KAJI EKSPERIMENTAL APLIKASI KATUP EPR
TERHADAP TEMPERATUR MESIN REFRIGERASI
MULTI EVAPORATOR
I Made Rasta
PS. Refrigerasi dan Tata Udara Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bali Bukit Jimbaran, P.o.Box 1064 Tuban Badung - Bali
Phone:+62-361-701981, Fax:+62-361-701128 Email : rasta_imade1@yahoo.co,id
Abstrak : Sekarang ini inovasi mesin refrigrasi mengalami perkembangan sangat pesat yang di dalamnya terjadi
pergeseran pasar yang berkaitan dengan penerapan baru untuk mendukung kestabilannya. Tantangan keteknikan bagi para ahli teknik secara individu serta langkah pembaharuan untuk meningkatkan efisiensi. Dari hasil pengujian dan analisis mesin refrigerasi dua evaporator didapat, pada box 1 direncanakan sebagai pengkondisian udara (AC), temperatur yang dapat dicapai adalah 18,20 0C (tanpa menggunakan katup EPR), Sedangkan, pada box 2 direncanakan sebagai refrigerator (temperatur rendah), temperatur yang dapat dicapai adalah -5 0C (menggunakan katup EPR). Performansi (COP) sistem adalah 6.76. Jadi dengan aplikasi katup EPR pada mesin refrigerasi multi evaporator dapat dihasilkan temperatur evaporator yang berbeda.
Kata Kunci : EPR, temperatur, COP, multi evaporator, mesin refrigerasi.
Study Experimental Application EPR Valve to Temperature in Multy Evaporator Refrigeration Machine Abstract: The innovation of refrigeration machine has developed rapidly nowdays in which there is a market
shift related to a new application in order to support its stability. This case result in a challenge in technical area for technicians individually toward renewal to increase efficiency. Based on test and analysis on a two- evaporator refrigeration machine, it was obtain that the box 1 which ws designed as the air conditioner (AC), contributed to temperature 18.20 0C (without using EPR valve). However, box 2 which was designed as refrigerator (low temperature) contributed to temperature -5 0C (using EPR valve). The performance (COP) of system was 6.76. As a result, the application of EPR valve in multy-evaporator refrigeration machine could result in different evaporator temperature.
Key words: EPR, temperature, COP, multy evaporator, refrigeration machine.
I. PENDAHULUAN
Siklus refrigerasi merupakan sebuah mekanisme berupa siklus yang mengambil energi (termal) dari daerah bertemperatur rendah dan dibuang ke daerah bertemperatur tinggi [1, 2]. Teknologi refrigerasi sangat erat terkait dengan kehidupan dunia modern; bukan hanya pada sisi peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi refrigerasi dibutuhkan untuk meminimalkan, bahkan bisa meniadakan, pertumbuhan mikroorganisme perusak bahan-bahan tertentu; maka teknologi ini dibutuhkan keberadaannya di bidang penyimpanan dan transportasi bahan makanan. Selain meminimalkan atau meniadakan pertumbuhan mikroorganisme, pendinginan yang dihasilkan oleh teknologi refrigerasi juga diperlukan untuk mencegah terjadinya reaksi kimiawi/biologis yang bisa merusak kondisi suatu zat. Maka teknologi ini juga menjadi tuntutan di bidang kedokteran (penyimpanan vaksin, obat-obatan, hingga cadangan darah). Dukungan mesin refrigerasi terhadap kemajuan iptek jelas terlihat dari keberadaan mesin ini di berbagai instalasi penting berbagai bidang; biologi, kimia, kedokteran, dsb. Teknologi
refrigerasi bukan hanya monopoli perusahaan besar ataupun institusi ilmiah, mesin ini, dalam bentuk lemari pendingin (refrigerator) dan pengkondisian udara (AC) umum dijumpai di tengah-tengah masyarakat. Bukan sekedar gaya hidup, karena mesin refrigerasi berfungsi untuk meningkatkan kualitas hidup manusia [3, 4].
Industri refrigerasi dan pengkondisian udara (AC) memiliki pertumbuhan yang mantap, merupakan industri yang stabil yang di dalamnya terjadi pergeseran pasar yang berkaitan dengan penerapan baru untuk mendukung kestabilannya. Harga energi yang tinggi sejak tahun 1970-an telah menjadi suatu faktor penting yang merangsang timbulnya tantangan keteknikan bagi para ahli teknik secara individu. Langkah pembaharuan untuk meningkatkan efisiensi yang merupakan suatu hal yang sulit dilakukan, sekarang mendapat perhatian serius dan seringkali diukur secara ekonomis [5].
Mesin refrigerasi dengan satu kompresor dan beberapa evaporator (multy evaporator system) dirancang untuk menghasilkan temperatur berbeda di antara evaporator tersebut [6]. Pada penelitian ini, mesin refrigerasi dirancang menggunakan dua evaporator yaitu evaporator pada box 1 difungsikan sebagai pengkondisian udara (AC) dan pada
evaporator box 2 difungsikan sebagai refrigerator (temperatur rendah).
Aplikasi katup EPR (Evaporator Pressure Regulator Valve) dapat mempertahankan tekanan penguapan di evaporator yang minimum pada keadaan beban evaporator yang rendah atau tinggi, tanpa dipengaruhi oleh tekanan saluran isap. Katup tersebut pada sistem pendingin dengan beberapa evaporator juga dapat mempertahankan suhu dan tekanan yang berbeda pada tiap evaporator [7, 8].
Seiring dengan peningkatan taraf hidup masyarakat dan permintaan akan suatu produk yang multi fungsi, kedepannya diharapkan mesin refrigerasi dengan dua atau lebih evaporator (multy evaporator) dapat dikembangkan pemakaiannya untuk industri berskala kecil. Dengan sebuah mesin refrigerasi dapat memenuhi keperluan suatu indutri yang memerlukan refrigerasi suhu rendah untuk suatu proses atau penyimpanan produk dan juga harus melakukan pengkondisian udara untuk beberapa ruang kantor.
II. METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dengan melakukan pengujian langsung pada mesin refrigerasi dengan 2 evaporator dan 1 kompresor yang telah dibuat. Untuk mengetahui performansi mesin refrigerasi dengan 2 evaporator ini, menghasilkan temperatur yang berbeda antara box 1 yang direncanakan berfungsi sebagai tata udara (temperatur tinggi) dan box 2 sebagai refrigerator (temperatur rendah). Penelitian dilakukan di Laboratorium Refrigerasi dan Tata Udara, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bali. Di dalam mesin refrigrasi 2 evaporator ini dilengkapi dengan 1 (satu) katup EPR (Evaporator Pressure Regulator) yang berfungsi sebagai pengatur tekanan refrigeran masuk ke evaporator.
Flowchart penelitian
Instrumen pengujian performansi mesin refrigrasi
Instrumen yang digunakan dalam pengujian mesin refrigerasi dengan 2 evaporator dan 1 kompresor untuk mendapatkan data-data yang diperlukan agar dapat menentukan performansi adalah thermometer, thermocople, pressure gauge, dan manifold gauge. Dengan letak alat ukur dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Mesin refrigerasi kompresi uap dengan 2 evaporator
Teknik Pengumpulan data
Untuk dapat menentukan besarnya efek refrigerasi (ER), kerja kompresi (Wk) dan COP (Coefficien Of Performance), maka dibutuhkan data-data tekanan (P) dan temperatur (T) pada masing-masing titik pengujian. Dengan bantuan diagram P-h, berdasarkan tekanan dan temperatur masing-masing titik, dapat ditentukan besarnya enthalpi. Sedangkan untuk menghitung daya (P) yang diperlukan mesin refrigerasi, dibutuhkan data ampere (I), dan voltage (V).
Gambar 2. Proses pengambilan data START
Persiapan Perlengkapan
Analisa grafik
Operasikan mesinPerhitungan Mencatat data pada menit
ke - 5, 10, 15, … , 90.
Kesimpulan Pemasangan Alat Ukur
Keterangan gambar 2 Data temperatur :
1. T1 =Temperatur keluar evaporator AC.
2. T2 =Temperatur keluar kompresor.
3. T3 =Temperatur keluar kondensor.
4. T4 = Temperatur masuk evaporator.
5. T1’=Temperatur keluar evaporator refrigerator.
Sedangkan data tekanan meliputi : 1. P1 =Tekanan keluar evaporator AC.
2. P2 =Tekanan keluar kompresor.
3. P3 = Tekanan keluar kondensor.
4. P4 = Tekanan masuk evaporator.
5. P1’=Tekanan keluar evaporator refrigerator.
Prosedur pengujian mesin refrigerasi
Pengujian pada mesin refrigerasi dengan 2 evaporator ini dilakukan 1 kali dengan durasi waktu 90 menit (sampai temperatur di dalam box pengkondisian udara dan box refrigerator konstan). Langkah-langkah proses pengujian adalah sebagai berikut:
1. Menyalakan mesin pendingin dengan cara menghubungkan steker ke stop kontak. 2. Menghidupkan power pengukur temperatur,
dengan menekan tombol on-off pada alat
ukur, melakukan pengukuran temperatur dan mencatat tekanan yang terlihat pada penujuk tekanan sebelum sistem dijalankan.
3. Mencatat temperatur serta tekanan pada bagian suction, dan discharge masing-masing titik pengujian setiap 5 menit. Pencatatan dilakukan sampai pada 18 kali yaitu sampai waktu 90 menit.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian
Data dari hasil pengujian yang telah didapatkan yaitu tekanan dan temperatur untuk masing-masing titik yaitu titik pada sisi masuk dan keluar kondensor serta evaporator. Data untuk tekanan (P) tersebut terlebih dahulu dikonversi ke dalam Pabsolut dengan
rumus yaitu :
Pabs = Pgauge + 1 atmosfir
Dimana alat pengukur tekanan yang digunakan memiliki satuan bar maka rumus yang digunakan adalah :
Pabs = Pgauge + 1.01bar
kg kJ kg kJ / 23 . 27 / 99 . 184
Perhitungan data hasil pengujian
Untuk contoh perhitungan performansi mesin refrigrasi 2 evaporator diambil pada menit ke-20. Dengan memasukkan temperatur (T) dalam 0C dan tekanan (P) dalam barabs pada diagram P-h untuk R-22
maka didapat besarnya enthalpi masing-masing titik yaitu :
h1 = 418.86 kJ/kg
h2 = 439.76 kJ/kg
h3 = h4 = 227.55 kJ/kg
h1’ = 406.21 kJ/kg
Setelah enthalpi didapat, baru kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari besarnya performansi dengan menggunakan rumus :
1. Efek Refrigerasi (ER)
ERt = 2 ' 1 1 ER ER + dimana : ER1 = h1 - h4 = 418.86 – 227.55 kJ/kg = 191.31 kJ/kg ER1’ = h1’ – h4 = 406.21 – 227.55 kJ/kg = 178.66 kJ/kg maka : ERt = 2 / 66 . 178 31 . 191 + kj kg = 184.99 kJ/kg. 2. Kerja kompresi (Wk) Wkt =
2
'
1 1Wk
Wk
+
dimana : Wk1 = h2 – h1 = 439.76 – 418.86 kJ/kg = 20.90 kJ/kg Wk1’ = h2 – h1’ = 439.76 – 406.21 kJ/kg = 33.55 kJ/kg maka : Wkt = 2 / 55 . 33 90 . 20 + kJ kg = 27.23 kJ/kg3. Koefisien Performansi (COP)
COP = t t Wk ER dimana : ERt = 184.99 kJ/kg Wkt = 27.23 kJ/kg maka : COP = = 6.79
4. Daya listrik yang diperlukan oleh kompresor (P)
P = V× I × cos φ dimana : V = 220 volt I = 2.2 A cos φ = 0,85 maka : P = 220 x 2.2 x 0,85 = 392.70 Watt
Adapun data hasil perhitungan performansi mesin refrigerasi dua evaporator selengkapnya dengan cara yang sama tertera seperti pada tabel 2 : Gambar 3. Diagram P-h refrigeran R-22
Tabel 2. Hasil perhitungan performansi data hasil pengujian
Analisis Hasil Perhitungan
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan terhadap sistem maka didapatkan nilai performansi masing-masing evaporator pada mesin refrigerasi adalah :
a. Efek refrigerasi (ER)
Gambar 4. Grafik efek refrigerasi evaporator box1
(ER1), box2 (ER1’) dan ERt
Dari gambar 4 di atas dapat dilihat bahwa efek refrigrasi dari awal menit 5 sampai menit ke-15 mengalami peningkatan, hal ini diakibatkan oleh sistem beroperasi dengan beban awal (penuh). Kemudian setelah menit ke-20 sampai ke-35 beban pendinginan berangsur-angsur mulai menurun dan stabil pada menit berikutnya.
b. Kerja kompresi dalam sistem (Wk)
Gambar 5. Grafik kerja kompresi evaporator box1
(Wk1), evaporator box2 (Wk1’), dan kerja kompresi
total (Wkt).
Dari gambar 5 di atas dapat dilihat bahwa kerja kompresi untuk evaporator tata udara pada box1
(Wk1), evaporator refrigrator pada box2 (Wk1’), dan
kerja kompresi untuk sistem total antara box 1 dan box 2 (Wkt), dari 5 menit pertama hingga menit ke-35 mengalami peningkatan hal ini disebabkan oleh kompresor melakukan kerja yang besar untuk mengkompresikan refrigeran untuk melakukan pendinginan ruangan atau karena suhu ruangan dalam box pendingin masih tinggi (masih sama dengan temperatur lingkungan). Sedangkan untuk menit ke-40 dan seterusnya kerja kompresi mulai stabil karena
suhu/temperatur ruangan sudah semakin rendah mendekati yang direncanakan.
c. Koefisien performansi (COP)
Gambar 6. Grafik koefisien performansi mesin refrigerasi 2 evaporator
Dari gambar 6 di atas dapat dilihat bahwa dari 5 menit awal hingga 15 menit terlihat performansi sistem masih tinggi (di atas 7) hal ini disebabkan oleh pada mesin refrigerasi terjadi peningkatan efek refrigerasi dan penurunan kerja kompresi. Kemudian mulai menit ke-20 sampai menit ke-40 terjadi menurun performansi hal ini disebabkan karena mulai terjadi penurunan efek refrigerasi dan peningkatan kerja kompresi dan mencapai stabil pada menit ke-45 dan seterusnya sampai menit ke 90 hal ini disebabkan oleh efek refrigerasi dan kerja kompresi juga mencapai konstan.
d. Daya lisrtik yang diperlukan oleh kompresor (P).
Gambar 7. Grafik daya kompresor
Dari gambar 7 dapat dilihat bahwa awal 10 menit pertama daya yang dibutuhkan kompresor cukup tinggi, hal ini disebabkan oleh kerja yang dilakukan kompresor untuk mengkompresikan refrigeran dan mengatasi gesekan masih cukup besar. Kemudian menurun sampai menjadi konstan karena daya kompresi dari kompresor yang dibutuhkan sudah mulai menurun dan mencapai konstan juga.
IV. SIMPULAN DAN SARAN 4.1 Simpulan
Dari hasil perhitungan dan pembahasan pengujian mesin refrigerasi dengan 2 evaporator
dilengkapi dengan katup EPR (Evaporator Pressure Regulator), maka dapat diambil kesimpulan :
1. Coeficient Of Performance (COP) mesin refrigerasi dengan satu kompresor dan dua evaporator yang adalah 6,76.
2. Temperatur yang dapat dicapai pada box 1 untuk pengkondisian udara (AC) adalah 18.20 0C, sedangkan pada box 2 untuk refrigerator (temperatur rendah) adalah -5 ˚C.
3. Dengan satu mesin refrigerasi dapat memenuhi keperluan suatu indutri yang memerlukan refrigerasi suhu rendah untuk suatu proses dan juga harus melakukan pengkondisian udara untuk beberapa ruang kantor.
4.2 Saran
Ke depan dapat dikembangkan perancangan suatu sistem refrigerasi dengan dua evaporator menggunakan pemakaian katup penurun tekanan agar dapat menghasilkan perbedaan temperatur diantara kedua evaporator, yang dimana perbedaan temperatur tersebut dapat dimanfaatkan untuk tata udara dan refrigrasi atau untuk penyimapan produk yang berbeda sehingga dapat dipertahankan mutu produk serta umur penyimpanan menjadi lebih lama.
DAFTAR PUSTAKA
[1] ASHRAE, Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers. SI Edition, 2005. [2] Dincer, Ibrahim., Refrigeration System and
Applications. England, ISBN 0-471-62351-2, 2003.
[3] Althouse, Turnquist and Bracciano, Modern Refrigeration and Air Conditioning. 18th Edition, The Goodheart-Willcox Company, Inc. Tinley Park, Illionis, ISBN-13: 978-159070-280-2, ISBN-10: 1-59070-280-2, 2004.
[4] Yuli Setyo Indartono, ”Perkembangan Terkini Teknologi Refrigerasi (1)”, 2006, www.beritaiptek.com.
[5] Stoecker, W.F., Jones, J.W. dan Hara, S., Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Edisi kedua, Penerbit : Erlangga, Jakarta, 1989.
[6] Arora, C. P., Refrigeration and Air Conditioning. Second edition, Tata McGraw-Hill, Inc., Singapore, 2001.
[7] Handoko, K., Alat Kontrol Mesin Pendingin. Cetakan kedua, P.T. Ichtiar Baru. Jakarta, 2004. [8] Rex Miller and Mark R. Miller, Air Conditioning
and Refrigeration. The McGraw-Hill, Companies Inc. New York, 2006.
