termometer Digital 3. Ampermeter 4. Volt meter 5. Pressure Gauge 6. Stopwatch 3.4. Metode Pengambilan Data Pada pengujian dengan menggunakan mesin pendingin kompresi uap ini dilakukan dilaboratorium Prestasi Mesin, refrigeran yang digunakan adalah R- 22 sebanyak 500 gram. Penulis melakukan pengujian dengan variasi bukaan katup pada fan kondensor, dengan variasi bukaan yaitu 1/4, 1/2, 3/4, dan 4/4. Dimana untuk setiap bukaan katup pengambilan data Langkah-langkah Pengujian 1. Pemeriksaan fisik dari alat pengujian Pemeriksaan Mesin Pendingin Kompresi Uap Pemeriksaan disini adalah pemeriksaan terhadap komponenkomponen utama mesin pendingin kompresi uap itu sendiri, seperti pemeriksaan terhadap kompresor, kondensor, evaporator, katup ekspansi dan instalasi pipa baik dari evaporator, kondensor maupun dari kompresor apakah dalam keadaan baik dan siap dioperasikan atau tidak. untuk mengetahui apakah terjadi kebocoran-kebocoran pada pipa ini dilakukan dengan mengoperasikan mesin pendingin kompresi uap pada posisi on dan mendeteksi instalasi 10
pipa dengan air sabun. Apabila terjadi kebocoran pada instalasi pipa maka akan terdeteksi dengan munculnya gelembung-gelembung pada air sabun yang dioleskan pada permukaan pipa. Hal ini menandakan adanya kebocoran pada pipa. Hal ini sangat perlu sekali diperhatikan untuk mencegah terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama proses pengujian berlangsung. Pemeriksaan instalasi kelistrikan Pemeriksaan terhadap instalasi kelistrikan yaitu pada kabel-kabel listrik untuk mencegah terjadinya konsleting dan percikan bunga api. Pemeriksaan alat ukur yang digunakan Pada pengujian ini alat ukur yang digunakan meliputi : Pressure gauge, ampere meter, volt meter, thermometer digital. Pada alat ukur ini perlu dilakukan pemeriksaan apakah alat ukur tersebut berfungsi dengan baik atau tidak. Langkah-langkah pengujian : 1. Siapkan peralatan yang akan dipergunakan pada pengujian kali ini. 2. Periksa mesin Pendingin Kompresi Uap layak atau tidak di operasikan. 3. Pastikan alat pengambil data sudah terpasang dengan benar pada titik-titik pengambilan data yang sudah ditentukan. 4. Nyalakan mesin Pendingin Kompresi Uap 5. Setelah mesin Pendingin Kompresi Uap menyala selamat 15 menit catat data-data temperatur dan tekanan yang di dapat dari kompresor, kondensor, evaporator, refrigerant masuk dan keluar tangki air serta tekanan kompresor, evaporator, Kuat arus dan Tegangan yang tercatat pada alat Ukur. 6. Begitu seterusnya hingga pengujian dilakukan selama 4 jam untuk seluruh bukaan katup, dimana bukaan katup pertama pengambilan data dilakukan setiap 15 menit sekali selama 1 jam. 7. Jika sudah selesai matikan mesin Pendingin Kompresi Uap. 3.5. Waktu dan Tempat Pengujian Waktu : Bulan Maret-Juni 2015 11
Tempat : Penelitian dilaksanakan dilaboratorium Prestasi Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Kampus III Universitas Bung Hatta. 4. Analisa Pembahasan 4.1.Tabel Hasil Pengujian T2 = 97,2 C T3 = 38,2 C T4 = 21,3 C A = 3,6 V = 200 P1 = 50 Psi P2 = 330 Psi P3 = 320 Psi P4 = 60 Psi A. Untuk mencari nilai h digunakan persamaan sebagai berikut : 1. h 1 = Nilai Enthalpy T 1 4.2. Analisa Data Berdasarkan tabel hasil pengujian maka akan dilakukan analisa data berdasarkan diagram berikut. Gambar 4.1 Diagram P-h siklus kompresi uap ideal Pengujian I bukaan katup 1/4 dengan waktu 15 menit Pertama Diketahui : T1 = 31,2 C Dimana T 1 = Temperatur refrigeran dari evaporator ke kompresor : 31.2 Temperatur Enthalpy 31.0 414.77 kj/kg 31.2? 32.0 415.00 kj/kg Maka di interpolasikan dengan persamaan : B 1 = 31.0 B = 31.2 =? C1 = 414.77 kj/kg B 2 = 32.0 C2 = 415.00 kj/kg x = c 1 - B1 B2. (c 1 c 2 ) 12
415.00) = 414.77-31 32. (414.77 = 414.77 0.96. (-0.23) = 414.77 + 0,2208 h 1 = 414.99 kj/kg Maka didapat nilai enthalpy h 1 = 414.99 kj/kg. 2. h 2 = Nilai Enthalpy T 2 Dimana T2 = Temperatur refrigeran dari kompresor ke kondensor = 97.2 Temperatur Enthalpy h 2 = h 1 + 46,08 = 414,99 + 46,08 h 2 = 461,07 kj/kg. Makan didapat enthalpy h 2 = 461,07 kj/kg. 3. h 3 = Nilai Enthalpy T 3 Dimana T3 = Temperatur refrigeran dari kondensor ke katup ekspansi = 38.2 Temperatur Enthalpy 38.0 247.03 kj/kg 38.2? 39.0 248.35 kj/kg 96.0 367.97 kj/kg 97.2? Maka diambil data dari grafik dengan persamaan : B 1 = 96.0 c 1 = 368.91 kj/kg B = 97.2 =? xh 2 s = 368,91 h 2 s = h 1 368,91 = 414,99 368,91 h 2 s = 46,08 Maka di interpolasikan dengan persamaan : B 1 = 38.0 B = 38.2 =? B 2 = 39.0 c 1 = 247.03 kj/kg c 2 = 248.35 kj/kg x = c 1 - B1 B2. (c 1 c 2 ) 248.35) = 247.03-38 39. (247.03 = 247.03 0.97. (-1.32) 13
= 247.03 + 1.2804 h 3 = 248.31 kj/kg Makan didapat enthalpy h 3 = 248.31 kj/kg. B. Untuk mencari nilai Q digunakan persamaan sebagai berikut : 1. Wk = n V A Dimana Wk = 75 % x 200 x 3,6 = 540 watt = 0,540 Kw Maka nilai dari Qk adalah 2,4892. 4. Qe = ṁ (h1 h4) Dimana Qe = 0,0117 (414,99-248,31) = 0,0117 (166,68) = 1,950 kj/kg Maka nilai dari Qe adalah 1,950 kj/kg C. Untuk mencari nilai COP (Coefficien Of Performance ) digunakan persamaan sebagai berikut : Maka nilai dari Wk adalah 0,540 Kw. Cop = Q evaporator W kompresor 2. ṁ = Dimana ṁ = Wk h2 h1 0,540 Kw 461,07 414,99 kj/kg. ṁ = 0,540 46,08. ṁ = 0,0117 kg Maka nilai dari ṁ adalah = 1,950 kj/kg 0,540 kj/kg = 3,61 C. Untuk mencari nilai PF (Performance Factor) digunakan persamaan sebagai berikut : 0,0117 kg 3. Qk = ṁ (h2 h3) PF = Qk W k Dimana Qk = 0,0117 (461,07-248,31) = 0,0117 (212,76) = 2,489 kj/kg 0,540kJ/kg = 4,60 = 2,489 kj/kg 14
Qk (KJ/KG) D. Untuk mencari laju aliran = 33,96 kj/s udara digunakan persamaan sebagai berikut: Qud = ṁ.cp. T Tin = 31,3 + 273 = 304,3 o K Dimana Tin = 304,3 o K T ( o K) Ρ (kg/m 3 ) cp (kj/kgok) 300 1,1614 1.007 304,3?? 350 0,9950 1.009 Tout = 27,5 + 273 = 300,5 o K Didapat nilai: ρ = 1,1996 kg/m 3 cp= 1,0081 kj/kg.k ṁ = ρ.a.v = 1,1996 kg/m 3. 2,147m 2. 2,20 m/s = 5,66 kg/s Qud = ṁ.cp. T = 5,66 kg/m 3. 1,0081 kj/kg.k (3,8 o K) = 21,68 kj/s Maka di interpolasikan dengan persamaan: Q udara = 21,68-33,96 = 12,14 kj/s ρ = c 1 - B1 B2. (c 1 c 2 ) = 1,1614-300. (1,1614 0,9950) 350 = 1,1614 0,857 (0,1664) = 1,1996 kg/m 3 4.3. Grafik 4.3.1. Grafik perbandingan Waktu Vs Qk Waktu Qk 1/4 Qk 2/4 Qk 3/4 Qk 4/4 15 2,531 2,18 2,188 2,206 30 2,474 2,153 2,162 2,214 cp = c 1 - B1 B2. (c 1 c 2 ) = 1.007 300 350 (1.007-1.009) = 1,0087kJ/kg.K ṁ = ρ.a.v = 1,1966 kg/m 3. 3,36 m 2. 2,20 m/s = 8,86 kg/s 45 2,49 2,188 2,206 2,321 60 2,458 2,187 2,171 2,321 Waktu vs Qk 2.55 2.5 2.45 2.4 1/4 2.35 2.3 2/4 2.25 3/4 2.2 2.15 4/4 2.1 0 15 30 45 60 Waktu (menit) Qud = ṁ.cp. T = 8,86 kg/m 3. 1,0086 kj/kg.k. Grafik perbandingan Waktu Vs Qk (31,3-27,15) (304,3 300,5 o K) 15
Qe (KJ/KG) PF COP Pada grafik perbandingan waktu Vs Qk diatas menunjukan bahwa nilai Qk yang tertinggi terletak pada bukaan katup ¼ yaitu pada waktu 15 menit dengan nilai 2,531, seiring dengan berjalannya waktu, nilai Qe mengalami penurunan. sedangkan nilai Qk terendah terletak pada bukaan katup 2/4 yaitu pada waktu 30 menit dengan nilai 2,153. 4.3.2. Grafik perbandingan Waktu Vs Qe Waktu Qe ¼ Qe 2/4 Qe 3/4 Qe 4/4 15 1,983 1,719 1,73 1,745 30 1,962 1,699 1,703 1,756 45 1,978 1,73 1,745 1,842 60 1,946 1,736 1,708 1,842 2 1.95 1.9 1.85 1.8 1.75 1.7 Grafik perbandingan Waktu Vs Qe 4.3.3. Grafik Perbandingan Waktu Waktu Vs COP COP 1/4 Waktu vs Qe 1.65 0 15 30 45 60 Waktu (menit) COP 2/4 COP 3/4 1/4 2/4 3/4 4/4 COP 4/4 15 3,67 3,58 3,6 3,63 30 3,63 3,53 3,54 3,65 45 3,66 3,6 3,63 3,83 60 3,6 3,61 3,55 3,83 Grafik Perbandingan Waktu Vs COP 4.3.4. Grafik Perbandingan Waktu Waktu Vs PF PF 1/4 PF 2/4 PF 3/4 PF 4/4 15 4,68 4,54 4,55 4,59 30 4,58 4,48 4,5 4,61 45 4,61 4,55 4,59 4,83 60 4,55 4,55 4,52 4,83 Grafik Perbandingan waktu Vs PF 4.3.5. Grafik perbandingan waktu Waktu 3.9 3.85 3.8 3.75 3.7 3.65 3.6 3.55 3.5 3.45 3.4 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 0 15 30 45 60 Vs Qud Kondensor Q ud 1/4 Waktu vs COP Waktu (menit) 0 15 30 45 60 Waktu (menit) Waktu vs PF Q ud 2/4 Q ud 3/4 1/4 2/4 3/4 4/4 1/4 2/4 3/4 4/4 Q ud 4/4 15 11,94 42,5 59,01 74,77 30 11,86 42,46 58,85 74,66 45 11,86 43,44 58,56 74,75 60 11,82 42,53 58,81 74,66 16
Qud kondensor (kj/s) Grafik perbandingan waktu Vs Qud Kondensor 5. Kesimpulan & Saran 5.1.Kesimpulan Pada tugas akhir analisa performansi mesin pendingin kompresi uap variasi kecepatan putaran fan kondensor dengan kapasitas kompresor 1 pk menggunakan R22 ini, variabel yang dicari yaitu nilai enthalpi (h), Kalor evaporator (Qe), kalor kondensor (Qk), Daya kompresor (Wk), Coefisien of performance (COP), dan Faktor Performa (PF). Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan R22 dengan putaran fan evaporator konstan dan variasi putaran kondensor dengan bukaan ¼, 2/4, ¾ dan 4/4. waktu vs Q udara 88 78 68 58 48 38 28 18 8 0 15 30 45 60 75 waktu bukaan 1/4 bukaan 2/4 bukaan 3/4 bukaan 4/4 Setelah dilakukan pengujian dan pengolahan data didapat hasil Qk tertinggi yaitu 2,531 pada bukaan katup ¼ pada menit ke-15, nilai Qe tertinggi pada bukaan katup fan kondensor ¼ pada menit ke-15, nilai COP yang optimum yaitu 3,83 yaitu pada bukaan katup fan kondensor 4/4 pada waktu 45 dan 60 menit dan nilai PF tertinggi pada bukaan katup 4/4 pada menit 45 & 60 menit. 5.2.Saran Untuk menghasilkan nilai COP yang tertinggi pada penggunaan mesin pendingin kompresi uap ini, putaran fan kondensor yang digunakan adalah pada putaran fan penuh atau 4/4. Dalam melakukan pengujian menggunakan mesin ini hendaknya memperhatikan ketepatan dari alat ukur yang digunakan dan memperhatikan aspek-aspek keselamatan diri dalam melakukan penelitian. Pada peneliti selanjutnya hendaknya lebih banyak lagi menggunakan variasi-variasi bukaan katup fan, seperti fan kondensor dan evaporator. Dan memvariasikan jumlah refrigeran yang digunakan pada setiap pengujian. 17
DAFTAR PUSTAKA Stocker, W.F. dan Jones J.W., 1989, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta. Trott, AR., 1989., Refrigeration and Air Conditioning. Butterworths. Cambridge, UK. Dossat, Roy J., 1961, Principles of Refrigeration, 2 nd edition, John Willey and Sons, New York. Effendy, Marwan., 2005. Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor Terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning. Jurnal Teknik Gelagar. Nasution, Henry., 2008. Teknik Pendingin dan kriogenik. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Bung Hatta, Padang. Frank P.Incropera., David P.De Witt.,1996. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Fourth edition, United States of American. Suryadimal., 2012, "Perpindahan Panas I edisi revisi. Bung Hatta University Pess, Padang. Wijaksana, Hendra., 2010. Analisa Performansi Sistem Pendingin Ruangan dan Efisiensi Energi Listrik pada Sistem Water Chiller dengan Penerapan Metode Cooled Energy Storage. Universitas Udayana, Bandung. 18