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
Eksergi Jurnal Teknik Energi Vol 8 No. 1 Januari 2012; 7 - 13
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
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui
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:
Compatibility Test Kompresor Hermetik R-12 Untuk Mesin Pendingin (M. Denny S)
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
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui
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
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui
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 \
Eksergi Jurnal Teknik Energi Vol 8 No. 1 Januari 2012; 7 - 13
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.
Compatibility Test Kompresor Hermetik R-12 Untuk Mesin Pendingin (M. Denny S)
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
Eksergi Jurnal Teknik Energi Vol 8 No. 1 Januari 2012; 7 - 13
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.