OPTIMASI DESAIN SISTEM PENDINGIN PADA MOBIL BERBAHAN BAKAR ETANOL BERKAPASITAS MESIN 1100 CC

(1)

OPTIMASI DESAIN SISTEM PENDINGIN PADA MOBIL BERBAHAN

BAKAR ETANOL BERKAPASITAS MESIN 1100 CC

Tunggal Ajining Prasetiadi*

SMK Pusponegoro Jatibarang, Tegal, Jawa Tengah

ABSTRACT

Development and use of new and renewable energy sources, one of which is ethanol from biofuels. Bioethanol is a source of new and renewable produced from potatoes, corn, cassava and sago. Ethanol serves as an addition to the volume of fuel oil (BBM), boosting the octane number, and as a source of oxygen in the combustion process is cleaner replacement for Methyl Tertiary-Butyl Ether (MTBE).

The cooling system on ethanol-fueled engines (BBE) is one application of energy conversion in ethanol-fueled cars that can be applied in the future. So as to determine the extent of the design and analysis of the cooling system on the engine fuel ethanol (BBE).

The purpose of this research is to study how much influence factors of pressure and temperature variations as the type of refrigerant used in the cooling system and compressor power generated, and analyze the condition of optimum design of the cooling system on ethanol-fueled to 1100 cc engine with a capacity of 4 passengers.

Based on the analysis of data processing by using full factorial or theoretically obtained optimum conditions in the cooling system of ethanol-fueled cars 1100cc which conditions the cooling system design is the most excellent power and COP small compressor. Of the 27 results of design calculations car's cooling system using ethanol fuels mentioned above there is one design the most optimum cooling system, the design condition No. 10, namely the compressor power [kW] is 0.757 and COP is 3.004, with an optimum design, namely: the type of refrigerant used is R22, suction line pressure of 150 kPa, and temperature of cooling system is 25oC.

Keywords: cooling system, full factorial experiment, compressor power, COP, fuel ethanol

PENDAHULUAN

Semakin berkembangnya teknologi otomotif disertai pula semakin majunya teknologi pada mesin kendaraan. Tetapi tidak diiringi dengan perkembangan dan aplikasi teknologi sumber bahan bakar yang ada untuk menyuplai mesin-mesin kendaraan di Indonesia.

Sehingga perlu adanya pengembangan dan penggunaan sumber energi baru dan terbarukan, salah satunya adalah bioetanol atau etanol yang bersumber dari bahan bakar nabati. Bioetanol adalah sumber enegi baru dan terbarukan yang dihasilkan dari ubi, jagung, singkong dan sagu. Etanol berfungsi sebagai penambah volume bahan bakar minyak (BBM), peningkat angka oktan, dan sebagai sumber oksigen pada proses pembakaran yang lebih

bersih pengganti Metil Tersier-Butil Eter (MTBE).

Disamping itu etanol merupakan bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan yang menghasilkan gas emisi karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan bensin atau sejenisnya. Sehingga nantinya etanol ini terus dikembangkan sebagai bahan bakar alternatif dimasa depan di Indonesia.

Sistem pendingin pada mesin berbahan bakar etanol (BBE) merupakan salah satu penerapan konversi energi pada mobil berbahan bakar etanol agar dapat diterapkan dikemudian hari. Sehingga untuk mengetahui sejauhmana desain dan analisis dari sistem pendingin pada mesin bahan bakar etanol (BBE).

(2)

Penelitian ini akan dilakukan optimasi desain pada sistem pendingin pada mobil yang berbahan bakar etanol (BBE) dengan kapasitas mesin 1100 cc dengan penumpang sebanyak 4 orang, sehingga diperoleh nantinya konsep desain dari sistem pendingin ini lebih baik lagi ketika dilakukan pengujian secara eksperimental. Penelitian ini mempunyai tujuan untuk menghitung dan mempelajari serta menganalisis lebih jauh untuk kondisi optimum pada sistem pendingin dengan mesin mobil berbahan bakar etanol dengan kapasitas mesin yang digunakan sebesar 1100 cc.

Faktor-faktor yang digunakan sebagai optimasi desain dari sistem pendingin yang ada adalah jenis dari refrigerant yang digunakan, tekanan pada sistem pendingin dan juga variasi temperatur serta daya kompresor yang dibutuhkan pada sistem pendingin.

Penelitian ini bermaksud untuk menjawab dua pertanyaan pokok yang ingin dipecahkan yaitu:

1. Seberapa besar pengaruh faktor dari tekanan dan variasi temperatur serta tipe refrigerant yang digunakan pada sistem pendingin serta daya kompresor yang dihasilkan.

2. Kondisi optimum desain sistem pendingin pada mobil berbahan bakar etanol untuk kapasitas mesin 1100 cc dengan penumpang 4 orang.

Aspek Teknis hasil penelitian ini akan berupa optimasi desain pada sistem pendingin di mesin bahan bakar etanol dengan kapasitas mesin 1100cc. Apabila hasil penelitian ini menunjukkan kondisi optimum pada desain system pendingin pada mobil berbahan bakar etanol tentunya dapat diterapkan di alat . Sehingga yang diharapkan adalah memperoleh kondisi desain dan alat yang optimal.

Aspek Ekonomis Apabila dilakukan optimasi desain dari sistem pendingin tentunya akan diperoleh tipe dari refrigerant dan kondisi yang optimal dari mesin pendingin yang digunakan, serta akan terjadi

penghematan konsumsi energi pada saat alat tersebut dioperasikan.

Dalam penelitian ini dibatasi hanya menentukan kondisi optimum desain pada sistem pendingin mobil berbahan bakar etanol (BBE) dengan kapasitas mesin 1100 cc untuk kapasitas penumpang 4 orang. Sehingga nantinya konsep desain yang optimal dapat diperoleh hingga nantinya dapat dibuatkan alat pada mobil berbahan bakar etanol (BBE).

Paramater dalam penelitian ini adalah: 1. Variabel terikat dalam penelitian ini

adalah faktor jenis refrigerant, tekanan sistem, temperatur pada sistem pendingin.

2. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah daya kompresor dan kapasitas pendinginan pada sistem pendingin pada mobil.

METODEPENELITIAN

Gambar 1. Diagram alir penelitian optimasi desain sistem pendingin

Metode yang digunakan dalam optimasi desain sistem pendingin pada mobil

(3)

berbahan bakar etanol adalah dengan memperhatikan dan menggunakan dari faktor jenis refrigerant, tekanan dan temperatur pada sistem pendingin sehingga dihasilkan daya dan kapasitas pendinginan. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk menentukan kondisi optimum dengan menggunakan metode full factorial.

Dengan menggunakan metode optimasi

Full Factorial dapat dibuatkan Tabel 3.1.

yaitu tabel yang memuat jumlah variabel/faktor dari eksperimen dan level yang berkaitan.

Tabel 1. Variabel/faktor dan level di metode Full Factorial

Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data

Data – data yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah data desain awal sistem pendingin mobil bahan bakar etanol dengan kapasitas mesin 1100cc kemudian data kuantitatif yang diperoleh dari perhitungan dan analitik teori pada desain sistem pendingin dengan mobil bahan bakar etanol (BBE) untuk kapasitas mesin 1100 cc. Lalu dapat dituangkan ke dalam bentuk tabel dan grafik.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 2. Proses sistem pendingin pada mobil

Berdasarkan tabel eksperimen full factorial diatas bahwa perhitungan desain no 1

dilakukan pada kondisi desain sebagai berikut:

1. Tipe Refrigeran : R12 2. Tekanan suction line: 150 kPa 3. Temperatur sistem: 25oC

Demikian selanjutnya untuk kondisi desain lainnya sampai dengan kondisi no 27. Tabel 2. Hasil eksperimen desain full

factorial

Analisis Pengaruh rata-rata masing-masing faktor terhadap Daya Kompresor

1. Pengaruh rata-rata faktor tipe refrigerant R12 terhadap daya kompresor

A1 = 0.878 [kW]

A2 = 0.658 [kW]

(4)

A3 = 1.560 [kW]

Dari hasil perhitungan tersebut diatas dapat diamati bahwa faktor A3, yaitu tipe refrigerant R22, memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tipe refrigeran lainnya, di mana memberikan hasil daya kompresor yang paling kecil yaitu 0.658 [kW].

Pengaruh rata-rata tekanan suction line: 1. Pengaruh rata-rata faktor tekanan

suction line 150 kPa terhadap daya

kompresor B1 = 1.184 [kW]

2. Pengaruh rata-rata faktor tekanan

Hasil tersebut diatas menunjukkan bahwa faktor B3, yaitu tekanan suction line pada 250 kPa, memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tekanan suction line yang lainnya.

Pengaruh rata-rata temperatur sistem:

1. Pengaruh rata-rata faktor

temperatur sistem 25o_{C terhadap}

daya kompresor C1 = 1.030 [kW]

temperatur sistem 30o_{C terhadap}

temperatur sistem 35oC terhadap

Hasil perhitungan tersebut diatas memperlihatkan bahwa faktor temperatur sistem diatur pada kondisi 25 oC memiliki hasil yang lebih baik berdasarkan daya

kompresor yang diperoleh yaitu sebesar 1.030

[kW].

Pengaruh rata-rata masing-masing faktor terhadap COP

1. Pengaruh rata-rata faktor tipe refrigerant R12 terhadap COP A1 = 3.009

2. Pengaruh rata-rata tipe refrigerant R22 terhadap COP

A2 = 3.005

3. Pengaruh rata-rata tipe refrigerant R717 terhadap COP

A3 = 3.011

Dari hasil perhitungan tersebut diatas dapat diamati bahwa faktor A2, yaitu tipe refrigerant R22, dimana pada faktor A2 memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tipe lainnya di mana memberikan hasil COP yang paling baik yaitu COP yang terkecil yaitu 3.005.

Pengaruh rata-rata tekanan suction line: 1. Pengaruh rata-rata faktor tekanan

suction line 150 kPa terhadap COP

B1 = 3.0073

B2 = 3.0083

B3 = 3.0097

Hasil tersebut diatas menunjukkan bahwa faktor B1, yaitu tekanan suction line pada 150 kPa, memberikan pengaruh yang lebih baik dari pada dua tekanan suction line yang lainnya.

Pengaruh rata-rata temperatur sistem:

COP C1 = 3.0084

COP C2 = 3.0084

(5)

COP C3 = 3.0084

Hasil perhitungan tersebut diatas memperlihatkan bahwa faktor temperatur sistem memiliki nilai yang sama, sehingga dapat dikatakan bahwa untuk menentukan kondisi COP yang berpengaruh terhadap temperatur sistem pada mobil.

Hasil perhitungan respon rata-rata level faktor

Tabel 3 Pengaruh rata-rata faktor terhadap masing-masing level

Level faktor optimum Daya Kompresor

Dari Tabel di atas, dapat dikatakan bahwa faktor yang paling berpengaruh terhadap perhitungan daya kompresor pada sistem pendingin mobil berbahan bakar etanol dengan urutannya adalah B, C, A dengan artian sebagai berikut:

1. Faktor paling dominan adalah B yaitu tekanan suction line, yang terbaik adalah B3 yaitu tekanan suction line pada 250 kPa.

2. Faktor kedua adalah C yaitu temperatur sistem pendingin yang terbaik adalah kondisi C1 yaitu 25oC.

3. Faktor ketiga adalah adalah A2 yaitu tipe refrigerant dengan R22. Dari analisis tersebut diatas maka dapat diidentifikasi bahwa kondisi desain yang terbaik, yang memberikan hasil desain paling optimum atau paling baik dengan daya kompresor yang paling kecil adalah kondisi desain B3 (tekanan 250 kPa), C1 (temperatur sistem 25oC), A2 (tipe R22). Grafik dibawah ini menunjukkan respons rata-rata masing-masing level terhadap daya kompresor dapat dilihat pada Gambar 3. dibawah ini:

Level faktor optimum COP

Dari Tabel 5 di atas, dapat dikatakan bahwa faktor yang paling berpengaruh terhadap perhitungan COP pada sistem pendingin mobil dengan urutannya adalah C, B, A dengan artian sebagai berikut :

(6)

1. Faktor paling dominan adalah C yaitu temperature sistem pendingin adalah kondisi C1, C2 dan C3. 2. Faktor kedua adalah B1 yaitu

tekanan suction line pada 150 kPa. 3. Faktor ketiga adalah adalah A2

yaitu tipe refrigerant R22.

Dari analisis tersebut diatas maka dapat diidentifikasi bahwa kondisi desain yang terbaik, yang memberikan hasil desain paling optimum COP yang paling kecil adalah kondisi desain C1

(temperature sistem pada 25oC), B1

(tekanan 150 kPa), dan A2 (tipe R22). Grafik dibawah ini menunjukkan respons rata-rata masing-masing level terhadap COP dapat dilihat pada Gambar 4. dibawah ini:

Dari hasil perhitungan diatas maka dapat dijelaskan beberapa hal sebagai berikut:

1. Kondisi desain sistem pendingin yang paling baik yaitu daya kompresor dan COP yang kecil. 2. Dari ke-27 hasil perhitungan desain

sistem pendingin mobil dengan menggunakan bahan bakar etanol tersebut diatas terdapat 1 desain sistem pendingin yang paling optimum, yaitu kondisi desain no 10 yaitu daya kompresor 0.757 [kW] dan COP 3.004, dengan desain yang optimum yaitu: tipe refrigerant yang digunakan adalah R22, tekanan suction line 150 kPa, dan temperature sistem pendingin 25oC

KESIMPULAN

Berdasarkan analisa hasil pengolahan data untuk memperoleh optimasi desain dengan menggunakan metode eksperimen full

factorial pada sistem pendingin mobil

berbahan bakar etanol untuk kapasitas 1100CC diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Dalam perhitungan dan menganalisis pengaruh dari masing-masing faktor terutama adalah faktor tipe refrigeran, tekanan suction line dan temperatur pada sistem pendingin terhadap daya kompresor dan COP diperoleh hasil yaitu:

a. Daya kompresor [kW] dipengaruhi yaitu: kondisi desain B3 (tekanan 250 kPa), C1 (temperatur sistem 25oC), A2 (tipe R22).

b. COP dipengaruhi yaitu: adalah kondisi desain C1 (temperatur sistem pada 25oC), B1 (tekanan 150 kPa), dan A2 (tipe R22). 2. Kondisi optimum desain sistem

pendingin mobil berbahan bakar etanol untuk kapasitas 1100 CC dengan metode eksperimen full

factorial adalah sebagai berikut :

a. Kondisi desain sistem pendingin yang paling baik yaitu daya kompresor dan COP yang memiliki harga yang paling kecil.

b. Dari ke-27 hasil perhitungan desain sistem pendingin mobil dengan menggunakan bahan bakar etanol tersebut diatas terdapat 1 desain sistem pendingin yang paling optimum, yaitu kondisi desain no 10 yaitu daya kompresor 0.757 [kW] dan COP 3.004, dengan desain yang optimum yaitu: tipe refrigerant yang digunakan adalah R22, tekanan

suction line 150 kPa, dan

temperatur sistem pendingin 25oC.

(7)

DAFTAR PUSTAKA

1. Anis, S., dan Budiyono, A, 2009,

Studi Eksperimen Pengaruh Alur Permukaan Sirip Pada Sistem Pendingin Mesin Kendaraan Motor, Jurnal Kompetensi Teknik,

Vol. 1 No 1

2. Arora, C. P., 2000, Refregeration

and Air Conditioning,

McGraw-Hill Publishing Company Ltd, USA 3. Daryanto, 1999, Reparasi Sistem

Pendingin Mesin Mobil, Penerbit

Bumi Aksara, Jakarta

4. Handoyo, E. A., 1999, Pengaruh

Temperatur Air Pendingin terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Diesel Stasioner di Sebuah Huller, Jurnal Teknik Mesin, Vol. 1

No. 1, pp. 8-13

5. Murti, M. R., 2008, Laju

Pembuangan Panas Pada Radiator Dengan Fluida Campuran 80% air dan 20% RC Pada RPM Konstan,

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakram, Vol. 2 No 1, pp. 4-9

6. Purnawan, A., dkk, 2010, Analisa

Performansi Sistem Air Conditioning Mobil tipe ET 450 Dengan Variasi Teknanan Kerja Kompresor, Jurnal Ilmiah Teknik

Mesin Cakram, Vol. 4 No 1, pp. 26-30

7. Sukamto, A. P. E, dkk, 2014,

Analisis Energi Peningkatan Kinerja Mesin Pendingin Menggunakan Liquid-Suction Subcooler Dengan Variasi Temperatur Lingkungan, Prosiding

Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti, Jakarta

8. Soebiyakto, G., 2012, Pengaruh

Penggunaan Water Coolant Terhadap Performace Mesin Diesel, Jurnal Widya Teknika Vol.

20 No 1

9. Stocker, W.F., 1989, Design of

Thermal System, McGraw-Hill Inc.,

New York

10. Wibowo, D. B., dkk, 2006,

Pengaruh Variasi Massa Refrigeran R-12 dan Putaran Blower Evaporatoe Terhadap COP Pada Sistem Pengkondisian Udara Mobil, Jurnal Traksi, Vol. 4 No 1