2-denny, r12 eksergi jan 2012 , compatibility test kompresor hermetik

Eksergi Jurnal Teknik Energi Vol 8 No. 1 Januari 2012; 7 - 13

7

Compatibility Test Kompresor Hermetik R-12 Untuk Mesin Pendingin

Yang Beroperasi Dengan Refrigeran R-12

M. Denny Surindra

Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. H. Sudarto, S.H. , Tembalang, Kotak Pos 6199/SMS, Semarang 50329

Telp. 7473417, 7466420 (Hunting), Fax. 7472396

E-mail : [email protected]

Abstrak

Refrigeran halokarbon yang banyak digunakan adalah R-12. Pada compatibility test ini digunakan mesin

pendingin dengan kompresor hermetik (lemari es) yang biasa menggunakan R-12. Pengujian ini dilakukan selama 2000 jam. Uji kecocokan ini adalah membandingkan viskositas, keasaman, jelaga,

kandungan air, Al, Mn, Cu, Fe dan Si sebelum dan sesudah pengujian. Viskositas pelumas setelah

pengujian pada temperatur 400 C dan 1000C untuk kompresor dengan menggunakan refrigeran R-12

adalah 19,35 cSt dan 3,97 cSt. Tidak terjadi perubahan Total Acid Number (TAN), soot dan kandungan

air pada pelumas kompresor tersebut. TAN pelumas setelah dan sebelum pengujian adalah 0,07 mg

KOH/g. Kandungan Al, Mn, Cu, Fe dan Si pada pelumas kompresor dengan menggunakan refrigeran R-

12 berturut-turut adalah 0, 0, 2, 0, 3 ppm. Selain itu dilakukan uji visual kompresor hermetik setelah

digunakan selama 2000 jam. Dari uji visual tidak ada kerusakan permukaan komponen kompresor.

Keyword :Compatibility test, Kompresor Hermetik, Refrigerant R-12

1. PENDAHULUAN

Refrigeran adalah zat yang berfungsi

sebagai media pendingin dengan menyerap

kalor dari benda atau bahan lain seperti air

atau udara ruangan, sehingga refrigeran

tersebut dapat dengan mudah merubah

phasanya dari cair menjadi gas, sedangkan

pada saat terjadi pelepasan kalor oleh

refrigeran terjadi perubahan phasa dari gas

bertekanan tinggi jenuh menjadi cair.

Refrigeran halokarbon atau freon merupakan

kelompok yang paling umum dipakai untuk

berbagai jenis kulkas rumah tangga.

Pengujian dilakukan selama 2000 jam

kemudian dilakukan inspeksi terhadap

kerusakan pada komponen kompresor.

Perubahan pelumas dianalisis seperti

kandungan logam, kadar keasaman,

viskositas kinetik, titik nyala, kandungan air

dan kerak dari pelumas. Pengujian mengacu

pada penelitian yang dilakukan oleh Sukumar

Devotta dkk yang telah mengacu pada

penelitian dan pengembangan yang dilakukan

di Research Center for Refrigeration and

Heat Pumps Ltd yang bekerjasama dengan

University of Hannover, Germany.

Teori Refrigeran R-12

Refrigeran halokarbon atau freon 12

(CCl2F2) bertitik didih -21,60F, banyak

digunakan untuk sistem pengkondisian udara,

mesin pendingin, pendinginan air, mesin es

krim dan lain-lain, baik sebagai refrigeran

langsung maupun refrigeran tidak langsung.

Freon 12 penggunakannya cocok dengan

kompresor jenis torak dan jenis rotari. Jenis

refrigeran ini tidak beracun, tidak meledak

ataupun terbakar, mudah terlarut di dalam air,

tetapi tidak menyebabkan karat. Pada

mulanya refrigeran ini dipilih karena titik

didih, tekanan dan kestabilannya selama

digunakan di dalam sistem pendingin bukan

atas dasar tidak meledak atau beracun. Sudah

barang tentu banyak faktor yang harus

dipertimbangkan sebelum memilih refrigeran,

selain sifat-sifat yang disebutkan di atas juga

harus di pertimbangkan berat molekul,

kerapatan, perbandingan kompresi, nilai

panas, temperatur kompresi, panjang langkah

kompresor, jenis kompresor yang dipakai dan

lain-lain.

Compatibility Test Kompresor Hermetik R-12 Untuk Mesin Pendingin (M. Denny S)

8

2. METODE PENELITIAN

Panel peralatan pengujian yang digunakan

seperti terlihat dalam Gambar 1.

Gambar 1. Panel peralatan pengujian

Parameter-parameter pengukuran yang

ditentukan untuk mengetahui pengaruh yang

terjadi pada pelumas refrigerasi selama

beroperasi 2000 jam nonstop saat

menggunakan bahan pendingin R-12, adalah:

a. Viskositas kinematik pelumas (cSt)

b. Flash point

c. Wear metasl (ppm)

d. Tingkat keasaman pelumas/TAN (mg

KOH/g)

e. Soot and Water contents

Persiapan analisis minyak pelumas

Persiapan kali ini ditujukan dalam hal

pengemasan pelumas hasil pengujian yang

akan di bawa ke Laboratorium PERTAMINA

Jakarta. Langkah-langkah yang dilakukan

adalah :

a. Mengosongkan refrigerant dari sistem

(lemari es). Hal ini dilakukan sebelum

pelepasan kompresor dari sistem untuk

menghindari kebakaran saat pengelasan.

b. Menyiapkan botol penampung pelumas.

Botol terlebih dahulu dibersihkan untuk

menghilangkan kotoran, kemudian dijemur

selama ± 8 jam.

c. Melepas kompresor dari sistem dengan

cara mengelas sambungan-sambungan pipa

pada sistem.

d. Menuang pelumas dari kompresor

kedalam botol yang telah disiapkan,

kemudian botol ditutup rapat sehingga

reaksi dengan udara luar dapat dihindari.

Persiapan analisis secara visual

Untuk melihat bagian dalam kompresor,

harus membelah rumah kompresor dengan

menggunakan gergaji besi. Bagian-bagian

yang harus diperhatikan, yaitu:

a. Katup discharge

b. Katup suction

c. Piston

d. Crankshaft

Prosedur analisis viskositas

Analisis ini bertujuan untuk mengetahui

perubahan viskositas minyak pelumas di

kompresor selama 2000 jam operasi, akibat

bercampur dengan refrigeran dan mengalami

perubahan temperatur, tekanan, dan

kontaminasi.

Prosedur analisis viskositas pelumas:

1. Menghidupkan viskometer dan mengatur

temperaturnya (400C dan 100

0C).

2. Viskometer dibiarkan selama beberapa

menit sehingga suhu yang diinginkan

tercapai.

3. Setiap kali menggunakan, harus

mengkalibrasi viskometer tersebut dengan

menggunakan oli standar.

4. Hasil kalibrasi dari oli standar paling

tidak mempunyai simpangan <1% dari

nilai viskositas yang telah ditentukan pada

masing-masing temperatur.

5. Menyiapkan pelumas yang akan diukur

viskositasnya.

6. Memasukkan pelumas ke dalam gelas

ukur sebanyak 15 ml.

7. Menuangkan pelumas di gelas ukur ke

dalam tabung viskometer.

8. Memasukkan tabung viskometer ke dalam

peralatan viskometer digital dengan

menggunakan penjepit yang telah

disediakan.

9. Memasukkan tabung viskometernya

(sebaiknya memilih spindel yang

mempunyai nilai faktor pengali yang

kecil, supaya diperoleh hasil pengukuran

viskositas yang lebih teliti).

10. Menarik pelumas yang ada pada tabung

viskometer, sehingga permukaan pelumas

naik sampai batas atas yang telah


9

ditentukan dengan menggunakan pompa

vakum.

11. Memindahkan posisi switch pada posisi

ON.

12. Membiarkan pelumas mengalir pada

tabung viskometer sampai batas bawah

yang telah ditentukan.

13. Menekan tombol switch saat pelumas

menyentuh batas bawah dari tabung

viskometer.

14. Membaca berapa viskositas pada display.

15. Untuk memperoleh hasil viskositas, hasil

pembacaan pada display dikalikan dengan

faktor pengali dari tabung viskometer

tersebut.

Gambar 2. Viscometer

Prosedur analisis flash point

Analisis ini bertujuan untuk menentukan

titik nyala dari minyak pelumas setelah

beroperasi selama 2000 jam. Untuk analisis

ini menggunakan COC (Clevelend Open

Cup).

Gambar 3. COC (Clevelend Open Cup)

Prosedur analisis flash point dengan

menggunakan COC adalah:

1. Mengisi mangkuk dengan Used Oil

(sampel) sampai tanda batas

2. Memanaskan sampel dengan kecepatan

pemanasan 25 sampai 30 0F/menit. Jika

suhu sampel 1000F di bawah titik nyala

yang diperkirakan maka mengurangi

pemanasan sehingga kecepatan pemanasan

untuk 500F yang terakhir di bawah titik

nyala diperkirakan 9 sampai 11 0F/menit.

3. Dimulai dari 500F di bawah titik nyala,

test flame dilewatkan di atas mangkuk

tiap-tiap kenaikan 50F secara bolak-balik

dalam waktu 1 detik.

4. Mencatat temperatur dimana terjadi

sambaran api pada permukaan minyak

pelumas ketika test flame dilewatkan.

Titik api dapat di baca pada saat minyak

terbakar selama 5 detik.

Prosedur analisis metal content


wear metal yang terjadi selama beropersi

2000 jam non-stop. Untuk analisis ini

menggunakan ICP (Inductively Coupled

Plasma). Prosedur analisa metal content

dengan menggunakan ICP:


10

1. Menimimbang used oil sampai ± 1 gram.

2. Melarutkan used oil ke dalam 10 ml xylen

.

3. Menyeting api dalam ruang pembakaran

dengan menggunakan software.

4. Sebelum memulai pengujian,

memasukkan Xylen ke dalam ruang bakar

untuk menetralisir.

5. Memasukan oil standar 50 ppm dan 100

ppm (conostan wear metal) sebagai

standar.

6. Memasukkan used oil yang akan

dianalisis kadar wear metal-nya.

Gambar 4. ICP (Inductively Coupled Plasma)

Prosedur analisis soot and water content


soot and water content yang terkandung pada

pelumas, selama beropersi 2000 jam non-

stop. Untuk analisa ini menggunakan FTIR

(Fourier Transform Infra Red). Prosedur

analisa soot and water content dengan

menggunakan FTIR:

1. Menghidupkan FTIR.

2. Membiarkan alat warming-up selama ±10

menit.

3. Sebelum memulai pengujian,

membersihkan permukaan “kristal kaca”

dengan larutan toluene.

4. Menuangkan Oil reference pada

permukaan kristal secara merata.

5. Menekan tombol scan pada software

FTIR.

6. Membandingkan hasil oil reference

dengan data base, yang telah dimiliki

oleh software FTIR .

7. Jika hasil dari oil reference memiliki

penyimpangan kurang dari ± 5%, alat

dapat dikatakan baik.

8. Membersihkan permukaan kristal dengan

larutan toluene sebelum pengujian used

oil berikutnya.

9. Menuangkan used oil pada permukaan

kristal secara merata.

10. Menekan tombol scan pada software

FTIR .

11. Mencetak hasilnya dalam bentuk print-

out.

12. Mengulangi langkah ke-10 untuk

pengujian used oil jenis lain.

Gambar 5. FTIR (Fourier Transform Infra Red).

Prosedur analisis TAN


tingkat keasaman yang terkandung pada

pelumas. Untuk analisa ini menggunakan

Titrimeter. Prosedur analisa TAN dengan

menggunakan Titrimeter sebagai berikut:

1. Menimbang used oil sampai ± 15 gram.

2. Melarutkan used oil tersebut ke dalam

larutan solven.

3. Menyiapkan KOH (potassium hydroxide)

dalam etanol/alkohol sebagai peng-titran.

4. Menyiapkan larutan standar (solven),

hasil dari larutan standar akan memiliki

potensiometer 1,31 mV dengan toleransi

± 1 %.

5. Memasukkan used oil yang sudah

dilarutkan dengan solven ke dalam

Titrimeter.

6. Membiarkan beberapa menit sehingga

terjadi titrasi.

7. Hasil keluar dalam bentuk print-out \


11

Gambar 6. Titrimeter

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pelumas natural kompresor ini dibuat

secara khusus untuk kompresor hermetik

sehingga dapat bekerja secara baik pada

temperatur kompresor. Pelumas berbahan

dasar pelumas mineral jenis naphtenic. Pada

Tabel 1 dan 2 berikut akan diperlihatkan data

minyak sebelum pengujian.

Tabel 1. Data pelumas sebelum pengujian

No Pemeriksaan Metode Hasil

R-12

1 Viscosity Kinematic cST ASTM-445

-pada 400C 22,17

-pada 1000C 4,29

2 Total Acid Number mgKOH/g ASTM D-

664 0,07

3 Flash Point COC 180

4 Infrared Low High FTIR

Soot 0 0,70 0

Water 0 0,30 0

5 Metal Content ppm ASTM D-

5185

Al 0

Mn 0

Cu 0

Fe 0

Si 0

Tabel 2. Data pelumas sesudah pengujian

No Pemeriksaan Metode Hasil R-12

1 Viscosity Kinematic cST

ASTM-445

-pada 400C 19,35

-pada 1000C 3,97

2 Total Acid Number

mgKOH/g ASTM D-664 0,07

3 Flash Point COC 168

4

Infrared Low High

FTIR

Soot 0 0,70 0

Water 0 0,30 0

5

Metal Content ppm

ASTM D-5185

Al 0

Mn 0

Cu 2

Fe 0

Si 3

Sedangkan data ambang batas pelumas yang

masih dapat digunakan dalam kompresor

hermatik adalah sebagai berikut ini:

Tabel 3. Data ambang batas pelumas kompresor

hermetik No Pemeriksaan Value (maximal)

1 Viscosity Kinematic cST Not Allowed ±30%

(All Viscosity)

2 Total Acid Number mg KOH/g 0,3

3 Wear Metal ppm

Al 10

Cu 15

Fe 25

Si 15

Analisis viskositas

Dari hasil pengujian pelumas yang

dilakukan di laboratorium PeMAP Pertamina

menunjukan adanya penurunan viskositas

pada pelumas. Untuk refrigerant R-12 pada

temperature 400C sebelum dilakukan

pengujian viscositas kinematik 22,17 dan

setelah pengujian viscositas kinematik 19,35

sedangkan pada temperature 1000C sebelum

dilakukan pengujian viscositas kinematik

4,29 dan setelah pengujian viscositas

kinematik 3,97. Terjadinya penurunan

viskositas ini disebabkan oleh beberapa hal

yaitu:

1. Bercampurnya pelumas dengan refrigeran

pada saat pelumas bekerja pada sistem

refrigerasi.

2. Naiknya temperatur kerja pelumas yang

disebabkan oleh tekanan refrigerant yang

dimampatkan serta oleh kerja motor listrik.

Naiknya temperatur ini menyebabkan

melemahnya ikatan antara molekul

pelumas yang mengakibatkan turunnya

viskositas pelumas.

3. Gesekan antara komponen yang bergerak

dari kompresor sehingga mengakibatkan

naiknya tekanan dan temperatur pada

lapisan film diantara dua logam yang

bergesekan..

Penurunan viskositas pelumas ini masih

dalam batas yang direkomendasikan yaitu

masih dibawah 30 % dari viskositas pelumas

baru.


12

Analisis TAN

Berdasarkan hasil pengujian TAN terlihat

bahwa tidak ada peningkatan nilai TAN

setelah sistem berkerja selama 2000 jam tapi

walaupun tidak ada kenaikan pada nilai TAN

setelah pengujian reaksi oksidasi tetap terjadi

karena oksidasi terlarut ikut dalam sirkulasi

pelumasan.

Analisis soot dan water contents

Hasil pengujian soot dan water content

tidak mengalami kenaikan (nilainya nol)

maka instalasi yang dilakukan sudah sesuai

dengan prosedur penginstalan kulkas.

Analisis metal contents

Pelumas baru (fresh oil) tidak terdapat

kontaminasi wear metal yang terdeteksi oleh

alat ICP. Setelah bekerja selama 2000 jam,

untuk refrigerant R-12, ICP mendeteksi

adanya kandungan Fe sebesar 0 ppm, Cu

sebesar 2 ppm, Al sebesar 0 ppm dan Si

sebesar 3 ppm. Fe dan Al merupakan meterial

utama penyusun pada piston, maka adanya

kontaminan Fe dan Al berasal dari gesakan

antara silinder dan piston yang

mengakibatkan pengikisan kedua material

komponen tersebut.

Sumber kontaminan Si berasal dari abrasi

pada gasket di kepala silinder kompresor

yang dipengaruhi oleh tekanan dan

temperatur kerja yang cukup tinggi, dan dapat

juga berasal dari debu (kotoran) ketika

pengemasan minyak pelumas ke botol tempat

penyimpanan minyak pelumas sebelum diuji

di Laboratorium.

Untuk sumber kontaminan Cu berasal dari

kumparan motor listrik yang bergesekan

dengan pelumas. Kontaminan Cu juga berasal

dari terkikisnya material pipa yang terbuat

dari tembaga yang pengikisannya terjadi

ketika campuran refrigeran dan pelumas

bersirkulasi dalam sistem mesin pendingin.

Analisis Visual

Analisis visual dilakukan dengan melihat

bagian-bagian dari kompresor yang

mengalami perubahan fisik dan perubahan

warna. Bagian-bagian yang diamati, antara

lain :

1. Katup hisap dan tekan merupakan bagian

yang mengatur masuk/keluarnya aliran

fluida ke ruang silinder dan menuju

discharge valve. Bagian ini akan sering

dilalui oleh pelumas dan refrigeran,

sehingga pengaruh suhu dan tekanan dalam

kompresor dapat diamati pada bagian

tersebut.

Gambar 7. Katub hisap dan tekan

Dari perbandingan gambar katub diatas

terlihat pada katub hisap dan tekan dari

refrigerant R-12 mempunyai flek coklat yang

sangat sedikit, Hal ini membuktikan bahwa

penggunakan refrigerant R-12 telah sesuai

untuk refrigerant pada kulkas yang

menggunakan kompresor hermatik.

2. Piston , silinder dan crankshaft

Untuk pengamatan secara visual pada piston,

silinder dan torak, tidak terlihat adanya

perbedaan yang mencolok.

(a) (b)

(c)

Gambar 9. a. Piston b. Silinder c.Poros kruk as


13

a. Pada bagian piston dan silinder, permukaan

masing-masing komponen tersebut nampak

terdapat sedikit bekas gesekan, namun

secara visual gesekan tersebut nampak

secara samar-samar.

b. Pada bagian crankshaft, terdapat bekas

gesekan-gesekan yang halus dan secara

visual tidak nampak cacat yang berarti.

c. Pada bagian bagian yang lain (rotor, stator,

kabel, rangka, pipa tembaga, dll) secara

umum masih dalam keadaan baik.

4. KESIMPULAN

1. Penurunan viskositas pada temperature

400C adalah 12,72% dan pada temperature

1000C adalah 7,45%. Nilai ini dibawah

nilai ASTM-445 yang mensyaratkan

perubahan sebesar ±30%, sehingga

refrigerant tersebut layak digunakan.

2. Soot dan water content yang tidak

mempunyai nilai (nilainya 0), ini berarti

tidak ada endapan dan kandungan air

dalam sistem refrigerasi sehingga instalasi

untuk pengujian ini telah memenuhi

prosedur untuk sebuah instalasi

refrigerator.

3. Tidak terjadi peningkatan nilai TAN

4. Katup suction dan discharge compressor

berwarna kecoklatan. Hal ini disebabkan

oleh terbakarnya minyak pelumas dan juga

karena efek dari temperatur kerja yang

tinggi dari kompresor.

5. Pada piston dan crankshaft terdapat

goresan-goresan, hal ini diakibatkan oleh

kedua komponen selalalu bergesekan pada

saat bekerja. Hal inilah yang menyebabkan

munculnya wear metal.

REFERENCES

•ASHRAE, 1998, ASHRAE Handbook of

Fundamental, Millstar Electronic

Publish, Group Inc.

•Ciantar, C., Hadfield, M., Swallow, A.,

Smith, A., 2000, The influence of POE

and PVE lubricant blends within

hermetic refrigerating comressors

operating with HFC-134a refrigerant,

Wear, Vol. 241, pp. 53-64.

•Direktorat Hilir Bidang Pemasaran dan

Niaga, 2002, Pemeliharaan Mesin

Melalui Analisa Progresif, Layanan

Teknik Pemasaran-Pelumas.

•Ari Darmawan, Aryadi Suwono and

Nathanael Tandian, 2002, Pelatihan

Refrigeran Hidrocarbon, Seminar

Refrigeran Hidrocarbon, Semarang.

•Hariman Kartakusumah, 2002, Pengaruh HC

Propana (R-290) Terhadap Viskositas

Minyak Pelumas di Kompresor dengan

HCFC (R-22) sebagai Refrigeran Acuan.

•PT. Hartono Istana Teknologi, 2002,

Penggunaan Refrigeran Hidrocarbon

pada Lemari Es, Seminar Refrigeran

Hidrocarbon, Semarang.

•Sukumar Devotta, N. N. Sawant, Shailesh N.

joshi, Life Cycle Testing of Hermetic

Compressor With Alternatives to CFC-

12, National Chemical Laboratory, India

•Windu Sediyono, 2003, Kaji eksperimental

perbandingan unjuk kerja kulkas dengan

menggunakan refrigeran R-12 dan

Hidrokarbon safe-12 terhadap pengaruh

variasi massa refrigerasi.

2-denny, r12 eksergi jan 2012 , compatibility test kompresor hermetik

Documents