fakultas teknik jurusan teknik mesin universitas sebelas maret

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

SKRIPSI

PENGUJIAN UNTUK KERJA AC DOMESTIK DENGAN REFRIGERAN R-22

DAN HCR-22 PADA VARIASI BEBAN PENDINGINAN EVAPORATOR DAN

LAJU PENDINGINAN KONDENSOR

Oleh :

Heru Prasetya NIM. I.1405510

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2009


commit to user

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Negara Indonesia adalah negara yang terletak di garis katulistiwa yang

mempunyai dua musim yaitu musim hujan dan musim kemarau. Penyinaran

sinar matahari untuk negara di garis katulistiwa lebih lama dibandingkan

negara subtropis, sehingga suhu di Indonesia cenderung panas. Hal ini

sangat cocok untuk mengembangkan alat atau mesin pendingin khususnya

mesin pendingin ruangan.

Aplikasi sistem refrigerasi saat ini meliputi bidang yang sangat luas,

mulai dari keperluan rumah tangga, pertanian, sampai ke industri gas,

petrokimia, perminyakan, dan sebagainya. Berbagai jenis mesin refrigerasi

yang bekerja berdasarkan berbagai proses dan siklus dapat ditemui dalam

kehidupan sehari-hari. Mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan saat

ini adalah mesin refrigerasi siklus kompresi uap. Sistem pendingin dengan

siklus kompresi uap di butuhkan suatu zat pendingin dalam hal ini

penggunaan refrigerant.

Sejak ditemukan pada sekitar tahun 1930 hingga pertengahan dekade

1970-an, dampak penggunaan refrigerant sintetik (seperti refrigerant

chlorofluorocarbon - CFC dan hydrochlorofluorocarbon-HCFC) belum

menjadi masalah lingkungan. Hal ini bukan berarti penggunaan refrigerant

tersebut tidak mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan, tetapi lebih

disebabkan terbatasnya pengetahuan dan kesadaran lingkungan pada saat itu.

Dengan bertambahnya pengetahuan dan kesadaran lingkungan, ternyata

penggunaan refrigerant sintetik tersebut menimbulkan masalah terhadap

lingkungan. Refrigerant yang semula dipandang sangat ideal dan sempurna,

kini dipandang berbahaya sehingga perlu dihapus penggunaannya.

Menyadari berbahayanya dampak yang ditimbulkan oleh refrigerant

sintetik (CFC dan HCFC), maka telah dilakukan beberapa tindakan untuk

membatasi penggunaan CFC dan senyawa perusak ozon lainnya yaitu

dengan mengganti refrigerant sintetik dengan refrigerant alternatif seperti


commit to user

2

HCR atau amonia (R-717), dan air (R-718). Selain itu masyarakat dunia juga

mengadakan berbagai kesepakatan internasional untuk melindungi lapisan

ozon terhadap kerusakan yang disebabkan oleh bahan perusak ozon. Di

Indonesia sendiri, pemerintah telah mengeluarkan beberapa ketetapan yang

mengatur pembatasan impor bahan perusak lapisan ozon.

Pengujian terhadap hidrokarbon sebagai refrigerant ini secara

laboratorium telah dilakukan oleh laboratorium termodinamika ITB, UI dan

LIPI, dalam pengujian tersebut alat ekspansi yang digunakan adalah jenis

katup ekspansi termostatik yang secara otomatis dapat menyesuaikan dengan

kapasitas beban pendinginan. Alat ekspansi jenis termostatik tersebut dapat

dengan mudah di set ulang, tetapi untuk alat ekspansi yang berupa pipa

kapiler, debit refrigerant tidak bisa disesuaikan dengan kapasitas bebannya

dan tidak dapat diset ulang.

1.2. Perumusan Masalah

Bagaimanakah pengaruh variasi beban pendinginan di evaporator dan

laju pendinginan di kondensor terhadap unjuk kerja AC Domestik dengan

refrigerant R-22 dan HCR-22.

1.3. Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut :

1. Refrigerant yang digunakan dalam pengujian ini adalah R-22 dan HCR-

22.

2. Pengujian unjuk kerja mesin AC domestik dilakukan dengan putaran

kerja kompresor yang konstan.

3. Penelitian dilakukan pada temperatur ruangan.

4. Pengujian tersebut dilakukan dengan alat peraga AC domestik, yang

terdiri dari :

a. Kompresor hermetik

b. Kondensor

c. Receiver

d. Thermostatic Expansion Valve


commit to user

3

e. Evaporator

f. Bak Air

g. Pompa centrifugal

h. Termostat

i. Akumulator

5. Penelitian ini menitikberatkan pada unjuk kerja mesin pendingin AC

domestik dengan variasi beban pendinginan di evaporator dan laju

pendinginan di kondensor serta pengambilan data percobaan berupa

temperatur refrigerant dan air, tekanan refrigerant, dan laju aliran

volume refrigerant dan air. Data percobaan tersebut kemudian di analisis

sehingga akan dapat mengetahui karakteristik unjuk kerja AC Domestik

dengan menggunakan refrigerant R-22 dan HCR-22.

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menguji unjuk kerja AC domestik dengan refrigerant R-22 dan HCR-

22.

2. Mengetahui pengaruh variasi beban pendinginan di evaporator dan laju

pendinginan di kondensor terhadap unjuk kerja AC domestik.

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat

sebagai berikut :

1. Mampu memberikan pengetahuan baru yang dapat berguna dalam

bidang refrigerasi dan pengkondisian udara.

2. Memberikan acuan bagi pengguna AC domestik dalam penghematan

energi yang ramah lingkungan

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat

sebagai berikut :

1. Mampu memberikan pengetahuan baru yang dapat berguna dalam

bidang refrigerasi dan pengkondisian udara.


commit to user

4

2. Dapat mencegah terjadinya kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh

bahan perusak ozon.

3. Memberikan acuan bagi pengguna AC domestik dalam memilih

refrigerant yang hemat energi dan ramah lingkungan.

4. Menciptakan keamanan dan kenyamanan pengguna AC domestik

dengan pemilihan refrigerant yang tepat pada AC domestik.

1.6. Sistematika Penulisan

Agar mempermudah dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini,

penulis menyusun laporan dengan urutan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini terdiri dari: latar belakang penelitian, perumusan masalah,

pembatasan masalah, tujuan, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisi tentang tinjauan pustaka dari penelitian-penelitian

terdahulu dan dasar teori mengenai refrigerasi dan mesin refrigerasi, siklus

refrigerasi, komponen AC domestik, dan cairan pendingin (refrigerant).

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini terdiri dari : bahan yang diteliti, mesin dan alat yang

digunakan dalam penelitian, tempat penelitian serta pelaksanaan penelitian

yang terdiri dari persiapan alat dan pengujian alat uji. Pengujian alat uji

dilakukan dengan mengambil data tekanan, temperatur, laju aliran massa

refrigerant, laju aliran massa air evaporator dan kondensor, tegangan dan

arus listrik kompresor.

BAB IV DATA DAN ANALISIS

Bab ini terdiri dari: data hasil pengujian dan analisis data hasil

pengujian. Hasil pengujian akan digunakan dalam perhitungan: kapasitas

refrigerasi sesungguhnya, laju pendinginan, daya kompresor dan COP

sesungguhnya . Dalam bab ini juga berisi pembahasan mengenai

perhitungan yang telah dilakukan.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelitian yang dilakukan.


commit to user

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

R-22 adalah refrigerant yang mempunyai titik didih pada tekanan

atmosfer yaitu -40,8oC. Yang dikembangkan mula-mula sebagai bahan

pendingin temperatur rendah. Pada temperatur yang sama, tekanan R-22

lebih tinggi daripada HCR-22. Tetapi kebutuhan energi keduanya kira-kira

hampir sama. Karena temperatur keluar R-22 yang tinggi, temperatur hisap

panas lanjutnya dijaga agar tetap minimum.

Sebagai salah satu refrigerant alternatif, dipilih refrigerant HC (Hydro

Carbon), yaitu propana (C3H8), karena refrigerant tersebut selain memiliki

ODP = 0 juga mempunyai GWP yang lebih rendah dan merupakan

refrigerant alternatif jangka panjang karena refrigerant tersebut lebih ramah

terhadap lingkungan dan bebas unsur Cl dan F (Ecofrig, 2000).

Refrigerant HC mempunyai sifat beracun yang rendah tetapi sangat

mudah terbakar. Oleh karena itu sebagai tindakan pencegahannya yaitu

untuk tidak menyalakan api atau sejenisnya dalam mengisi dan mencari

kebocoran dari sistem refrigerasi tersebut.

Sistem refrigerasi ruangan yang berukuran sedang menggunakan katup

ekspansi thermostatik bertujuan untuk mempertahankan jumlah cairan yang

mendekati konstan di dalam evaporator. Bila jumlah refrigerant berkurang,

lebih banyak volume di dalam pipa evaporator yang terbuka yang membuat

refrigerant dipanaskan lanjut, sehingga membuka katup lebih banyak. Katup

ekspansi thermostatik mengatur laju aliran refrigerant cair yang besarnya

sebanding dengan laju penguapan di dalam evaporator (Stoecker, W.F. &

Jones, J.W., 1992).

PT. Citra Total Buana Biru (2005) mengadakan penelitian mengenai

unjuk kerja dari refrigerant hidrokarbon. Hycool bekerja dengan efektif

dalam proses pendinginan dengan volume yang lebih sedikit dapat dicapai

performance proses yang lebih cepat. Hal ini menyebabkan kompresor tidak

harus bekerja keras setiap saat untuk mencapai pendinginan yang


commit to user

6

diperlukan. Dengan Hycool mesin menjadi hemat energi listrik maupun

bahan bakar dibandingkan freon. Selain itu Hycool dapat digunakan sebagai

pengganti langsung freon (drop in substitute).

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Refrigerasi dan Mesin Refrigerasi

Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat atau

produk sehingga temperaturnya berada di bawah temperatur lingkungan.

Mesin refrigerasi atau mesin pendingin adalah mesin yang dapat

menimbulkan efek refrigerasi tersebut, sedangkan refrigerant adalah zat

yang digunakan sebagai fluida kerja dalam proses penyerapan panas.

Mesin refrigerasi siklus kompresi uap merupakan jenis mesin

refrigerasi yang paling banyak digunakan saat ini. Pada siklus ini uap

ditekan, dan kemudian diembunkan menjadi cairan, lalu tekanannya

diturunkan agar cairan tersebut dapat menguap kembali. Jika perubahan

tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas

daripada sumber dingin (contoh udara) dan gas yang mengembang akan

menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus

ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan

membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi.

Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki beberapa keuntungan,

pertama sejumlah besar energi panas yang ada di ruang yang dikondisikan

udaranya digunakan untuk merubah fase cair menjadi fase uap di

sepanjang evaporator, oleh karena itu panas yang diserap dari ruang yang

disejukkan dapat dibuang melalui kondensor. Kedua, sifat-sifat isothermal

penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikkan suhu fluida

kerja ke suhu berapapun yang akan di dinginkan. Hal ini berarti bahwa laju

perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja

mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan

panasnya.

Secara umum bidang refrigerasi mencakup kisaran temperatur

sampai dengan 123 K. sedangkan proses-proses dan teknik yang

beroperasi pada kisaran temperatur di bawah 123 K disebut Kriogenika

(cryogenics). Perbedaan ini disebabkan karena adanya fenomena-

fenomena khas yang terjadi pada temperatur di bawah 100 K dimana pada


commit to user

7

kisaran temperatur ini gas-gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, dan

helium dapat mencair. (Training Manual, 2004)

Mesin refrigerasi siklus kompresi uap merupakan jenis mesin

refrigerasi yang paling banyak digunakan saat ini. Mesin refrigerasi ini

terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup

ekspansi, dan evaporator.

Berdasarkan aplikasinya mesin refrigerasi dapat dikelompokkan

sebagai berikut:

Tabel 2.1. Aplikasi mesin refrigerasi

Jenis Mesin Refrigerasi ContohRefrigerasi domestik Lemari es, dispenser airRefrigerasi komersial Pendingin minuman botol, box es krim,

lemari pendingian supermarketRefrigerasi industri Pabrik es, cold storage , mesin pendingin untuk

proses industriRefrigerasi transport Refrigerated truc, train and containerPengkondisian udara domestik AC Window, AC split, dan AC controldan komersialChiller Water cooled and air cooled chillersMobile Air Conditioning AC mobil

Sumber: Training Manual, 2004

2.2.2. Siklus Kompresi Uap Standar

Di dalam siklus kompresi uap standar ini, refrigerant mengalami

empat proses ideal, sesuai dengan gambar dibawah ini:

KATUP EKSPANSI

3

2

s 1

2

1 4

4

3

KOMPRESOR

EVAPORATOR

KONDENSOR

T

Qin

Qout

(a) (b)

Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap Standar: (a) Diagram alir proses, (b) Diagram temperatur-entropi

(Training Manual, 2004)


commit to user

8

1. Proses 1-2

Refrigerant meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh

dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap

tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan yang lebih

tinggi (tekanan kondensor). Kompresi ini diperlukan untuk menaikkan

temperatur refrigerant, sehingga temperatur refrigerant di dalam

kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungannya. Dengan

demikian perpindahan panas dapat terjadi dari refrigerant ke lingkungan.

proses kompresi ini berlangsung secara isentropik (adiabatik dan

reversibel).

2. Proses 2-3

Setelah mengalami proses kompresi, refrigerant berada dalam fasa

panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah

wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lingkungan. hal ini

dilakukan pada penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigerant

mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fluida pendingin

(udara) dengan temperatur lebih rendah daripada temperatur refrigerant.

Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigerant ke fluida

pendingin dan sebagai akibatnya refrigerant mengalami penurunan

temperatur dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh,

selanjutnya mengembun menjadi wujud cair jenuh. Proses ini

berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan.

3. Proses 3-4

Refrigerant, dalam wujud cair jenuh (tingkat keadaan 3, gambar

2.1), mengalir melalui alat ekspansi. Refrigerant mengalami ekspansi

pada entalpi konstan dan berlangsung secara tak-reversibel. Selanjutnya

refrigerant keluar dari katup ekspansi berwujud campuran uap-cair pada

tekanan dan temperatur sama dengan tekanan serta temperatur

evaporator.

4. Proses 4-1

Refrigerant, dalam fasa campuran uap-cair, mengalir melalui

sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator,

titik didih refrigerant haruslah lebih rendah daripada temperatur

lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan), sehingga dapat

terjadi perpindahan panas dari media kerja ke dalam refrigerant.

Kemudian refrigerant yang masih berwujud cair menguap di dalam

evaporator dan selanjutnya refrigerant meninggalkan evaporator dalam


commit to user

9

3

4’

3’ 2’

Panas lanjut

Penurunan tekanan

Penurunan tekanan

bawah dingin

h

1’

P

Siklus aktual

Siklus standar

4

2

1

fasa uap jenuh. Proses penguapan tersebut berlangsung secara reversibel

pada tekanan konstan.

2.2.3. Siklus Kompresi Uap Aktual

Pada kenyataannya siklus kompresi uap mengalami penyimpangan

dari kompresi uap standar, sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar

2.2. Perbedaan penting siklus kompresi uap aktual dari siklus standar,

adalah:

1. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan

evaporator.

2. Adanya proses pembawah dingin (sub-cooling) cairan yang

meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi.

3. Pemanasan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum

memasuki kompresor.

4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak

isentropik)

5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.

Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi

proses ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk

mempermudah analisis siklus secara teoritik.

Gambar 2.2. Siklus kompresi uap aktual dan standar.


commit to user

10

2.2.4. Prinsip Kerja AC Domestik (Domestic Air Conditioning)

Pada dasarnya sistem AC domestik bekerja berdasarkan siklus

refrigerasi kompresi uap. AC domestik adalah suatu mesin yang digunakan

untuk:

1. Mengontrol temperatur

2. Mengontrol sirkulasi udara

3. Mengontrol kelembaban

4. Memurnikan udara (purification)

Mesin refrigerasi mempertahankan kondisi baik suhu dan

kelembabannya agar nyaman dengan cara sebagai berikut:

1. Pada saat suhu ruangan tinggi, AC akan mengambil panas dari udara

sehingga suhu di ruangan turun (disebut pendinginan). Sebaliknya saat

suhu ruangan rendah AC akan memberikan panas ke udara sehingga

suhunya naik (disebut pemanasan).

2. Bersamaan dengan itu kelembaban udara juga dapat diatur, sehingga

kelembaban udara dapat dipertahankan.

Dengan demikian untuk menunjang kerja mesin refrigerasi tersebut,

diperlukan cooler (penyejuk), heater (penghangat), dan ventilator. AC

domestik ini terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor,

kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Susunan empat komponen

tersebut secara skematik ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.3. Skema dasar AC domestik sistem siklus kompresi uap.


commit to user

11

2.2.5. Komponen AC Domestik

Pada sistem AC (Air Conditioner) domestik terdiri dari komponen-

komponen sebagai berikut:

1. Sistem sirkulasi refrigerant (kompresor, kondensor, evaporator, dan

katup ekspansi ataui pipa kapiler).

2. Peralatan yang membantu sistem beroperasi dengan unjuk kerja

(Filter/receiver-dryer, thermostat, fan, iddle-up device).

3. Peralatan yang dapat bereaksi ketika masalah terjadi pada sistem

(pressure relieve valve dan pressure switch).

Susunan komponen AC domestik dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.4. Susunan komponen AC domestik sistem siklus kompresi uap

2.2.5.1. Kompresor

Kompresor berfungsi mengalirkan serta menaikkan tekanan

refrigerant dari tekanan evaporasi ke tekanan kondensasi. Meningkatnya

tekanan berarti menaikkan temperatur. Uap refrigerant bertekanan tinggi

di dalam kondensor akan cepat mengembun dengan cara melepaskan

panas ke sekelilingnya.

Kompresor mesin refrigerasi dapat dikelompokkan berdasarkan

gerakan rotor dan berdasarkan letak motor - kompresor. Jenis kompresor

berdasarkan gerak rotor adalah:


commit to user

12

1. Kompresor perpindahan positif (positive displacement):

a. Kompresor torak (reciprocating)

b. Kompresor rotary, seperti: kompresor ulir (screw), kompresor

roller, dan kompresor bilah sudu (vane).

2. Kompresor sentrifugal

Jenis kompresor berdasarkan letak motor dan kompresor adalah:

1. Kompresor tipe terbuka (open type compressor)

2. Kompresor hermetic

3. Kompresor semi hermetic

Gambar 2.5. Kompresor hermetik tipe rotary (Matshusita Rotary Compresor)


commit to user

13

Tabel 2.2. Keterangan gambar kompresor hermetik tipe rotary

(Matshusita Rotary Compresor)

No. Gambar Keterangan No. Gambar Keterangan

1 Discharge Tube 8 Upper Bearing

2 Suction Tube 9 Piston

3 Glass Terminal 10 Cylinder

4 Shell 11 Base

5 Stator 12 Oil Pump

6 Rotor 13 Lower Bearing

7 Shaft 14 Accumulator

Dari penelitian ini kompresor yang digunakan tipe hermetik

dimana kompresor tersebut mempunyai tingkat kerapatan yang baik dan

tidak mudah bocor hal ini dikarenakan motor dan kompresornya

dimasukan bersama-sama dalam rumah kompresor.

Kompresor yang dipakai dalam penelitian ini dengan merk dagang

Panasonic Industrial Company K-series 7070817 dengan daya 2 hp, dan

di bawah ini tabel operasional penggunaanya.

Tabel 2.3. (Panasonic Industrial Company)

114 psig (8 kg/cm2G)

240°F (115°C)

377 psig (26,5 kg/cm2G)

99°F (35°C)

265°F (130°C)motor winding temperature

Maksimum Operating Condition

suction pressure

dischage temperature

dischage presssure

return gas temperature

2.2.5.1.2 Pelumas Kompresor

Oli kompresor diperlukan untuk melumasi bantalan-bantalan

kompresor (bearing), dan komponen yang bergerak dan bergesekan.

Selain itu pelumas kompresor juga harus dapat bersirkulasi bersama-

sama refrigerant melewati komponen-komponen utama AC, sehingga

harus digunakan pelumas khusus yang dapat bercampur dengan

refrigerant dan tidak membeku pada temperatur masuk evaporator.


commit to user

14

Jenis pelumas yang digunakan harus sesuai dengan refrigerant

yang digunakan dalam penelitian ini yaitu Suniso 4G DID warna putih.

Yang mana pelumas tersebut telah dirokemadasikan dari pabrikan

pembuatan kompresor dengan Refrigerant R-22 dan HCR-22.

Kandungan minyak pelumas di dalam kompresor tidak boleh

terlalu banyak atau sedikit. Jika jumlah pelumas terlalu banyak, maka

pelumas akan menempel pada dinding pipa kondensor dan evaporator

sehingga menghalangi perpindahan kalor. Akibatnya kapasitas

pendinginan akan menurun. Jika pelumas dalam kompresor terlalu

sedikit maka akan menyebabkan temperatur kompresor meningkat,

komponen cepat aus dan rusak akibat temperatur yang tinggi.

2.2.5.2. Kondensor

Kondensor digunakan untuk mendinginkan gas refrigerant yang

telah ditekan dan bersuhu tinggi, serta mengubahnya menjadi cairan

refrigerant. Sejumlah panas dilepaskan ke udara bebas melalui

kondensor. Hal ini akan mempengaruhi efek pendinginan di

evaporator, karena itu kondensor diletakkan di bagian atas dari dinding

bagian luar ruang untuk mendapatkan pendinginan dari kipas

kondensor dan aliran udara selama AC domestik beroperasi. (Buku

Pedoman Denso)

Gambar 2.6. Mekanisme kerja kondensor

Untuk memperbaiki kapasitas pendinginan dan mengurangi berat

dan ukuran kondensor, beberapa tipe kondensor telah dikembangkan,

antara lain:

· Tipe laluan tunggal (single pass)

· Tipe laluan ganda (two passage)

· Tipe tiga laluan (three passage)

· Tipe multi laluan (multi passage)


commit to user

15

Sight glass

Out

In

Receiver Tube

Receiver Body Dryer

Desiccant

Filter

Tipe media pendinginannya antara lain :

· Tipe pendingin udara (air cooled condenser)

· Tipe pendingin air (water cooled condenser)

Kondensor yang digunakan pada penelitian ini merupakan water

cooled condenser, yaitu kondensor yang menggunakan air sebagai

media pendinginnya. Selain itu, pelaksanaan perpindahan panasnya

dilakukan dengan aliran air yang dipaksakan (force draught

condenser) dengan menggunakan pompa sebagai pengalir air

pendingin pada kondensor.

2.2.5.3. Receiver / Filter-Dryer

Receiver adalah komponen yang digunakan untuk menyimpan atau

menampung sementara cairan refrigerant. Dryer dan filter di dalam

receiver akan menyerap air dan kotoran yang terbawa bersirkulasi

bersama refrigerant.

Prinsip kerja dari receiver dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Receiver memisahkan refrigerant dalam bentuk gas dari cairan

refrigerant oleh perbedaan berat dan memastikan bahwa aliran yang

mengalir ke katup ekspansi dalam fasa cair.

2. Dryer juga berisi desiccant yang berfungsi menyerap uap air yang

masuk ke dalam sistem DAC (Domestic Air Conditioning) pada saat

servis atau karena adanya kebocoran dan kevakuman pada sisi

tekanan rendah. Untuk sistem DAC R-22 desiccant yang digunakan

adalah silica gel.

3. Sight glass dipasang diatas receiver untuk mengetahui kondisi

jumlah refrigeran di dalam DAC. Jumlah refrigerant yang diisikan

ke dalam sistem sirkulasi penting artinya pada efisiensi pendinginan

AC. Sight glass juga bisa dipasang pada liquid tube diantara receiver

dan katup ekspansi.

Gambar 2.7. Konstruksi Receiver (Training Manual, 2004)


commit to user

16

4. Saringan (filter) dikonstruksi berupa tabung silinder yang di

dalamnya terdiri dari silica gel dan screen. Silica gel berfungsi

menyerap kotoran dan air. Sedangkan screen terbuat dari kawat kasa

yang halus dan berguna untuk menyaring kotoran di dalam sistem

seperti kerak las, karat dan lain-lain.

2.2.5.4. Katup Ekspansi (Expansion Valve)

Setelah melewati receiver cairan refrigerant mengalir ke orifice

(lubang kecil yang tiba-tiba membesar yang disebut katup ekspansi)

akibat dari cairan yang salurannya tiba-tiba membesar, maka kecepatan

refrigerant akan rendah sehingga tekanan menjadi tinggi dan temperatur

menjadi rendah dengan wujud kabut (cair dan uap).

Terdapat dua jenis katup ekspansi, yaitu:

1. Tipe tekanan tetap (constant pressure)

2. Tipe sensor panas (thermal=thermostatic).

a. Jenis Internal Equalizing

b. Jenis External Equalizing

c. Jenis Box/Blok (dengan kontrol temperatur dan tekanan)

Katup ekspansi tipe thermal inilah yang banyak digunakan pada

sistem AC domestik dengan daya yang besar. Hampir seluruh sistem AC

domestik dengan daya yang besar menggunakan katup ekspansi sebagai

alat untuk menurunkan tekanan. Belum ada AC domestik dengan daya

yang besar yang menggunakan pipa kapiler. Pertimbangan penggunaan

katup ekspansi adalah kondisi operasi beban yang berubah-ubah. Pada

sistem AC domestik, perubahan beban pendinginan akan mengakibatkan

berubahnya putaran kompresor. Jika digunakan pipa kapiler, perubahan

laju aliran refrigerant akibat perubahan putaran kompresor tersebut tidak

dapat dikontrol sehingga kondisi refrigerant keluar evaporator tidak

dapat dikontrol. Lain halnya jika menggunakan katup ekspansi yang

Gambar 2.8. Saringan (filter)


commit to user

17

dilengkapi dengan sensing bulb dimana laju aliran refrigerant dapat

dikontrol sehingga kondisi refrigerant selalu dalam keadaan super panas.

Dengan demikian penggunaan katup ekspansi dapat mencegah terjadinya

kerusakan kompresor akibat masuknya refrigerant cair.

Katup ekspansi ini akan mengatur jumlah aliran refrigerant yang

diuapkan di evaporator, akibat dari pengaturan aliran refrigerant ini

maka suhu ruangan dapat diturunkan berdasarkan beban panas yang ada

pada evaporator. Pengaturan aliran ini dilakukan dengan cara mengatur

bukaan celah katup sesuai dengan temperatur refrigerant keluar

evaporator. Gerakan katup ini terjadi akibat adanya perbedaan tekanan,

yaitu antara tekanan di dalam sensing bulb (Pf), dengan tekanan pegas

(Ps), dan tekanan evaporator (Pe).

Pada beban pendinginan tinggi (temperatur pada ruangan tinggi),

temperatur dan tekanan uap keluaran evaporator tinggi. Akibatnya

temperatur dan tekanan pada sensing bulb juga tinggi. Selanjutnya uap

bertekanan tinggi di dalam sensing bulb akan menekan katup ke bawah

dari diafragma, sehingga katup terbuka lebar, memungkinkan refrigerant

mengalir lebih banyak. Sebaliknya ketika beban pendinginan rendah,

katup akan membuka sedikit sehingga aliran refrigeran kecil.

Pada penelitian ini digunakan Thermal expansion valve tipe

internal equalizing type, yaitu ketika tekanan gas di dalam evaporator

stabil, tekanan Pf diimbangi oleh tekanan Pe dan Ps. Pembukaan valve

menjadi stationer dan refrigerant mengalir tetap.

Gambar 2.9. Katup Ekspansi Tipe Internal Equalizing


commit to user

18

Gambar 2.10. Skema Katup Ekspansi Tipe Internal Equalizing (Training Manual, 2004)

2.2.5.5. Evaporator

Proses yang terjadi dalam evaporator adalah proses evaporasi,

yaitu penguapan refrigerant fasa cair menjadi fasa uap. Kegunaan

evaporator adalah kebalikan dari kondensor. Keadaan refrigerant

sebelum katup ekspansi masih 100% cair. Segera setelah tekanan cairan

turun, cairan mulai mendidih kembali sambil menyerap panas dari udara

yang melewati sirip-sirip (fin) pendingin evaporator, dan mendinginkan

udara.

Gambar 2.11. Konstruksi evaporator (Toyota Service training, 1995)

Evaporator terbuat dari bahan alumunium dan memiliki 3 tipe, yaitu:

1. Tipe Plate Fin

2. Tipe Serpentine

3. Tipe Drawn Cup


commit to user

19

Tipe evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe

plate fin. Evaporator merupakan komponen yang penting dalam sistem

AC. Konstruksi dan kondisi dari evaporator mempunyai efek yang besar

pada efisiensi AC.

Pembekuan dan pembentukan es terjadi terutama pada sirip-sirip

evaporator dan menjadi dingin sampai di bawah temperatur

pengembunan, uap air mengembun dan menempel pada sirip evaporator

dalam bentuk tetesan air. Bila pada saat ini sirip telah menuju dingin

sampai pada suhu dibawah 0 oC (32 oF), air yang menempel dapat

menjadi es. Bila hal ini terjadi efisiensi pemindahan panas pada

evaporator akan turun, aliran udara yang melewati evaporator berkurang

dan kemampuan pendinginan menjadi rendah.

2.2.6. Refrigerant

Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu

bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau

sebaliknya. Bahan pendingin ini disebut dengan refrigerant. Refrigerant

adalah suatu zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair atau

sebaliknya dan dapat mengambil panas dari evaporator dan membuangnya

di kondensor.

Jenis-jenis refrigerant yang digunakan dalam sistim kompresi uap

terdapat berbagai jenis refrigerant yang digunakan dalam sistim kompresi

uap. Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam

pemilihan fluida.

Syarat thermodinamika yang umum untuk refrigerant adalah:

1. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan.

2. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara,

minyak pelumas, dan sebagainya.

3. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada

sistem pendingin.

4. Bila terjadi kebocoran, mudah diketahui dengan alat-alat yang

sederhana maupun dengan alat detector kebocoran.

5. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.

6. Mempunyai susunan struktur kimia yang stabil, tidak terurai.

7. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap

evaporator sebesar-besarnya.

8. Tidak merusak tubuh manusia.


commit to user

20

9. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar tahanan aliran

refrigerant dalam pipa sekecil mungkin.

10. Konstanta dielektrika dari refrigerant yang kecil, tahanan listrik yang

besar serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik.

11. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigerant dapat dikelompokkan menjadi:

1. Kelompok refrigerant senyawa halokarbon. (R-11,R-12,R-22,R-134a)

2. Kelompok refrigerant senyawa organik cyclic. (R-C316,R-C317,R-

318)

3. Kelompok refrigerant campuran Zeotropik. (R-401A,R-402B,R-403B)

4. Kelompok refrigerant campuran Azeotropik. (R-500, R-502)

5. Kelompok refrigerant senyawa organik biasa. (R-600, R-600a, R-610,

dsb)

6. Kelompok refrigerant senyawa anorganik. (R-702, R-704, R-717, dsb)

7. Kelompok refrigerant senyawa organik tak jenuh. (R-1130, R-1150,

R-1270)

Dibawah ini penggunaan beberapa refrigerant dalam kehidupan sehari-hari.

Tabel 2.4. Aplikasi refrigerant dalam kehidupan sehari-hari

Refrigeran Jenis kompresor Keterangan penggunaan

Amonia Screw Unit pembuat es, ruang dingin,

pendingin larutan garam, peti es, pendinginan pabrik kimia. Reciprocating

R-11 Sentrifugal Pendingin air sentrifugal.

R-12 Sentrifugal Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan air sentrifugal ukuran besar, AC mobil.

R-12 Reciprocating

R-12 Rotary

R-134a Reciprocating AC mobil

R-134a Screw AC mobil

R-22 Sentrifugal Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan, beberapa unit refrigerasi, unit temperatur rendah, pendinginan air sentrifugal temperatur rendah ukuran besar.

R-22 Reciprocating

R-22 Scrol

R-22 Screw

R-500 Torak Refrigerasi pada umumnya,

pendinginan, pendingin air sentrifugal temperatur rendah Sentrifugal

Sumber: Training Manual, 2004


commit to user

21

Refrigerant yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga

chlorinated fluorocarbons (CFCs, kondenser evaporator disebut juga freons): R-

11, R-12, R-21, R-22 dan R-502. Sifat-sifat bahan refrigerant tersebut diberikan

dalam Tabel 2.4 dan 2.5 di bawah:

Refrigeran Titik

Didih** Titik Beku

Tekanan Uap*

Volume Uap* Entalpi*

(°C) (°C) (kPa) (m3/kg) Cair Uap (kJ/kg) (kJ/kg)

R-11 -23.82 -111.0 25.73 0.61170 191.40 385.43 R-12 -29.79 -158.0 219.28 0.07702 190.72 347.96 R-22 -40.76 -160.0 354.74 0.06513 188.55 400.83

R-502 -45.40 - 414.30 0.04234 188.87 342.31 R-717

(Ammonia) -33.30 -77.7 289.93 0.41949 808.71 487.76

* Pada -10oC

* Pada Standar Tekanan Atmosfir (101,325 kPa)

Refrigeran

Tekanan Tekanan Perbandingan Entalpi

Uap COP**carnot Penguapan Kondensasi Tekanan (kJ/kg)

(kPa) (kPa) R-11 20.4 125.5 6.15 155.4 5.03 R-12 182.7 744.6 1.08 116.3 4.7 R-22 295.8 1192.1 4.03 162.8 4.66

R-502 349.6 1308.6 3.74 106.2 4.37 R-717

(Ammonia) 236.5 1166.5 4.93 103.4 4.78

* Pada -15oC Suhu Penguapan, dan 30oC Suhu Kondensor

* COP carnot = Koefisien Kinerja = Suhu.Penguapan / (Suhu.Kondensor-Suhu.Penguapan)

Tabel 2.5. Sifat-sifat refrigerant yang biasa digunakan (Arora, C. P., 2000).

Tabel 2.6. Kinerja refrigerant yang biasa digunakan ( Arora, C.P., 2000 ).


commit to user

22

Tabel 2.7. Perbandingan refrigerant Sintetik dengan Refrigerant Hycool.

No. Data Refrigeran Refrigeran Sintetik Hycool®

R-12 R-

134a R-22 HCR-

12 HCR-134a

HCR-22

1 Moleccular weight 120.9 102.0 52.1 52.1 44.7 2 Boiling @ atmosphere (oC) -29.8 -26.4 -49.8 -36.0 -36.0 -41.8

3 Specific heat of liquid @ 30oC (kJ/kgoK) 0.99 1.45 1.27 2.54 2.54 2.80

4 Specific heat of vapor at conmstant pressure @ 30oC 0.62 0.86 - 1.70 1.70 -

5 Ratio of specific heats (Cp/C) @ 1 atm. 30oC 1.136 1.118 1.18 1.116 1.116 1.10

6 Density of liquid @ 30oC (Mg/m3) 1.292 1.187 1.170 0.517 0.517 0.484

7 Density of saturated vapor at boiling point (kg/m3) 6.3 5.3 4.7 2.6 2.6 2.4

8 Latent heat of vaporization at boiling point (kg/m3) 165 217 233 405 405 426

9 Thermal conductivity of liquid @ 30oC (W/moC) 0.07 0.08 0.09 0.1 0.1 0.09

10 Thermal conductivity of vapor @ 30oC (W/moC) 0.01 0.015 0.013 0.018 0.018 0.019

11 Surface Tension @ 25oC (mN/m) 8.5 8.4 8.1 8.6 8.6 7.03

12 Viscosity of liquid @ 30oC (centipoise) 0.19 0.20 0.15 0.11 0.11 0.09

13 Viscosity of vapor at 1 atm, 30oC (centipoise) 0.013 0.012 0.013 0.008 0.008 0.006

Refrigerant sintetik seperti kelompok refrigerant halokarbon yang memiliki

sifat-sifat teknis yang sangat baik ternyata menimbulkan efek perusakan

lingkungan hidup. Refrigerant ini mempunyai kontribusi terhadap perusakan

lapisan ozon atau pemanasan global. Nilai ODP (Ozone Depleting Potential),

GWP (Global Warming Potential) dapat dilihat pada Gambar 2.12 dan Gambar

2.13. sedangkan umur refrigerant tersebut di atmosfer ditunjukkan pada Gambar

2.14

1.00 1.00

1.07

0.80

0.52

0.74

0.29

0.060.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

R-1

1

R-1

2

R-1

13

R-1

14

R-1

15

R-5

00

R-5

02

R-2

2

R-1

23

R-3

2

R-1

25

R-1

34a

R-1

43a

R-7

17

R-7

44 HC

OD

P

Gambar 2.12. Nilai ODP berbagai refrigerant. (Training Manual, 2004)


commit to user

23

Gambar 2.13. Nilai GWP berbagai refrigerant. (Training Manual, 2004)

Gambar 2.14. Umur berbagai refrigerant di atmosfer. (Training Manual, 2004)

Dari Gambar 2.12 dan 2.13 diatas dapat terlihat bahwa refrigerant

halokarbon (R-11, R-12, R-22, dsb) yang telah dilarang pada umumnya

mempunyai nilai ODP dan GWP yang tinggi. Jadi refrigerant ini selain merusak

ozon juga menimbulkan efek pemanasan global. Dari gambar tersebut juga dapat

terlihat bahwa refrigerant HCFC (R-22) yang nilai ODPnya kecil tetapi memiliki

GWP yang relatif besar. Refrigerant non CFC seperti R-134a meskipun

mempunyai ODP yang bernilai nol tetapi memiliki GWP 1300 yang setara dengan

1,3 ton CO2. Refrigerant alamiah seperti hidrokarbon dan CO2 memiliki baik

ODP dan GWP yang rendah. Dengan demikian refrigerant yang dipilih untuk

digunakan dalam jangka panjang haruslah refrigerant yang memiliki ODP dan

GWP yang kecil dan mempunyai umur yang pendek apabila terlepas ke atmosfer.

3500

7300

5000

9200 9320

5210

4510

1700

93

650

2800

1300

3800

0 1 3

01000

2000300040005000

6000700080009000

10000

R-1

1

R-1

2

R-1

13

R-1

14

R-1

15

R-5

00

R-5

02

R-2

2

R-1

23

R-3

2

R-1

25

R-1

34a

R-1

43a

R-7

17

R-7

44 HC

GW

P

60

130

90

200

400

96

212

152 6

2816

41

1

120

1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

R-1

1

R-1

2

R-1

13

R-1

14

R-1

15

R-5

00

R-5

02

R-2

2

R-1

23

R-3

2

R-1

25

R-1

34a

R-1

43a

R-7

17

R-7

44

HCL

IFE

TIM

E IN

AT

MO

SP

HE

RE

, Y

EA

RS


commit to user

24

2.2.6.1. Refrigeran HCR-22

Refrigerant Hydrocarbon terbuat dari campuran yang terdiri dari :

propane, normal butane, dan iso butane, termasuk dalam kategori HC

refrigerant yang bebas klorin dan fluor sehingga tidak merusak lapisan

ozon di atmosfer. ( Hycool, PT. Citra Total Buana Biru ). Selain itu,

HCR-22 mempunyai global warming 100% lebih rendah dari HCFC

refrigerant, sehingga efek rumah kaca dapat dihindari. Refrigerant

HCR-22 mempunyai sifat-sifat termodinamika yang mirip dengan R-22.

Nilai efek refrigerasi antara R-22 dengan HCR-22 tidak berbeda jauh.

Oleh karena itu, Hycool HCR-22 adalah refrigerant yang sesuai sebagai

pengganti penggunaan R- 22.

Tabel 2.8. Material Safety Data Sheet dari HCR-22.

( Hycool , PT. Citra Total Buana Biru, 2001)

IDENTIFICATION Product Name: Hycool HCR-22 UN Number: 1075 Dangerous Good: Class 2 Subs diary Risk: None Poisons Schedule: None Allocated Manufacture Code: HCR-22 Refrigerant Class A3 Non Toxic Flammable US NFPA Classification Health:1 Flammability:3 Reactivity:0 Application standard: BS 4434-1995 AS/NS 1677-1998 SNI-06-6500- SNI-06-6501.2-2000 SNI-06-6501.1-2000 2000 Use: A gas used as refrigerant for replacement of R-22, stored Under pressure PHYSICAL PROPERTIES Appearance Rapidly evaporating liquid or gas, colorless, and odorless Normal Boiling Point (NBP) oC -41.8 Density of liquid @ NBP kg/m3 549 Density of Vapor @ NBP kg/m3 2.40 Melting Point oC -185 Solubility in water very slight Vapor pressure at 20oC bar 8.37 Auto ignition temperature oC 450 Lower Flammability Limit % vol 2.1 in air Upper Flammability Limit % vol 9.6 in air Evaporation rate Rapid % volatility % 100 INGREDIENT Chemical entity Proportion Propane 0 – 98 % Normal butane 0 – 2 % Iso butane 0 – 2 %


commit to user

25

2.2.7. Persamaan Dalam Perhitungan

Gambar 2.15. Diagram alir proses kompresi uap standar.

(Training Manual, 2004)

2.2.7.1.Perhitungan Secara Ideal. (Moran, Michael J., & H. N. Shapiro, 2000)

1. COP siklus kompresi uap standar (COPR)

COPR = = ).(

).(

42

41

hhm

hhm

ref

ref

-

- (2.1)

Dimana :

Qevap = Kalor yang diserap evaporator (kW)

Wkomp = Daya kompresor (kW)

= Laju aliran massa (kg/s)

h1 = Enthalpi gas refrigerant pada tekanan evaporator (kJ/kg)

h2 = Enthalpi gas refrigerant pada tekanan kondensor (isentropik)

(kJ/kg)

h4 = Enthalpi cairan refrigerant pada tekanan kondensor (kJ/kg)

2. Efek refrigerasi (q)

Efek Refrigerasi = h1 – h4 (kJ/kg) (2.3)

dimana:

h1 = Enthalpi gas refrigerant pada tekanan keluar evaporator (kJ/kg)

h4 = Enthalpi cairan refrigerant pada tekanan masuk evaporator (kJ/kg)

KATUP EKSPANSI

1

2

4

3

KOMPRESOR

EVAPORATOR

KONDENSOR

Qin

Qout

Qevap

Wkomp

refm&


commit to user

26

refm&

2.2.7.2.Perhitungan Secara Aktual

1. COP Aktual.

COPaktual = = (2.4)

dimana:

h1’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator atau masuk kompresor

(kJ/kg)

h2’ = Enthalpi refrigerant keluar kompresor (kJ/kg)

h4 = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

2. Laju aliran massa aktual.

= r . Q (kg/s) (2.5)

dimana:

r = Densitas refrigerant (kg/m3)

Q = Debit aliran refrigerant (m3/s)

3. Perhitungan aktual pada evaporator.

Efek refrigerasi (qaktual). (Stoecker, Wilbert F.,& J.W. Jones, 1996)

Efek refrigerasi = h1’ – h4’ (kJ/kg) (2.6)

dimana:

h1’ = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h4’ = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

Kapasitas refrigerasi (Qevap). (Moran, Michael J., & H. N. Shapiro, 2000)

Qevap = . (h1’-h4’) (kW) (2.7)

Dimana :

= Laju aliran massa refrigerant (kg/s)



4. Perhitungan Laju Pendinginan Pada Kondensor ( Q )

airair hmQ .= (kW) (2.8)

Dimana :

= Laju aliran air (kg/s)

kJ/kg = Enthalpi air di kondensor (kJ/kg)

Qevap

Wkomp

. (h1’ – h4)

. (h2’ – h1’) refm&

refm&

refm&

refm&

m&


commit to user

27

BAB III

PELAKSANAAN PENELITIAN

3.1. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan

Thermodinamika Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

3.2. Perancangan dan Pembuatan

Dalam awal perencanaan pembuatan sistem refrigrasi harus

diperhatikan tentang refrigerant yang dipakai, karena tiap kompresor

mempunyai spesifikasi pemakaian refrigerant tersendiri. Untuk pemilihan

refrigerant 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.

Dalam penelitian ini refrigerant yang digunakan adalah HCR-22 dan

R-22, untuk itu dibutuhkan perencanan jenis pemakain dari kompresor yang

akan digunakan. Dibawah ini susunan perencanaan mesin refrigerasi yang

digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.1. Skema mesin refrigrasi


commit to user

28

Keterangan Gambar :

1. Kompresor

2. Evaporator

3. Kondensor

4. Katup Ekspansi

5. Flow Meter

6. Filter dan Receiver

7. Pressure Guide dan Termocople

8. Pompa Air

9. Bak Penampung Air

10. Kran air

Setelah Proses perencanaan yang harus dilakukan adalah perakitan,

pada proses perakitan terdiri dari beberapa tahap:

1. Pembuatan meja kerja untuk meletakkan kompenen dari AC Domestik

2. Pemotongan pipa, flaring dan swaging

3. Proses Pengelasan

Proses pengelasan pada pipa mesin pendingin adalah sebagai berikut :

a. Bersihkan kedua permukaan pipa yang akan di las.

b. Rapatkan kedua permukaan pipa yang akan di las.

c. Arahkan api di dalam pipa yang akan di las yang tebal.

d. Untuk pengelasan dengan bahan yang berlainan yang akan disambung

maka pada waktu pengelasan, panas api kedua bahan tersebut harus

sama-sama rata.

e. Panjang pipa yang akan disambung (las) masing-masing ± 5 cm.

f. Jika yang di las pada rak yang lubangnya besar maka dapat ditambal

dulu baru di las.

g. Untuk hasil yang maksimal untuk pengelasan maka dibelakang pipa

yang di las diberi tameng berupa genteng yang terbuat dari tanah.


commit to user

29

3.3. Alat dan Bahan Penelitian

3.3.1 Bahan penelitian

Pada penelitian ini refrigerant yang digunakan adalah:

1. Refrigerant R-22 (Dupont)

Gambar 3.2. Tabung Refrigerant R-22.

2. Refrigerant HCR-22 (Hycool)

Gambar 3.3. Tabung Refrigerant HCR-22

3.3.2 Alat Penelitian

Alat- alat yang menujang dalam penelitian ini dijelaskan di bawah ini.

1. Flowmeter

Flowmeter digunakan untuk mengukur debit dari aliran

refrigerant. Flowmeter diletakkan diantara receiver dan katup ekspansi

dengan tujuan agar refrigerant yang mengalir adalah dalam fase cair

jenuh. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan disesuaikan dengan

Flowmeter Calibration Data, yang tercantum dalam lampiran.


commit to user

30

Flowmeter yang digunakan adalah Variable Area Glass

Flowmeter Dwyer tipe VA20440 dengan spesifikasi:

· Service : Compatible gases or liquid · Flowtube : Borosilicate glass · Floats : Stainless steeel · End fittings : Anodized Alumunium · O-rings : Fluoroelastomer · Connections : Two 1/8 ” female NPT · Temperature limits : 121 oC · Pressure limits : 200 psig (13,8 bar) · Accuracy : + 2% · Repeatability : + 0,25% full scale · Mounting : vertical

Gambar 3.4. Flowmeter

2. Termometer

Termometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah

termometer digital, yang fungsinya untuk mengukur temperatur air

keluar dan masuk bak pada evaporator dan kondensor.

Gambar 3.5. Termometer digital


commit to user

31

3. Fluke Power Quality Analyzer

Pada penelitian ini, fluke digunakan untuk mengukur daya dari

motor listrik dan pompa.

Gambar 3.6. Fluke Power Quality Analyzer

4. Termokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur suhu refrigerant di

dalam sistem refrigerasi. Termokopel yang digunakan adalah tipe T

yang merupakan paduan dari copper dan constantan dengan ketelitian

+ 0,03oC. Termokopel ini mempunyai range temperatur antara -140

sampai 240oC. Pada penelitian ini termokopel dimasukkan ke dalam

pipa kemudian dilem dengan lem apoxy dan plastic steel.

Gambar 3.7. Termokopel tipe T

Gambar 3.8. Pemasangan termokopel tipe T pada pipa

termocopel

Plastic steel

pipa

Lem apoxy apoxy


commit to user

32

5. Reader Termokopel

Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang diukur

oleh sensor termokopel.

Gambar 3.9. Reader Termokopel

6. Peralatan pendukung pengujian sistem AC domestik

6.1. Manifold Gauge, berfungsi untuk mengetahui tekanan dan mengatur aliran

refrigerant serta memvakum dan mengisi refrigeran .

Gambar 3.10. Manifold gauge.

6.2. Flaring and sweaging, untuk memperbesar diameter ujung pipa.

Gambar 3.11. Flaring and sweaging


commit to user

33

6.3. Leak detector, untuk mengetahui kebocoran pipa.

Gambar 3.12. Leak detector

6.4. Pembengkok pipa, untuk membengkokkan pipa.

Gambar 3.13. Pembengkok pipa

6.5. Kunci inggris, untuk mengunci atau membuka baut atau nut pipa.

Gambar 3.14. Kunci inggris

6.6. Tube cutter, untuk memotong pipa.

Gambar 3.15. Tube cutter


commit to user

34

6.7. Burner , perak las, dan gas Hi-cook, untuk mem-brazing pipa.

Gambar 3.16. Burner.

6.8. Kunci Pentil, untuk memutar pentil agar lebih erat (tidak bocor) serta untuk

membuka pentil.

Gambar 3.17. Kunci Pentil

6.9. Pompa Vakum.

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigerant dari sistem

sehingga dapat menghilangkan gas-gas yang tidak terkondensasi seperti

udara dan uap air. Lama proses pemvakuman disarankan 30 menit, agar

proses refrigrasi dalam sistem menjadi baik

Gambar 3.18. Pompa Vakum


commit to user

35

6.10. Timbangan ini digunakan untuk mengukur berat refrigerant yang akan

diisikan kedalam sistem AC domestik.

Gambar 3.19. Timbangan digital.

3.4. Pelaksanaan Penelitian

Pengujian dilakukan pada sistem AC Domestik dengan variasi beban

pendinginan di evaporator. Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan data

berdasarkan variasi beban pendinginan adalah:

1. Tahap persiapan.

Persiapan dan pemasangan seluruh alat ukur yang digunakan dalam

pengujian, seperti : flow meter, pressure gauge, thermocopel, Fluke

Power Quality Analyzer.

2. Tahap pengujian.

a. Melakukan vakumisasi untuk mengeluarkan sisa-sisa refrigerant,

kotoran-kotoran dari sistem refrigerasi tersebut.

b. Mengisi pelumas kompresor ke dalam sistem.

c. Sebelum dimulai, dilakukan pengecekan kebocoran dengan mengisi

refrigerant sampai tekanan tertentu, kemudian dilakukan pengecekan

pada katup tekan, bila terjadi penurunan tekanan maka terjadi kebocoran.

d. Mengisi refrigerant sampai berat tertentu (R-22, 900 gram ) dan

mencatat berat refrigerant yang dimasukkan ke dalam sistem.

e. Dipasang heater dengan daya 1000 W.

f. Percobaan dilakukan sebanyak 4 variasi laju pendinginan kondensor

untuk setiap refrigerant, yaitu dengan mengatur bukaan katup air dengan

debit air konstan (laju pendinginan kondensor) : ¼ (18,7429 kW), ½

(21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW)


commit to user

36

g. Sistem AC domestik siap dijalankan.

h. Nyalakan power supply.

i. Menjalankan dan mencatat tiap 10 menit sistem pengkodisian udara

selama 1 jam.

j. Setelah itu, mencatat seluruh data temperatur refrigerant dan air, tekanan

refrigerant dan laju aliran massa refrigerant dan air.

k. Data diperoleh sebanyak 6 kali per bukaan katup (laju pendinginan

kondensor).

l. Mengulangi percobaan menggunakan heater dengan daya 2000 W.

m. Percobaan dilakukan sebanyak 4 variasi laju pendinginan kondensor



(21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW)

n.. Mengulangi langkah (f) – (k).

o. Mengulangi percobaan menggunakan heater dengan daya 3000 W.

p. Percobaan dilakukan sebanyak 4 variasi laju pendinginan kondensor



(21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379 kW)

q. Mengulangi langkah (f) – (k).

r. Setelah melakukan pengujian, matikan semua power supply dan

mengganti refrigerant yang akan diuji, yaitu HCR-22. Untuk refrigerant

HCR-22, massa pengisian refrigerant 1/3 dari massa R-22.

s. Mengulangi langkah (a) – (r).

t. Setelah pengujian selesai matikan semua power supply.


commit to user

37

3.5. Teknik Analisis Data

Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data

yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap:

· Coefficient of Performance Refrigeration (COPo)

· Laju Pendinginan Kondensor (q)

· Kerja Kompresor (W)

· Kapasitas Refrigerasi(Wref)


commit to user

38

3.6. Diagram Alir Penelitian

Pengambilan data

Variasi beban pendinginan pada evaporator dan laju pendinginan pada kondensor

Hasil dari refrigerant

HFC-22

Analisa data

Hasil dari refrigerant

HCR-22

· Kapasitas Refrigerasi Sesungguhnya (q) · Coefficient of Performance Sesungguhnya (COP) · Laju Pendinginan Kondensor ( q ) · Kerja Kompresor (W)

Mulai

Persiapan : Alat penguji AC domestik, Refrigerant

R-22, Refrigerant HCR-22

· Temperatur refrigerant dan air · Tekanan refrigerant · Laju aliran volume refrigerant

dan air

Kesimpulan

Selesai

Analisa


commit to user

39

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh unjuk kerja AC domestik

dengan refrigerant R-22 dan HCR-22. Pengujian ini dilakukan dengan variasi

beban pendinginan di evaporator dengan menggunakan heater dengan daya 1000

W, 2000 W dan 3000 W, serta pengaturan katup bukaan beban pendinginan di

evaporator dan pengaturan katup bukaan laju pendinginan kondensor dengan

bukaan katup air ¼ (18,7429 kW), ½ (21,1876 kW), ¾ (26,0600 kW), 1 (34,3379

kW) di masing-masing katup air di evaporator dan kondensor. Parameter yang

diambil dalam pengujian ini adalah tekanan, temperatur, laju massa refrigerant,

suhu air keluar-masuk evaporator dan suhu air keluar-masuk kondensor, arus dan

tegangan pada kompresor, serta debit air masuk evaporator dan debit air masuk

kondensor. Waktu pengujian dilakukan selama 1 jam dan diambil tiap 10 menit

agar dapat diketahui proses refrigerasi dalam sistem, yang mulai menuju ke

kondisi yang stabil.

4.1. Pengolahan Data Pengujian

4.1.1. Menentukan Temperatur dan Tekanan Sistem AC Domestik

Selama pengujian perlu diatur bukaan katup sesuai dengan variasi

pengujiannya. Di bawah ini adalah skema pengamatan suhu dan tekanan

dari pengujian refrigeran R-22 dengan variasi beban pendinginan

evaporator dan laju pendinginan kondensor :

Gambar 4.1. Skema pengukuran tekanan dan suhu


commit to user

40

3 2

h

P

4 1

Pkond

Pevap

4.1.2. Perhitungan Secara Ideal

Skema siklus kompresi uap standar:

Gambar 4.2. Diagram p-h siklus kompresi uap standar

Dalam perhitungan secara ideal, di bawah ini langkah-langkah perhitungan

dan asumsi-asumsi yang digunakan :

3. Kondisi refrigerant masuk kompresor adalah uap jenuh

4. Kerja kompresi isentropik ( 1 2 )

5. Katup Ekspansi (terjadi proses throttling) ( 3 4 )

6. Tidak ada perubahan energi kinetik dan energi potensial pada semua

komponen

7. Kondisi refrigerant keluar kondensor adalah cair jenuh

8. Proses pengembunan terjadi pada tekanan konstan ( 2 3 )

9. Proses penguapaan terjadi pada tekanan konstan ( 4 1 )

4.1.3. Perhitungan Secara Aktual.

Pada siklus aktual terjadi perbedaan bila dibandingkan dengan siklus

ideal, antara lain:

1. Terjadi penurunan tekanan pada proses kondensasi dan

evaporasi.

2. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak

isentropik)


commit to user

41

Skema siklus aktual:

Gambar 4.3. Diagram p-h siklus aktual

4.2 Perhitungan dan Analisa

4.2.1 Menghitung Laju massa refrigerant, laju pendinginan kondensor dan

enthalpi

4.2.1a. Laju massa refrigerant dari flowmeter

Sesuai dengan persamaan maka:

= r . Q (kg/s)

dimana:

r = Densitas refrigerant (kg/m3)

Q = Debit refrigerant (m3/s)

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan

pada evaporator 1000 W, bukaan katup air masuk di evaporator ¼, pada

laju pendinginan kondensor dengan bukaan katup air di kondensor ¼ :

Dari kondisi cairan sub-cooled yang melewati flowmeter diperoleh:

Debit, Q = 1,01E-05 m3/s

T = 28,1 ºC ρ = 1177,58 kg/m3

P = 1,039 MPa

Sehingga :

refm& = ρ .Q

= 1177,58 kg/m3 x 1,01E-05 m3/s

= 0,01195 kg/s

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel refm& HCR-22

dan R-22

2’ 3’

4’

1’

refm&


commit to user

42

Tabel 4.1. Laju massa refrigerant HCR-22 untuk variasi beban pendinginan

1000 W

Debit air di kondensor Q T P ρ

(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s)1,60E-04 1,01E-05 28,1 1039,08 1177,58 0,011951,81E-04 9,82E-06 27,5 1018,39 1180,36 0,011932,23E-04 9,69E-06 27,1 990,812 1184,1 0,011972,94E-04 9,90E-06 27,2 990,812 1184,1 0,01210

refm&


2000 W


(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s)1,60E-04 1,04E-05 28,2 1045,97 1176,66 0,012251,81E-04 1,04E-05 27,8 1004,6 1182,22 0,012312,23E-04 1,04E-05 27,7 1004,6 1182,22 0,012302,94E-04 1,01E-05 27,2 983,917 1185,04 0,01195

refm&


3000 W


(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s)1,60E-04 1,13E-05 28,9 1039,08 1177,58 0,01326

1,81E-04 1,13E-05 28,8 1004,60 1182,22 0,01333

2,23E-04 1,13E-05 28,7 1004,60 1182,22 0,01334

2,94E-04 1,10E-05 27,4 983,92 1185,0 0,01299

refm&

Tabel 4.4. Laju massa refrigerant R-22 untuk variasi beban pendinginan

1000 W



1,81E-04 2,18E-05 29,6 1240,41 1151,6 0,0251

2,23E-04 2,16E-05 29 1252,82 1150,06 0,0249

2,94E-04 2,19E-05 28,9 11,97 1150,06 0,0252

refm&


commit to user

43


2000 W


(m3/s) (m3/s) (oC) (kPa) (kg/m3) (kg/s)1,60E-04 2,18E-05 29,3 1266,61 1148,36 0,02501,81E-04 2,20E-05 29 1266,61 1148,36 0,02532,23E-04 2,21E-05 31,1 1287,3 1145,83 0,02542,94E-04 2,21E-05 31,4 1252,82 1150,06 0,0254

refm&


3000 W



1,81E-04 2,29E-05 29,4 1363,14 1136,73 0,0260

2,23E-04 2,26E-05 30,1 1363,14 1136,73 0,0257

2,94E-04 2,29E-05 31,7 1370,04 1135,91 0,0260

refm&

4.2.1.b. Menghitung Laju Pendinginan Kondensor

Sesuai dengan persamaan maka:

Laju Pendinginan Kondesor (q) = ρair . Qair . hair kond (kW)

dimana:

r = Densitas air di kondensor (kg/m3)

Q = Debit air di kondensor (m3/s)

hair kond = enthalpi air di kondensor (kJ/kg)

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan

pada evaporator 1000 W, bukaan katup air masuk di evaporator ¼, pada

laju pendinginan kondensor dengan bukaan katup air di kondensor ¼

diperoleh:

Suhu air, tin kond = 26,8 oC ρair = 996,624 kg/m3

Debit, Q = 1,60.10-4 m3/s hair = 112,384 kJ/kg

Sehingga ;

q = ρair .Qair . hair (kW)

= 996,624 kg/m3 x 1,60.10-4 m3/s x 112,384 kJ/kg

= 17,9495 kW


commit to user

44

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel laju

pendinginan kondensor (q) HCR-22 dan R-22

4.2.1.c. Ideal

Data pengujian refrigerant HCR-22 dengan beban pendinginan pada

evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor sebesar 17,9495

kW :

Titik 1. Kondisi uap jenuh keluar evaporator P1 = 0,184 MPa h1 = hg = 438,90 kJ/kg s1 = sg = 1,7850 kJ/kg K Titik 2. Kondisi uap panas lanjut keluar kompresor P2 = 1,101 MPa h2 = 522,50 kJ/kg s2 =s1 = 1,7850 kJ/kg K Titik 3. Kondisi cairan jenuh keluar kondensor P3 = P2 = 1,101 MPa h3= hf = 178,10 kJ/kg Titik 4. Kondisi campuran uap dan cairan masuk evaporator h4 = h3 = 178,10 kJ/kg

Tabel 4.7. Enthalpi ideal HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W

LajuPendinginanKondensor

(kW) (kJ/kg) (kJ/kg K) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)17,9495 438,9 1,785 522,2 178,1 178,120,2907 436,5 1,797 520,9 174,8 174,824,9080 435,3 1,792 521,5 171,5 171,532,8200 434,8 1,792 523,8 163,1 163,1

h3 h4

Beban Pendinginan 1000 W

h1 s1 h2




h4


h1 s1 h2 h3


commit to user

45




h4


h1 s1 h2 h3

Tabel 4.10. Enthalpi ideal R-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W



h4


h1 s1 h2 h3




h4


h1 s1 h2 h3




h4


h1 s1 h2 h3


commit to user

46

4.2.1.d. Aktual


evaporator 1000 W, pada laju pendinginan kondensor 17,893 kW

Titik 1. Kondisi uap jenuh keluar evaporator

T1 = 22,8 ºC h1’ = 520,7 kJ/kg

P1 = 0,122 MPa

Titik 2. Kondisi uap panas aktual keluar kompresor

T2 = 94,2 ºC h2’ = 632,9 kJ/kg

P2 = 1,101 MPa

Titik 3. Kondisi cairan refrigerant keluar kondensor

T3 = 28,4 ºC h3’ = 169,7 kJ/kg

P3 = 1,059 MPa

Titik 4. Kondisi campuran uap dan cairan keluar katup ekspansi

h3’ = h4’ = 169,7 kJ/kg

Tabel 4.13. Enthalpi aktual HCR-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W


(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)17,9495 520,7 633,2 169,70 169,7020,2907 522,6 640,0 168,60 168,6024,9080 523,1 642,1 167,20 167,2032,8200 524,0 643,6 166,90 166,90


h1' h2' h3' h4'



(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)18,0815 520,4 637,2 170 17020,4399 523,2 642 168,3 168,325,0010 523,9 644 168,3 168,332,9425 525 649,2 167,8 167,8


h1' h2' h3' h4'


commit to user

47



(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)17,9495 521 641 170,8 170,820,2907 524,7 645,6 170 17025,0010 525,2 647 169,2 169,232,9425 525,6 650 169,5 169,5


h1' h2' h3' h4'

Tabel 4.16. Enthalpi aktual R-22 untuk variasi beban pendinginan 1000 W




h1' h2' h3' h4'



(kW) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)19,6026 269,9 328,4 84,04 84,0422,1594 272 331,5 83,27 83,2727,3036 272,7 333 84,81 84,8135,9765 273,2 332,9 87,3 87,3


h1' h2' h3' h4'





h1' h2' h3' h4'


commit to user

48

4.2.2 Perhitungan Ideal

4.2.2.1. Kapasitas Refrigerasi



kW

Qevap = . (h1-h4) (kW)

dimana:


h1 = Enthalpi refrigerant keluar evaporator (kJ/kg)

h4 = Enthalpi refrigerant masuk evaporator (kJ/kg)

jadi :

Qevap = . (h1-h4)

= 0,02182 kg/s x (438,9-178,1) kJ/kg

= 3,12 kW

4.2.2.2. Laju Pelepasan Kalor



kW

Qkond = . (h2-h3) (kW)

dimana :


h2 = Enthalpi refrigerant keluar kompresor (kJ/kg)

h3 = Enthalpi refrigerant keluar kondensor (kJ/kg)

jadi :

Qkond = . (h2-h3)

= 0,0119 kg/s x (522,5– 178,1) kJ/kg

= 4,1155 kW

4.2.2.3. Daya Kompresor



kW

Wkomp = . (h2 – h1)

= 0,0119 kg/s x (522,50-238,90) kJ/kg

= 0,999 kW

refm&

refm&

refm&

refm&

refm&

refm&

refm&


commit to user

49

4.2.2.4. COPR



kW, Sehingga :

COPR = = = 3,13

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel kapasitas

refrigerasi ideal, laju pelepasan kalor ideal, daya kondensor ideal dan

COPR ideal R-22 sebagai berikut :

Tabel 4.19. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan Kalor

Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran HCR-

22 untuk Variasi Beban Pendinginan 1000 W

Laju PendinginanKondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya Kompresor

Qkond Qevap Qkond Wkomp(kW) (kW) (kW) (kW)

17,9495 3,13 4,13 1,03 3,1320,2907 3,14 4,15 1,05 3,1024,9080 3,17 4,20 1,06 3,0632,8200 3,26 4,33 1,08 3,05


COPR

Tabel 4.20. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan

Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran HCR-22

untuk Variasi Beban Pendinginan 2000 W


qkond Qevap Qkond Wkomp(kW) (kW) (kW) (kW)

18,0815 3,18 4,22 1,03 3,0920,4399 3,18 4,23 1,05 3,0325,0010 3,17 4,23 1,06 2,9832,9425 3,17 4,25 1,08 2,92


COPR

h1 – h4

h2 – h1

438,9 – 178,1

522,5– 438,9


commit to user

50

Tabel 4.21. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Laju Pelepasan

Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran HCR-22




17,9495 3,45 4,62 1,17 2,9620,2907 3,52 4,70 1,19 2,9625,0010 3,49 4,68 1,19 2,9432,9425 3,37 4,58 1,20 2,80


COPR

Tabel 4.22. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Ideal, Laju Pelepasan

Kalor Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran R-22 untuk

Variasi Beban Pendinginan 1000 W



19,5364 3,87 5,00 1,14 3,4122,0846 3,86 5,01 1,15 3,3527,2114 3,86 5,01 1,15 3,3535,8550 3,86 5,03 1,17 3,31


COPR


Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran R-22




19,6026 3,84 4,99 1,15 3,3422,1594 3,90 5,08 1,18 3,3227,3036 3,90 5,08 1,18 3,3035,9765 3,90 5,09 1,18 3,30


COPR


commit to user

51


Ideal, Daya Kompresor Ideal dan COPR Ideal Refrigeran R-22

untuk Variasi Beban Pendinginan 3000 W Laju Pendinginan

Kondensor Kapasitas Refrigerasi Laju Pelepasan Kalor Daya KompresorQkond Qevap Qkond Wkomp(kW) (kW) (kW) (kW)

19,3379 4,00 5,14 1,215 3,2921,8602 3,99 5,19 1,232 3,2426,9349 3,92 5,21 1,219 3,2235,4907 3,92 5,22 1,266 3,10


COPR

4.2.3. Perhitungan Aktual

4.2.3.1. Kapasitas Refrigerasi



kW

Qevap = . (h1’-h4’) (kW)

dimana:



h4’ = Enthalpi refrigerant keluar katup ekspansi (kJ/kg)

jadi :

Qevap = . (h1’-h4’)

= 0,021828 kg/s x (271,2-84,29) kJ/kg

= 4,19 kW

4.2.3.2. Laju Pelepasan Kalor



kW

Qkond = . (h2’-h3’) (kW)

dimana:




jadi :

refm&

refm&

refm&

refm&

refm&


commit to user

52

Qkond = . (h2’-h3’)

= 0,0119 kg/s x (632,9– 169,7) kJ/kg

= 5,535 kW

4.2.3.3. Daya Kompresor



kW

Wkomp = . (h2’ – h1’)

= 0,0119 kg/s x (632,9- 520,7) kJ/kg

= 1,341 kW

4.2.3.4. COPR



kW, sehingga ;

COPR= = = 3,12

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel kapasitas

refrigerasi aktual, laju pelepasan kalor aktual, daya kondensor aktual dan

COPR aktual R-22 sebagai berikut :

Tabel 4.25. Perhitungan Kapasitas Refrigerasi Aktual, Laju Pelepasan

Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual

Refrigeran HCR-22 untuk Variasi Beban Pendinginan 1000 W Laju Pendinginan


17,9495 6,22 5,54 1,34 3,1220,2907 6,06 5,47 1,36 3,0224,9080 6,00 5,45 1,36 2,9932,8200 6,15 5,59 1,40 2,99


COPR

h1’ – h4’

h2’ – h1’

520,7– 169,7

632,9– 520,7

refm&

refm&


commit to user

53


Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual Refrigeran HCR-




18,0815 4,29 5,72 1,430 3,0020,4399 4,37 5,75 1,462 2,9925,0010 4,37 5,85 1,478 2,9632,9425 4,27 5,82 1,485 2,88


COPR


Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual Refrigeran HCR-




17,9495 4,64 6,23 1,59 2,9220,2907 4,73 6,34 1,61 2,9325,0010 4,75 6,37 1,62 2,9232,9425 4,63 6,24 1,62 2,86


COPR


Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual Refrigeran R-22




19,5364 4,59 5,96 1,37 3,3622,0846 4,66 6,06 1,40 3,3427,2114 4,65 6,06 1,40 3,3235,8550 4,68 6,11 1,43 3,27


COPR


commit to user

54

Kapasitas Refrigerasi Ideal HCR-22 vs R-22

3,003,103,203,303,403,503,603,703,803,904,004,10

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379Laju Pendinginan Kondensor (kW)

Kap

asit

as R

efri

ger

asi (

kW)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W


Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual

Refrigeran R-22 untuk Variasi Beban Pendinginan 2000 W Laju Pendinginan


19,6026 4,65 6,11 1,462 3,1822,1594 4,77 6,23 1,505 3,1727,3036 4,77 6,28 1,530 3,1235,9765 4,72 6,30 1,514 3,11


COPR


Kalor Aktual, Daya Kompresor Aktual dan COPR Aktual Refrigeran R-22




19,3379 4,86 6,50 1,64 2,9621,8602 4,86 6,51 1,65 2,9526,9349 4,97 6,66 1,69 2,9435,4907 4,96 6,65 1,69 2,94


COPR

4.2.4.a. Analisis Pengaruh Laju Pendinginan Kondensor terhadap Kapasitas

Refrigerasi dengan R22 dan HCR-22

Gambar 4.4. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs Kapasitas Refrigerasi


commit to user

55

Kapasitas Refrigerasi Aktual HCR-22 vs R-22

4,004,104,204,304,404,504,604,704,804,905,00


Kap

asit

as R

efri

ger

asi (

kW)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

Gambar 4.5. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs Kapasitas Refrigerasi

Pada mesin pendingin, tinggi rendahnya kapasitas refrigerasi dipengaruhi

oleh kemampuan evaporator dalam menyerap kalor dari lingkungan, semakin

tinggi penyerapan suhunya maka semakin tinggi juga kapasitasnya

(Stoeker,1996).

Gambar 4.4 dan 4.5 menunjukkan semakin besar pembebanan maka

semakin besar pula nilai kapasitas refrigerasinya, kondisi ini dikarenakan

tingginya enthalpi pada sisi masuk kompresor yang diakibatkan oleh kenaikan

suhu akibat pembebanan panas yang lebih besar pada evaporator sehingga tingkat

penyerapan panas refrigerant semakin besar.

Pada grafik HCR-22 dan R-22 juga dapat dilihat bahwa kapasitas refrigerasi

untuk R-22 lebih besar 16% untuk perhitungan secara ideal dan 8% untuk

perhitungan secara aktual dibandingkan dengan kapasitas refrigerasi dengan

refrigerant HCR-22. Hal ini dikarenakan tingginya laju massa untuk R-22

sehingga berpengaruh pada peningkatan kapasitas refrigerasinya.


commit to user

56

Laju Pelepasan Kalor Ideal HCR-22 vs R-22

4,00

4,10

4,20

4,30

4,40

4,50

4,604,70

4,80

4,90

5,00

5,10

5,20

5,30


Laj

u P

elep

asan

Kal

or

(kW

)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

Laju Pelepasan Kalor Aktual HCR-22 vs R-22

5,305,405,505,605,705,805,906,006,106,206,306,406,506,606,70


Laj

u P

elep

asan

Kal

or

(kW

)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

4.2.4.b. Analisis Laju Pendinginan Kondensor terhadap Laju Pelepasan

Kalor Dengan R22 dan HCR-22

Gambar 4.6. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs Laju Pelepasan Kalor

Gambar 4.7. Grafik Laju pendinginan Kondensor vs Laju Pelepasan Kalor


commit to user

57

Daya Kompresor Ideal HCR-22 vs R-22

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30


Day

a K

om

pre

sor

(kW

)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

Pada sistem refrigerasi tinggi rendahnya laju pelepasan kalor kebanyakan

dipengaruhi oleh laju massa refrigerant yang masuk kompresor dan kemampuan

kondensor dalam melepas kalor dari sistem ke lingkungan. Untuk mesin

pendingin dengan menggunakan kompresor hermetik, tingkat laju pelepasan

kalornya lebih tinggi karena ada penyerapan panas oleh refrigerant yang

disebabkan ketidak efisiensinya motor listrik (Stoeker,1996).

Pada Gambar 4.6 dan 4.7 dapat dilihat terjadinya kenaikan laju pelepasan

kalor seiring dengan peningkatan pembebanan, kondisi ini dipengaruhi oleh

tingginya suhu keluar pada sisi kompresor sehingga entalpi keluar kompresor

meningkat. Penggunaan refrigerant yang berbeda juga mempengaruhi laju

pendinginan, seperti pada grafik perbandingan HCR-22 dengan R-22 di atas yang

menunjukan tingkat kenaikan laju pelepasan panas untuk R-22 relatif lebih tinggi

sebesar 14 % untuk perhitungan secara ideal dan 7 % untuk perhitungan secara

aktual dari HCR-22. Hal ini disebabkan oleh laju massa refrigerant pada R-22

yang lebih tinggi dibandingkan HCR-22.

4.2.4.c. Analisis Laju Pendinginan Kondensor Terhadap Daya Kompresor

Dengan R22 dan HCR-22

Gambar 4.8. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs Daya Kompresor


commit to user

58

Daya Kompresor Aktual HCR-22 vs R-22

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75


Day

a K

om

pre

so

r (k

W)

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

Gambar 4.9. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs Daya Kompresor

Daya kompresor merupakan hasil kali dari laju massa refrigerant dengan

selisih enthalpi dari sisi masuk dan keluar kompresor, tingkat daya yang

dibutuhkan dari penelitian pada sistem refrigerasi ini, dipengaruhi beberapa faktor

dari semua elemen sistem tersebut, dimana tiap-tiap elemen saling terkait.

Faktor yang berpengaruh antara lain yaitu tinggi rendahnya laju massa

refrigerant yang masuk kompresor sehingga berpengaruh pada pembebanan

kompresor pada waktu terjadi siklus kompresi. Gambar 4.8 dan 4.9 menunjukkan

bahwa semakin tinggi tingkat pembebanan pada evaporator berpengaruh terhadap

kenaikan daya yang dibutuhkan sistem dalam melakukan kerja, kondisi ini

dikarenakan semakin besarnya selisih entalpi yang masuk dengan yang keluar

kompresor, sehingga daya kompresor menjadi besar.

Pada sistem refrigerasi yang menggunakan HCR-22 dan R-22 juga terjadi

perbedaan tingkat pemakaian daya. Tingkat pemakaian daya untuk HCR-22 relatif

kecil dibanding R-22 yaitu sebesar 8 % untuk perhitungan secara ideal dan 3 %

untuk perhitungan secara aktual. Hal ini disebabkan karena laju massa refrigerant

HCR-22 dalam melakukan siklus kompresi uap lebih sedikit dibandingkan

dengan R-22.


commit to user

59

COP Ideal HCR-22 vs R-22

2,702,752,802,852,902,953,003,053,103,153,203,253,303,353,403,453,50

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379

Laju Pendinginan Kondensor (kW)

CO

P

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

COP Aktual HCR-22 vs R-22

2,80

2,85

2,90

2,95

3,00

3,05

3,10

3,15

3,20

3,25

3,30

3,35

3,40

18,7429 21,1876 26,0600 34,3379

Laju Pendinginan Kondensor (kW)

CO

P

HCR-22 1000 W HCR-22 2000 W HCR-22 3000 W

R-22 1000 W R-22 2000 W R-22 3000 W

4.2.4.d. Analisis Laju Pendinginan Kondensor Terhadap COPR dengan R-22

dan HCR-22

Gambar 4.10. Grafik Laju Pendinginan Kondensor vs COP Ideal

Gambar 4.11. Grafik Laju Pendinginan kondensor vs COP aktual


commit to user

60

Gambar 4.10 dan 4.11 menunjukkan grafik COPaktual dan COPR ideal

terhadap variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di

kondensor menunjukan bahwa terjadi penurunan COP baik untuk ideal sebesar 9

% maupun aktual sebesar 5 %. Kondisi ini disebabkan karena kenaikan daya yang

dibutuhkan kompresor waktu melakukan kerja, hal ini bisa dilihat dari kenaikan

enthalpi pada sisi keluar kompresor yang ditunjukan pada Gambar 4.12 dan 4.13

baik dengan refrigerant R-22 maupun HCR-22.

Untuk variasi beban pendinginan di evaporator maupun laju pendinginan di

kondensor dapat dianalisis terjadi tren penurunan COPnya yang diakibatkan

semakin besar beban pendinginan di evaporator maupun laju pendinginan di

kondensor yang berakibat terjadi penambahan beban pendinginan karena

bertambahnya laju massa air yang masuk ke sistem.

Perbandingan HCR-22 dan R-22 pada Gambar 4.10 dan 4.11 menunjukkan

bahwa COP ideal dan aktual HCR-22 lebih kecil dari R-22. Hal ini terjadi karena

meskipun daya kompresor pada HCR-22 lebih kecil dibandingkan daya

kompresor pada R-22, tetapi kapasitas refrigerasi R-22 jauh lebih tinggi

dibandingkan kapasitas refrigerasi HCR-22.


commit to user

61

BAB V

KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan,

dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Semakin besar pembebanan, semakin besar pula nilai kapasitas

refrigerasinya.sehingga nilai penyerapan panas akan semakin tinggi.

2. Dengan bertambahnya pembebanan, maka akan terjadi kenaikan laju

pelepasan kalor. Penggunaan refrigerant yang berbeda juga

mempengaruhi laju pendinginan. Pelepasan panas untuk refrigerant R-

22 relatif lebih tinggi dibandingkan HCR-22. hal ini karena laju massa

refrigerant R-22 lebih tinggi dibandingkan HCR-22.

3. Semakin tinggi tingkat pembebanan pada evaporator berpengaruh

terhadap kenaikan daya yang dibutuhkan sistem dalam melakukan kerja.

Tingkat pemakaian daya untuk HCR-22 relatif kecil dibanding R-22,

penyebabnya adalah laju massa refrigerant HCR-22 dalam melakukan

siklus kompresi uap lebih sedikit dibandingkan dengan R-22.

4. Variasi beban pendinginan di evaporator dan laju pendinginan di

kondensor menunjukan bahwa terjadi penurunan COP baik untuk ideal

maupun aktual. COP ideal dan aktual HCR-22 lebih kecil dari R-22. Hal

ini terjadi karena meskipun daya kompresor pada HCR-22 lebih kecil

dibandingkan daya kompresor pada R-22, tetapi kapasitas refrigerasi R-

22 jauh lebih tinggi dibandingkan kapasitas refrigerasi HCR-22.


commit to user

62

5.2. Saran

Berdasarkan pengalaman yang diperoleh dari penelitian ini,

direkomendasikan beberapa saran sebagai berikut:

1. Sebelum menjalankan sistem pendingin dengan HCR22 dan R22,

pemvakuman yang lama semakin baik untuk menjaga kerja mesin lebih

optimal.

2. Sebelum mengganti refrigeran dari R22 ke HCR22 disarankan

melakukan pengetapan oli kompresor.

3. Karena sifat HCR22 yang mudah terbakar, perlu diatur tata letak mesin

pendingin sejauh mungkin dari sumber panas dan dijaga sirkulasi

udaranya.

fakultas teknik jurusan teknik mesin universitas sebelas maret

Documents