i
PEMBUATAN PROTOTIPE MESIN RECOVERY
DAN RECYCLE PORTABEL (JINJING) SEBAGAI
PERALATAN PERBAIKAN PADA MESIN
PENDINGIN DENGAN REFRIGERAN R22
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Teknik Mesin pada Program Pascasarjana Universitas Diponegoro
Disusun oleh :
MAHENDRA
NIM. 21050111400009
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
iii
ABSTRAK
PEMBUATAN PROTOTIPE MESIN
RECOVERY
DAN
RECYCLE
PORTABEL (JINJING) SEBAGAI PERALATAN
PERBAIKAN PADA MESIN PENDINGIN DENGAN
REFRIGERAN R22
Disusun oleh :
MAHENDRA NIM : 21050111400009
Salah satu pencemaran lingkungan yang sedang diperhatikan yaitu perusakan lapisan ozon akibat tercemar oleh zat-zat sintetik atau bahan perusak ozon buatan manusia. Zat-zat sintetik yang cukup tinggi pengaruhnya terhadap pencemaran lingkungan, yaitu refrigeran (zat pendingin) yang digunakan untuk sistem pendingin. Salah satunya adalah HCFC atau R22 yang banyak digunakan sebagai media pendingin. Refiregan R22 merupakan refrigeran yang memiliki nilai Ozone Depletion Potential (ODP) 0,06 dan Global Warming Potential
(GWP) 1700. Nilai ODP dan GWP tersebut cukup tinggi dan berpengaruh terhadap perusakan lingkungan, oleh karena itu dibuat suatu mesin yang berfungsi sebagai recovery dan recycle (2R) refrigeran.
Tujuan penelitian ini adalah membuat dan menguji prototipe mesin 2R untuk refrigeran R22. Pengujian mesin 2R dilakukan pada mesin pendingin Air-Conditioner dan jenis refrigeran yang digunakan adalah R22. Mesin recovery, recycle dan recharging (3R) yang ada saat ini yaitu mesin 3R hibah dari KLH hanya untuk Refrigeran R12 dan R134a yang memiliki bobot 50 kg dan volume 0,1 m3. Mesin 2R yang dirancang untuk refrigeran R22 dan memiliki bobot dan ukuran jauh lebih kecil dari mesin 3R yang ada yaitu dengan target bobot 20 kg dan volume 0,036 m3. Mesin 2R ini diharapkan bisa membantu dan mendukung teknisi service mesin pendingin dan mengoperasionalkannya.
Dari hasil perhitungan dan pemilihan alat, dihasilkan mesin 2R dengan spesifikasi berat 20 kg, panjang 40 cm, lebar 30 cm, tinggi 30 cm, kompresor hermetik 0,25 HP (186,5 Watt) 1 buah, kondensor 2050 btu/jam 1 buah, pipa tembaga ¼ inci, filter dryer 2 buah dan pengukur tekanan 1 buah. Pengujian mesin 2R dilakukan pada mesin Air-Conditioner ¾ HP dengan massa refrigeran 430 gram. Kinerja hasil tes mesin 2R sesuai dengan standar AHRI 2012, yaitu:
vapor recovery rate = 0,085 kg/min, final recovery vacuum 8,5 Psi (selama 10 menit), refrigerant residual trapped4 gram (<1%), refrigerant loss 5 gram (≈1%).
Dengan adanya pemanfaatan daur ulang R22 yang tadinya terbuang ke atmosfer dan berpotensi merusak lapisan ozon dapat terpakai kembali. Hal ini mendukung komitmen Indonesia untuk mengurangi dan menghentikan penggunaan bahan perusak ozon (BPO) baik untuk kepentingan rumah tangga ataupun industri dalam jangka panjang.
iv substances or man-made ozone depleting substances. Synthetic substances which have high impact to the destruction of the ozone layer are the refrigerant used for cooling system. One of it is HCFC or R22 which is widely used as a cooling medium. R22 is a refrigerant that has a value of Ozone Depletion Potential (ODP) of 0.06 and Global Warming Potential (GWP) of 1700. This value is quite high and might gives great effect on the destruction of the environment, therefore developing a machine that serves as a recovery and recycle (2R) refrigerant is a necessary solution.
The purpose of this research is to develope through some tests on a machine prototype for refrigerant R22. 2R machine testing conducted on the air-conditioner cooling engine and the type of refrigerant used is R22. The current recovery, recycle and recharging (3R) machine which is a grant from Indonesian Ministry of Environment is only for R12 and R134 refrigerant which has a weight of approximately 50 kg and a volume of 0.1 m3. 2R machine is designed for refrigerant R22 and the expected weight and size is much smaller than the existing 3R machine. A maximum weight of 20 kg and a volume of 0,036 m3 is expected as the targeted result. 2R machine is expected to help and support the refrigeration service technicians in the repair.
From the calculation and tools selection, it is resulted with 2R machine with specifications weight 20 kg, length 40 cm, width 30 cm, height 30 cm, hermetic compressor 0.25 HP (186.5 Watts) 1 piece, condenser 2050 btu/h 1 piece, copper pipe ¼ In, filter dryer 2 pieces and pressure gauge 1 piece. 2R machine testing conducted on air conditioner ¾ HP engine with a mass of 430 grams of refrigerant. The engine performance test results in accordance with the standard ARI 2R, namely: vapor recovery rate = 0.085 kg/min, the final recovery vacuum 8,5 Psi (for 10 minutes), residual trapped refrigerant 4 grams (<1%),
refrigerant loss 5 grams (≈1%). With the recycling process, R22 which was
discharged into the atmosphere and potentially damaging to the ozone layer can be used again. It supports Indonesia's commitment to reduce and discontinue the use of Ozone Depleting Substances (ODS) in the interest of the household or industry in the long run.
v
vi
vii
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada Penulis, sehingga penulis dapat melewati masa studi dan menyelesaikan Tesis yang merupakan tahap akhir dari proses untuk memperoleh gelar Magister Teknik Mesin di Program Pascasarjana Universitas Diponegoro.
Keberhasilan penulis dalam menyelesaikan Tesis ini tidak lepas dari bantuan orang-orang yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan dukungan, baik moral maupun material. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Dipl.-Ing. Berkah Fajar TK. dan MSK. Tony Suryo Utomo, PhD selaku dosen pembimbing tesis.
2. Dr. Jamari dan Eflita Yohana, PhD selaku dosen penguji tesis.
3. Bapak, ibu, ayuk dan adik-adikku yang selalu memberikan dorongan, do’a dan semangat.
4. Seluruh staf pengajar MTM UNDIP atas segala bimbingannya dan masukannya.
5. Seluruh mahasiswa MTM UNDIP atas segala perjuangannya dan kebersamaannya.
6. Segenap karyawan dan pimpinan Politeknik Sekayu atas segala dukungan dan kerjasamanya.
Penulis menyadari bahwa dalam menulis Tesis ini terdapat kekurangan dan keterbatasan, oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan dan kemajuan penulis dimasa yang akan datang sangat diharapkan. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi seluruh pembaca.
Semarang, 31 Agustus 2013
viii
DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN ... xiv
BAB I. PENDAHULUAN
2.4. Teknik Pengelolaan Refrigeran HCFC (R-22) ... 9
ix
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA. ... 33
4.1. Perencanaan Mesin Recovery dan Recycle ... 33
4.2. Analisa Termodinamika ... 45
4.3. Perhitungan dan Pemilihan Alat ... 47
4.4. Data dan Analisa ... 52
BAB V. Kesimpulan dan Saran ... 68
5.1. Kesimpulan ... 68
5.2. Saran ... 69
DAFTAR PUSTAKA ... 70
x
Hal.
Lampiran 1. Data hasil pengukuran ... 72
Lampiran 2. Data hasil perhitungan ... 74
Lampiran 3. Prosedur kerja mesin recovery dan recycle ... 75
xi
Hal.
Gambar 2.1. Hubungan berbagai proses penanganan refrigeran . ... 7
Gambar 2.2. Siklus pada mesin recovery dan recycle. ... 11
Gambar 2.3. Diagram T–s mesin recovery dan recycle. ... 11
Gambar 2.4. Skema mesin recovery dan recycle . ... 12
Gambar 2.5 Diagram proses perancangan ... 21
Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian. ... 27
Gambar 3.2. Skema Alat Uji Mesin 2R. ... 32
Gambar 4.1 Blok Fungsi. ... 36
Gambar 4.2 Diagram blok fungsi perancagan alat. ... 36
Gambar 4.3 Skets konsep produk pertama mesin recovery dan recycle ... 39
Gambar 4.4 Skets konsep produk kedua mesin recovery dan recycle. ... 40
Gambar 4.5 Skets konsep produk ketiga mesin recovery dan recycle ... 40
Gambar 4.6 Skets konsep produk keempat mesin recovery dan recycle ... 41
Gambar 4.7 Diagram langkah metode pengambilan keputusan... 42
Gambar 4.8. Diagram P-h ideal mesin 2R. ... 46
Gambar 4.9. Diagram T-s ideal mesin 2R... 46
Gambar 4.10. Grafik temperatur (C) sebelum kompresor terhadap waktu. ... 53
Gambar 4.11. Grafik temperatur (C) setelah kompresor terhadap waktu. ... 54
Gambar 4.12. Grafik temperatur (C) setelah kondensor terhadap waktu ... 55
Gambar 4.13. Grafik tekanan (Psig) sebelum kompresor terhadap waktu ... 56
Gambar 4.14. Grafik tekanan (Psig) setelah kompresor terhadap waktu ... 57
Gambar 4.15. Grafik tekanan (Psig) setelah kondensor terhadap waktu ... 58
Gambar 4.16. Grafik massa (gr) tabung sebelum mesin 2R terhadap waktu . ... 59
Gambar 4.17. Grafik massa (gr) tabung setelah mesin 2R terhadap waktu ... 59
Gambar 4.18. Grafik penurunan massa (gr) mesin pendingin terhadap waktu. .... 61
Gambar 4.19. Grafik massa (gr) tabung terhadap waktu . ... 61
Gambar 4.20. Grafik tekanan (Psig) terhadap waktu . ... 62
xii
xiii
Hal.
Tabel 1.1. ODP and GWP of some refrigerans ... 1
Tabel 3.1. Contoh tabel data hasil pengujian ... 32
Tabel 4.1 Matriks morfologi untuk mesin recovery dan recycle ... 37
Tabel 4.2. Matriks pengambil keputusan untuk mesin 2R ... 44
xiv
Simbol Keterangan Satuan
Efisiensi Kompresor -
Penurunan Tekanan Pa
Ap Luas Pipa cm2
d Diameter Pipa m
din diameter dalam pipa cm
dout diameter dalam luar cm
dp diameter butiran oli mm
f Faktor Gesek -
g Percepatan gravitasi m/s2
h1 Entalpi kondisi 1 kJ/kg
h2 Entalpi kondisi 2 kJ/kg
h2s Entalpi (Isentropis) kondisi 2 kJ/kg
h3 Entalpi kondisi 3 kJ/kg
L Panjang Pipa m
mr.AC akhir massa refrigeran pada AC gram
setelah recovery
mr.AC awal massa refrigeran pada AC gram
sebelum recovery
̇ Laju aliran massa refrigeran kg/min
̇ . os laju aliran massa refrigeran kg/s pada pemisah oli
mT1 akhir massa tabung setelah kompresor gram setelah recovery
mT1 awal massa tabung sebelum kompresor gram sebelum recovery
xv
P1 Tekanan vakum akhir mesin pendingin Psi
P2 Tekanan akhir tabung refrigeran Psi
PT1 akhir Tekanan tabung sebelum kompresor Psi
Qkond Kapasitas Pembuangan Panas Watt Kondensor
V kecepatan aliran fluida m/s
Vp Kecepatan droplet m/s
Vref. Kecepatan aliran oli dan refrigeran m/s pada pemisah oli
Wkomp Daya Kompresor Watt
ηref viskositas refrigeran R22 Pa.s
μ viskositas dinamik fluida Pa.s
ν1 Volume Jenis kondisi 2 m3/kg
xvi
ρref massa jenis refrigeran R22 kg/m3
PAC awal Tekanan refrigeran pada AC Psi sebelum recovery
PAC akhir Tekanan refrigeran pada AC Psi setelah recovery
1 pemanasan global. Rusaknya lapisan ozon disebabkan karena banyaknya zat-zat sintetik buatan manusia yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Zat-zat yang umumnya berbentuk gas tersebut terlepas ke atmosfer dan merusak lapisan ozon yang ada di stratosfer. Refrigeran HCFC (Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon), Refrigeran ini terdiri dari unsur Hydrogen (H), Chlor (Cl), Fluor (F) dan Carbon (C).
Karena mengandung hidrogen, refrigeran ini menjadi kurang stabil jika berada di
atmosfer, sehingga sebagian besar akan terurai pada lapisan atmosfer bawah dan
hanya sedikit yang mencapai lapisan ozon. Unsur Chlor yang ada pada HCFC dapat
merusak ozon di atmosfer, oleh sebab itu HCFC memiliki potensi penipisan ozon
(ODP). Contoh refrigeran HCFC ini adalah R-22 (HCFC-22) (AHSRAE, 2010).
Tabel 1.1 (AHSRAE, 2010) menyajikan potensi penipisan ozon (ODP) dan pemanasan global potensial (GWP) dari beberapa refrigeran. Dari Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa HCFC-22, yang merupakan refrigeran yang umum digunakan memiliki nilai ODP 0.06 dan GWP 1700. Umumnya sektor Refrigeration Air Conditioner (RAC) adalah pengguna HCFC-22 yang terbesar .
Tabel 1.1. ODP and GWP of some refrigerans (AHSRAE, 2010).
Bahan Perusak Ozon (BPO) seperti CFC (Chlorofluorocarbon) dan HCFC (Hydro-CFC) tidak hanya merusak lapisan ozon, tetapi juga berkontribusi terhadap perubahan iklim global, karena bahan-bahan tersebut memiliki potensi pemanasan global (GWP – Global Warming Potential) yang cukup tinggi. Oleh karena itu, pertemuan negara Pihak Protokol Montreal pada akhir 2007 sepakat untuk mempercepat penghapusan HCFC. Untuk mencapai target, pemerintah Indonesia menghapus konsumsi HCFC secara bertahap, pada baseline level pada tahun 2013 dengan kriteria baseline : rata-rata konsumsi 2009 dan 2010. Selanjutnya, 10 % pengurangan impor tahun 2015, 35% pengurangan impor tahun 2020, 67.5 % pengurangan impor tahun 2025, 97.5 % pengurangan impor tahun 2030. Menyadari pentingnya aksi nyata masyarakat dunia untuk melindungi lapisan ozon dan sekaligus mengendalikan pemanasan global, maka Pemerintah Indonesia secara aktif mendukung keputusan percepatan penghapusan HCFC (KLH, 2013).
Pelepasan dan kebocoran serta pembuangan R22 dari sistem pendingin menjadi penyebab rusaknya lapisan ozon yang berdampak negatif bagi kehidupan di bumi. Oleh karena itu, segala jenis bahan pendingin yang mengandung zat perusak ozon seperti R-22 harus dihentikan. Sebagai dampaknya, kemungkinan ketersediaan semakin berkurang bahkan nantinya tidak lagi tersedia. Solusinya, adalah pemanfaatan daur ulang R-22. Dengan begitu R-22 yang tadinya terbuang ke atmosfer dan berpotensi merusak lapisan ozon dapat digunakan lagi.
Sebagian besar bengkel servis peralatan pendingin di Indonesia masih melakukan cara-cara lama dalam memperlakukan bahan pendingin yaitu membuangnya ke udara begitu saja. Cara ini dianggap lebih mudah dan praktis dilakukan, tidak memakan waktu, hanya dengan memotong pipa, maka terlepaslah R-22 itu ke atmosfer. Adanya teknologi daur ulang ini, mengharuskan para teknisi untuk mengubah cara lama tersebut dengan cara baru. Dalam melakukan servis refrigerasi yang baik dan benar banyak yang harus diperhatikan. Mulai dari standar operasional prosedur, peralatan servis sampai penanganan limbah yang dihasilkan dari kegiatan servis itu.
pendingin. Mesin recovery, recycle dan recharging disebut dengan mesin 3R, dipergunakan untuk mesin pendingin siklus kompresi uap. Mesin ini bekerja mengeluarkan serta menangkap refrigeran, kemudian mendaur ulang refrigeran yang ditangkap dengan cara memisahkannya dari pelumas dan menyaring kotoran padat yang terdapat dalam refrigeran tersebut, kemudian melakukan pemvakuman lalu pengisian kembali (recharging) refrigeran kedalam unit mesin pendingin.
Pada penelitian ini, penulis lebih memilih mesin 2R yaitu recovery dan
recycle dengan pertimbangan mesin 2R lebih praktis dan portable dibandingkan dengan mesin 3R. Mesin 3R harus disertakan pompa vakum yang berarti akan menambah beban dan ruang bagi unit peralatan. Sedangkan pada mesin 2R proses pemvakuman dan pengisian ulang dapat dilakukan secara terpisah dan bertahap. Sebagai catatan, mesin 2R ini akan digunakan pada mesin pendingin yang biasanya berada pada dinding-dinding gedung atau bangunan baik tinggi maupun rendah. Massa dan ukuran juga menjadi pertimbangan penting dalam pemilihan tipe alat pada penelitian ini. Disamping itu, perlu diuji bagaimana tingkat kemurnian refrigeran hasil mesin recovery dan recycle ini, sehingga dapat diketahui layak-tidaknya refrigeran hasil recovery dan recycle dipergunakan lagi.
Refrigeran yang digunakan yaitu R22. Pemilihan refrigeran R22 dikarenakan untuk refrigeran R12 dan R134-a telah banyak beredar mesin 3R dan salah satunya yaitu mesin yang diberikan oleh Word Bank melalui KLH kepada perusahaan/bengkel servis mesin pendingin. Unjuk kerja mesin pendingin yang menggunakan refrigeran CFC/R-12 hasil recovery dan recycle mesin 3R didapat 2,435 sedangkan CFC/R-12 murni 2,54. Terdapat perbedaan unjuk kerja mesin pendingin terhadap penggunaan refrigeran CFC/R-12 murni dengan refrigeran hasil mesin 3R dengan rata-rata pebedaannya 0,089 atau 3,53 %, (Rasta dkk, 2010).
1.2. Perumusan Masalah
refrigeran R22 yang ada di pasaran sangatlah sukar didapat dan juga memiliki harga yang tidak murah mengingat mesin tersebut adalah produk luar negeri yang belum terlalu dikenal dan teruji di kalangan perusahaan/bengkel servis mesin pendingin. Adapun permasalahan yang akan diangkat oleh penyusun dalam penelitian ini, adalah :
1. Mengatasi kendala ukuran dan massa mesin 3R yang telah ada, maka akan ditentukan komponen mesin 2R yang ringan dengan ukuran minimalis, sehingga dapat digunakan dengan mudah di berbagai lokasi.
2. Mengetahui kinerja dan mesin recovery dan recycle hasil penelitian.
1.3. Originalitas Penelitian
Beberapa perusahaan telah banyak yang memproduksi mesin Recovery, recycle dan recharging, baik untuk R-12, R-134a maupun R-22. Mesin 3R yang telah diberikan oleh Kementrian Lingkungan Hidup hanya untuk refrigeran R-12 dan R-134a, sedangkan mesin 2R untuk refrigeran R-22 yang ada di pasaran susah didapat dan memiliki harga yang relatif mahal. Sebagai insan kampus dalam program pengembangan keilmuan maka pembuatan sendiri mesin recovery dan
recycle ini sangat diperlukan untuk membuktikan dan meneliti hasil karya/produk-produk yang telah ada, sehingga penelitian ini nanti memberikan kontribusi baru terhadap mesin recovery dan recycle yang telah ada sebelumnya.
1.4. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memberi nilai tambah/ekonomis bagi perusahaan/bengkel karena tidak perlu membeli refrigeran baru (tidak keluar biaya) untuk mengisi sistem pendingin, cukup menggunakan refrigeran hasil recovery dan recycle mesin 2R, sekaligus mencegah HCFC terbuang ke atmosfer, sehingga dapat mencegah terjadinya penipisan lapisan ozon.
2. Membantu pemerintah (KLH) dan dunia dalam program perlindungan lapisan ozon dan mencegah efek pemanasan global akibat buangan refrigeran HCFC. 3. Dapat meningkatkan kesadaran dan partisipasi aktif masyarakat dalam
1.5. Tujuan Penelitian
1. Menghitung dan menentukan komponen-komponen prototipe mesin recovery
dan recycle yang mudah diangkut dan digunakan.
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Umum Ozon, HCFC dan Mesin 2R/3R
Kebutuhan refrigeran HCFC (R-22) di dalam negeri setelah impor dihentikan pada akhir 2013 masih tetap ada mengingat masih banyaknya peralatan yang terpasang atau beroperasi menggunakan HCFC. Sehingga perlu dilakukan upaya pengambilan kembali HCFC dari sistem mesin pendingin atau unit terpasang untuk meminimalkan pelepasan HCFC ke atmosfer. Menurut Kementrian Lingkungan Hidup (KLH) mesin 3R adalah mesin yang berfungsi untuk me-recovery, me-recycle dan me-recharging refrigeran dari dan ke mesin pendingin. Prinsip kerja mesin 3R (recovery, recycle and recharging) dibagi menurut sistem recycle-nya, yaitu laluan tunggal dan multi laluan. Pada laluan tunggal proses pemurnian refrigeran dilakukan hanya satu kali sirkulasi saja. Sedangkan pada multi laluan sirkulasi dilakukan berulang-ulang. Banyaknya
receiver dryer dan pipa-pipa kapiler yang digunakan pada sistem mesin 3R laluan tunggal lebih sedikit dibandingkan mesin 3R multi laluan (Tandian dan Ari, 2005). Dalam proyek bantuan world bank melalui KLH digunakan mesin 3R laluan tunggal (UNDP-KLH, 2007).
Keuntungan dengan service mesin 3R ini yaitu : 1) mencegah kerusakan lapisan ozon oleh HCFC serta mencegah pemanasan global, 2) secara ekonomis lebih menguntungkan karena tidak perlu membeli refrigeran baru untuk mengisi mesin pendingin, cukup dengan menggunakan refrigeran hasil recycle oleh mesin 2R, dan 3) saat melakukan service akan lebih efektif dan efisien.
2.2. Definisi dan Hubungan Recovery, Recycle dan Recharging
Recovery dapat diartikan sebagai tindakan pemindahan refrigeran dalam tingkat keadaan apapun (uap, cair, campuran, atau bercampur dengan substansi lainnya) dari suatu sistem serta menyimpan refrigeran tersebut didalam sebuah penampung di luar sistem (Althouse et al., 2004; Shizuo and Kazuyuki, 2003).
dryer untuk mengurangi kelembaban, keasaman serta partikulat (Althouse et al., 2004).
Recharging adalah tindakan pengisian kembali sistem refrigerasi dengan refrigeran yang telah di-recovery dan recycle. Reclamation atau reklamasi adalah upaya untuk menperoleh ulang refrigeran yang melekulnya telah rusak dan tidak dapat dimurnikan dengan cara recycling. Berbeda dengan proses recycling yang hanya melibatkan proses-proses fisik seperti penyaringan kotoran dan pemisahan pelumas, proses reclaiming melibatkan proses kimia untuk memperbaiki susunan melekul (EPA, 1999). Disposal atau pembuangan adalah tindakan penghancuran refrigeran dan untuk membuangnya dalam bentuk yang aman. Analisis kimia refrigeran wajib menunjukkan spesifikasi yang sesuai. Identifikasi kontaminan dan analisis kimia yang diperlukan harus ditentukan dengan mengacu pada standar nasional atau internasional untuk spesifikasi produk baru.
Push / Pull Method. Metode recovery refrigeran didefinisikan sebagai proses mentransfer refrigeran cair dari sebuah sistem pendinginan ke tabung penerima dengan menurunkan tekanan dalam tabung dan meningkatkan tekanan dalam sistem. Pada Gambar 2.1 dapat dilihat hubungan berbagai proses penanganan refrigeran. Pada gambar tersebut diinformasikan bahwa mesin
recovery dapat me-recovery refrigeran baik yang berasal dari mesin refrigerasi maupun dari sumber lain. Kemudian refrigeran dapat diisikan kembali kemesin refrigerasi setelah didaur ulang. Refrigeran yang tidak layak lagi digunakan akan dimusnahkan.
2.3. Parameter-Parameter dari Mesin Recovery dan Recycle
Berikut parameter kinerja dari mesin 2R : a. Vapor Recovery Rate (kg/min)
b. Final Recovery Vacuum (kPa) c. Recycle Flow Rate (kg/min)
d. Residual Trapped Refrigeran (gram) f. Refrigeran Loss (gram)
Vapor Recovery Rate adalah laju aliran massa rata-rata refrigeran yang ditarik dari sistem berdasar tekanan. (Kondisi awal uap pada tekanan saturasi dan suhu titik didih di 24 ° C atau di 100 kPa, mana yang lebih tinggi. Kondisi tekanan akhir adalah 10% dari tekanan awal, tetapi tidak lebih rendah dari tekanan vakum recovery dan tidak lebih tinggi dari 100 kPa.).
Recycle Flow Rate, Jumlah refrigeran yang diproses dibagi dengan waktu yang telah berlalu dalam modus daur ulang. Untuk peralatan yang menggunakan urutan daur ulang terpisah, tingkat daur ulang tidak termasuk laju recovery. Untuk peralatan yang tidak menggunakan urutan daur ulang terpisah, tingkat daur ulang adalah hanya tingkat berdasarkan tinggi dari tingkat recovery cair atau uap, dimana tingkat kontaminan diukur.
Residual Trapped Refrigerant adalah refrigeran yang tersisa dalam mesin pendingin setelah pembersihan. Trapped Refrigerant adalah jumlah refrigeran yang tersisa dalam peralatan recovery setelah pemulihan atau recovery/daur ulang operasi sebelum pembersihan.
Refrigeran hasil dari mesin 2R dapat diuji berdasarkan perbandingan dengan refrigeran murni sesuai dengan kategori yang dipilih. Jika refrigeran hasil recycle
dapat mendekati kontaminasi seperti refrigeran murni, maka refrigeran hasil
recycle dapat digunakan kembali. Tingkat kontaminan yang tidak dapat digunakan hanya pada kondisi yang terburuk.
2.4. Teknik Pengelolaan Refrigeran HCFC (R-22)
1) Stok CFC, HCFC dan HFC yang sudah ada di dalam negeri.
2) Hasil recovery dari kegiatan service peralatan pendingin yang masih menggunakan CFC, HCFC dan HFC.
3) Hasil retrofit atau replacement peralatan pengguna CFC, HCFC dan HFC. 4) Hasil retirement peralatan yang masih menggunakan CFC, HCFC dan HFC.
Menurut Dincer (2003) tujuan pengelolaan refrigeran CFC, HCFC dan HFC adalah:
1) Mempercepat proses penghapusan CFC dan HCFC sebagai bahan perusak ozon (BPO) serta HFC sebagai penyebab pemanasan global.
2) Mencegah emisi CFC, HCFC dan HFC.
3) Menjaga kelangsungan kegiatan yang masih memerlukan CFC, HCFC dan HFC atau kegiatan alih teknologi pada industri pengguna CFC, HCFC dan HFC.
2.5. Service Mesin Pendingin
Menurut Haryanto (2004), service mesin pendingin adalah tindakan perawatan atau perbaikan yang dilakukan terhadap mesin pendingin sehingga refrigeran harus dikeluarkan dari dalam sistem. Service dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki komponen, melakukan penggantian komponen, pembersihan komponen atau penggantian refrigeran. Dalam melakukan tindakan service
terhadap mesin pendingin ada beberapa tahapan yang umum dilakukan yaitu sebagai berikut :
Tahap pertama, pengeluaran refrigeran dari dalam sistem. Pada tahapan ini, sebelum melakukan tindakan service terhadap mesin pendingin biasanya refrigeran di dalam sistem terlebih dahulu harus dikeluarkan. Selama ini para teknisi mengeluarkan refrigeran dari dalam sistem dan melepaskan refrigeran tersebut ke atmosfer. Bila refrigeran yang dilepaskan tersebut mengandung unsur
chlor seperti refrigeran HCFC (R-22) akan menyebabkan terjadinya penipisan lapisan ozon dan HFC (R-134a) akan menyebabkan pemanasan global.
tindakan service dapat dilakukan seperti melakukan perawatan, perbaikan atau penggantian terhadap komponen yang mengalami kerusakan.
Tahap ketiga, melakukan vacuum system. Jika service telah selesai dilaksanakan, maka sistem perlu di-vacuum atau pengosongan dengan menggunakan alat vacuum dengan tujuan agar sistem tidak mengandung uap air, udara (gas) dan sebagainya. Jika unsur-unsur tersebut berada dalam sistem pada saat sistem bekerja maka akan mempengaruhi kinerja sistem dan pada akhirnya merusak sistem mesin pendingin.
Tahap keempat, melakukan pengisian refrigeran. Jika sistem sudah benar-benar vacuum dan tidak ditemui kebocoran dalam sistem maka dilakukan pengisian refrigeran dengan kapasitas refrigeran sesuai dengan petunjuk pabrik pembuatnya.
Service mesin pendingin cara lama (konvensional) dilakukan dengan cara mengeluarkan refrigeran dari dalam sistem dengan melepas refrigeran tersebut ke atmosfer yang merupakan cara service yang tidak ramah lingkungan.
2.6. Mesin Recovery dan Recycle
Karakteristik dari mesin recovery dan recycle:
1) Mesin recovery dan recycle ini hanya dioperasikan untuk mesin pendingin siklus kompresi uap.
2) Jenis refrigeran yang dapat di recovery dan recycle yaitu refrigeran senyawa halokarbon.
Pada Gambar 2.2 dapat dilihat siklus terbuka pada mesin recovery dan
Gambar 2.2. Siklus pada mesin recovery dan recycle.
Gambar 2.3. Diagram T–s mesin recovery dan recycle (Moran & Shapiro, 2006).
Urutan proses yang terjadi pada siklus mesin recovery dan recycle : Proses 1 – 2
Proses 2 – 3
Proses pelepasan energi panas refrigeran di kondensor pada tekanan konstan (isobaric). Refrigeran mengalami kondensasi menuju cairan jenuh.
Proses 3 – 4
Proses pemindahan refrigeran menuju tabung penyimpan refrigeran sementara. (ASHRAE, 2006)
Gambar 2.4. Skema mesin recovery dan recycle (ASHRAE, 2006).
Pada Gambar 2.4. diatas dapat dilihat skema dari mesin recovery dan
recycle. Pada gambar tersebut digambarkan bahwa refrigeran dari sistem refrigerasi dihisap oleh kompresor menuju pemisah oli dan filter dryer untuk mengurangi kontaminasi oli dan kotoran serta uap air yang terkandung pada refrigeran sebelum memasuki kompresor. Lalu refrigeran dikompresi ke kondensor untuk didinginkan setelah itu refrigeran kembali melalui filter dryer
2.7. Cara Kerja Mesin 2R Laluan Tunggal
Menurut Key and Powell (1998) dan Andika (2006) yang menjelaskan cara kerja mesin 2R laluan tunggal sebagai berikut :
Recovery, proses pengambilan refrigeran dari dalam suatu sistem pendingin dan memindahkannya ke dalam suatu tabung/tangki penampung. Prosedur pada tahap recovery yaitu:
1) Untuk refrigeran yang sejenis refrigeran hasil recovery harus dikumpulkan dalam tangki penampung.
2) Refrigeran hasil recovery harus diberi label yang menyatakan jenis refrigeran. 3) Tangki penampung refrigeran hasil recovery yang direkomendasikan adalah yang dirancang untuk pemakaian berulang (refillable), bukan tangki sekali pakai (disposable) yang biasa digunakan untuk kemasan refrigeran baru, dan 4) Pada kondisi dimana kompresor hermatik atau semi hermatik terbakar atau
mengalami kerusakan akibat temperatur berlebih, maka refrigeran hasil
recovery harus disimpan dalam tangki penampung khusus untuk reklamasi atau dimusnahkan.
Recycle (daur ulang), proses peningkatan kemurnian refrigeran dari proses sirkulasi didalam mesin 2R melalui proses fisika dengan jalan pemisahan minyak pelumas dan penyaringan refrigeran untuk digunakan kembali. Refrigeran yang berasal dari sistem refrigerasi dengan kompresor hermatik dan semi hermatik yang terbakar tidak boleh di-recycle karena banyak mengandung kotoran dan memiliki tingkat keasaman yang tinggi (ASHRAE, 2010). Prosedur pelaksanaan
recycle yaitu :
1) Sebelum dilakukan recycle, wajib dilakukan pengkajian/verifikasi terhadap sistem refrigerasi dan keadaan sekitarnya.
2) Dilarang melepas refrigeran jenis CFC, HCFC dan HFC ke atmosfer dalam pelaksanaan recycle.
4) HCFC hasil daur ulang harus ditampung dalam tangki penampung dan diberi label yang menunjukkan jenis refrigeran yang disimpan.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan tangki penampung yaitu (ASHRAE, 2010):
1) Refrigeran hasil recycle harus ditampung dalam tangki yang dirancang untuk pemakaian berulang (refillable), bukan dalam tangki sekali pakai (disposable) yang biasa digunakan untuk kemasan refrigeran baru dan
2) Untuk menginformasikan jenis refrigeran, tangki penampung harus diberi label identitas yang menginformasikan jenis refrigeran secara jelas.
Recharging, proses pengisian kembali mesin pendingin dengan refrigeran yang diambil atau ditangkap pada waktu proses recovery. Sebelum sistem diisi dengan refrigeran baru, harus dilakukan:
1) Pemvakuman, untuk membersihkan sistem dari sisa refrigeran lama dan gas lain yang tidak diinginkan.
2) Pemeriksaan kebocoran sesuai dengan standar yang berlaku. Jika ternyata ada kebocoran, sistem harus diperbaiki dahulu sebelum dilakukan pengisian refrigeran (UNDP-KLH, 2007).
Menurut UNDP-KLH (2006), peralatan yang digunakan dalam service
mesin pendingin dengan mesin 3R adalah sebagai berikut : satu buah tang penusuk dan selang penghubung, satu tabung untuk penampung refrigeran, satu tabung refrigeran, satu unit mesin 3R, satu buah tang penjepit, satu buah pentil Freon, satu buah pendeteksi kebocoran, satu buah gauge manifold dan lain-lain. Namun dari pengalaman menunjukkan bahwa cara diatas tidaklah efektif, terutama penggunaan tank penusuk yang ternyata refrigeran masih terlepas ke Atmosfer melalui celah-celah tank dan pipa. Mesin 3R juga terlalu besar dan berat sehingga diusahakan pembuatan mesin 2R.
Dengan adanya usaha-usaha perlindungan lapisan ozon dan pengurangan impor HCFC maka para teknisi sebaiknya (ASHRAE, 2010):
1) Memahami bahaya yang timbul akibat rusaknya lapisan ozon.
3) Mengetahui jenis-jenis refrigeran baru pengganti HCFC dan penggunaannya, dan
4) Mengetahui cara-cara penanganan refrigeran HCFC dan refrigeran baru pada saat service dan retrofit.
Berdasarkan uraian diatas, yang dimaksud dengan pengelolaan refrigeran HCFC (R-22) dengan mesin 2R dan kaitannya dengan sektor servicing pada bengkel mesin pendingin adalah cara penanganan refrigeran HCFC (R-22) pada saat service mesin pendingin menggunakan mesin 2R. Proses tersebut dimulai dari proses recovery yaitu proses pengambilan refrigeran dari dalam suatu sistem pendingin dan memindahkannya ke dalam suatu tabung/tangki penampung. Kemudian proses recycle yaitu proses peningkatan kemurnian refrigeran dari proses sirkulasi didalam mesin 2R melalui proses fisika dengan jalan pemisahan minyak pelumas dan penyaringan refrigeran untuk digunakan kembali dan proses
recharging yaitu proses pengisian kembali refrigeran yang diambil atau ditangkap pada waktu proses recovery pada sistem mesin pendingin tersebut.
2.8. Komponen dan parameter perhitungan Mesin Recovery dan Recycle Komponen utama mesin recovery dan recycle refrigeran terdiri dari; kompresor, kondensor, evaporator dan alat ekspansi. Disamping komponen utama terdapat komponen tambahan seperti; strainer/filter dryer, pemisah oli, fan motor
dan chekvalve.
2.8.1.Kompresor
kompresor hermetik berguna untuk mendinginkan kumparan motor listrik dan minyak pelumas kompresor. Kompresor pada sistem refrigerasi berguna untuk :
1. Menurunkan tekanan di dalam evaporator dengan menghisap refrigeran di evaporator sehingga refrigeran cair di evaporator dapat menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap panas lebih banyak dari ruangan di dekat evaporator.
2. Menghisap refrigeran dari evaporator pada suhu dan tekanan rendah lalu memampatkan gas tersebut sehingga menjadi gas bertekanan dan bersuhu tinggi. Kemudian mengalirkannya ke kondensor hingga gas tersebut berubah fase menjadi cair (pengembunan) dengan melepaskan panas refrigeran ke lingkungan atau kepada zat yang mendinginkan kondensor.
Untuk efisiensi mekanik yang diberikan diperlukan perhitungan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem yaitu kerja yang dilakukan oleh kompresor. Kerja yang dilakukan dapat dihitung dengan menggunakan sifat-sifat sistem yang mengacu pada gambar 2.3. Hal ini dapat didefinisikan sebagai kerja kompresor:
̇ = ̇ (h2– h1) (2.1)
Dengan diketahui efisiensi isentropis ηcomp, maka besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan system mesin 2R adalah :
̇ = ̇
(2.2)
2.8.2.Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengembunkan uap refrigeran yang mengalir dari kompresor. Untuk mengembunkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari kompresor) diperlukan usaha untuk melepaskan kalor sebanyak kalor laten pengembunan dengan cara mengdinginkan uap refrigeran tersebut. Jumlah kalor yang dilepaskan pada kondensor sama dengan jumlah kalor yang diserap refrigeran dari dalam evaporator ditambah energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresi dalam kompresor.
Ditinjau dari media yang digunakan untuk mendinginkan kondensor, maka kondensor dapat dibagi menjadi :
a. Kondensor dengan pendinginan air (Water cooled condensor) b. Kondensor dengan pendinginan udara (Air cooled condensor)
c. Kondensor dengan pendinginan air dan udara (Evaporative condensor)
Panas yang harus dibuang dari kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Termodinamika 1. Laju Pendinginan di kondensor dihitung dengan menggunakan hukum pertama dan mengetahui kondisi refrigeran R22 cairan jenuh pada tekanan kondisi 3 (P3), maka nilai entalpi (h3) temperatur (T3) dapat ditentukan menggunakan tabel sifat refrigeran jenuh (Uap-Cair) tabel tekanan (Moran & Shapiro, 2006). Menggunakan nilai perubahan entalpi pada kondensor dan laju aliran massa refrigeran, laju pendinginan untuk kondensor dapat ditentukan:
̇kond = ̇ (h2– h3) (2.3)
Dari kapasitas pembuangan panas yang dibutuhkan maka dapat dipilih kondensor yang sesuai dan tersedia dipasaran.
2.8.3.Pipa Kapiler
Pipa kapiler juga disebut chore tube, capillary tube dan lain sebagainya. Adapun guna dari pipa kapiler adalah :
b. Mengontrol atau mengatur jumlah refrigeran cair yang mengalir dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah.
Pipa kapiler banyak sekali macam dan ukurannya. Dimensi yang diukur yaitu diameter dalam, hal ini berbeda dengan pipa tembaga yang diukur adalah diameter luarnya. Pipa kapiler menghubungkan sisi tekanan tinggi dengan sisi tekanan rendah atau antara saringan dengan evaporator dan pada bagian tengahnya mungkin dilewatkan pada pipa hisap dan disolder. Bagian yang disolder ini dinamakan heat exchanger.
Berikut perhitungan pemilihan ukuran dan bentuk pipa kapiler :
= f
(
) (
)
(2.4)Faktor gesek dapat diketahui dengan mengacu pada diagram Moody berdasarkan Bilangan Reynolds dan kondisi fluida.
Re = dV ρ/μ (2.5)
2.8.4.Filter Dryer
Saringan (filter dryer) digunakan untuk menyaring kotoran-kotoran didalam sistem, seperti: potongan timah, kerak, karat dan lainnya agar tidak masuk kedalam pipa kapiler atau alat ekspansi lainnya. Saringan harus menyaring semua kotoran didalam sistem, tetapi tidak boleh menyebabkan penurunan tekanan atau membuat sistem menjadi buntu. Jika kompresor hermetic rusak atau motornya terbuka, maka saringan harus ditukar dengan yang baru. Pemilihan jenis dan spesifikasi filter dryer berdasarkan ukuran dan jenis pipa yang digunakan dalam sistem refrigerasi.
2.8.5.Pipa
Bila kecepatan aliran refrigeran adalah V (m/s), maka Luas Penampang Pipa Refrigeran yang dibutuhkan dapat dihitung, yaitu :
Pipa Setelah Kompresor Ap = Luas Pipa =
̇
(2.6)
d =
√
(2.7) Dengan data diameter dalam pipa diketahui, maka dengan itu kita dapat menentukan jenis pipa standar yang dibutuhkan.2.8.6.Pemisah Oli
Refrigeran dan pelumas dapat bercampur atau tidak bercampur dengan pelumas bergantung pada jenis dan ukuran kompresor. Pada kompresor sentrifugal pelumas mempunyai sistem tersendiri yang terpisah dari saluran refrigeran, sehingga pada sistem ini, tidak perlu dikhawatirkan pengaruh kelarutan refrigeran dalam minyak pelumas atau sebaliknya. Namun demikian pada jenis kompresor torak dan ulir refrigeran bercampur dengan minyak pelumasnya. Untuk jenis kompresor ini maka diperlukan pasangan refrigeran–minyak pelumas yang saling larut, dengan demikian minyak pelumas dan refrigeran dapat dipisahkan dengan memasang pemisah oli pada sisi keluaran kompresor. Pada sistem kompresor yang memungkinkan terjadinya pencampuran refrigeran–oli, maka perlu diperhatikan adanya penuruan kerapatan dan viskositas minyak pelumas tersebut agar tidak terjadi kegagalan pelumasan.
Pelumas refrigeran secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu oli mineral yang berasal dari minyak bumi dan oli sintetik. Terdapat dua jenis oli mineral yaitu oli mineral Napthenic dan Paraffinic, keduanya merupakan senyawa hidrokarbon jenuh, tetapi oli mineral napthenic mempunyai ikatan cyclic yang menyebabkan oli jenis ini viskositas dan temperatur curahnya lebih rendah dibandingkan oli mineral Paraffinic yang banyak mengandung lilin parafin. Dalam praktek keduanya terdapat dalam mineral oli dengan komposisi yang berbeda-beda. Refrigeran sintetik yang banyak digunakan adalah Alkyl-benzene, Polyo ester (POE), dan polyalkyl glycol (PAG). Hampir semua refrigeran halokarbon larut dengan baik dalam oli mineral, kecuali R-22, R-114 dan R-502 yang hanya larut sebagian (ASHRAE, 2010).
pelumas kembali ke kompresor secara gravitasi. Sebagai contoh R-22 dengan 10% mineral oil merupakan larutan yang baik pada temperatur kondensor, tetapi akan terpisah pada temperatur evaporator –5oC. Jika kandungan oli mencapai 18% pemisahan akan terjadi pada temperatur 0,5oC. Pada umumnya viskositas dan massa jenis oli pelumas akan menurun jika bercampur dengan refrigeran. Besarnya penurunan viskositas dan massa jenis ini meningkat dengan meningkatnya jumlah refrigeran yang terlarut, temperatur dan tekanan (AHSRAE, 2010).
Campuran uap refrigeran dan minyak pelumas dapat dipisahkan di pemisah oli dengan menurunkan kecepatan aliran campuran refrigeran dan oli. Minyak/campuran uap meninggalkan kompresor dan memasuki tabung pemisah oli yang disana dapat mengembang, tiap-tiap tetesan minyak dikabutkan dalam aliran massa yang saling beradu satu sama lain mulai membentuk tetesan yang lebih besar dan lebih besar. Tetesan lebih besar ini kemudian jatuh ke bagian bawah pemisah minyak oleh karena gravitasi. Proses ini akan berlangsung dalam tabung kosong, semakin besar diameter semakin baik. Oli refrigeran dalam bentuk aerosol memiliki ukuran 0,1-40 m. Mayoritas aerosol dalam campuran gas berada di kisaran 0,4-10 m dengan lebih dari 50% dari aerosol kurang dari 1 m. Minyak dalam bentuk aerosol sangat sulit untuk dihilangkan. Jika minyak ini tidak dikonversi ke tetesan besar dan cukup berat untuk turun melalui tarikan gravitasi, maka akan kembali ikut aliran campuran gas. Jika kecepatan sangat rendah, akan ada kekuatan yang cukup untuk menyebabkan tetesan kecil untuk bertabrakan dan jatuh. (ASHRAE Journal, 1995).
Berikut perhitungannya :
Vref harus lebih kecil dari pada Vref. maks agar oli dapat terpisah dengan refrigeran. Vp - Vref = 1/18 dp2
[
]
g (Schramm, 1992)
(2.8)2.9. Konsep Perancangan
2.9.1. Diagram Alir Proses Perancangan
Diagram alir adalah suatu gambaran utama yang dipergunakan untuk dasar dalam bertindak. Seperti halnya pada perancangan diperlukan suatu diagram alir yang bertujuan untuk mempermudah dalam pelaksanaan proses perancangan. Menurut Darmawan 2004, perancangan itu terdiri dari serangkaian kegiatan yang beruntun, karena itu disebut sebagai proses perancangan. Kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Fase-fase dalam proses perancangan berbeda satu dengan yang lainya. Fase-fase proses perancangan tersebut dapat digambar dalam diagram alir sebagai berikut:
Gambar 2.5 Diagram proses perancangan (Darmawan, 2004)
2.9.2. Definisi, perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi teknis produk
Ide produk yang akan dirancang dan dibuat dipilih dari daftar ide-ide produk yang diusulkan baik oleh bagian pemasaran maupun dari bagian-bagian lain dalam perusahaan pada langkah/kegiatan definisi proyek. Definisi proyek dan kegiatan-kegiatan lain dalam fase ini menghasilkan antara lain, disamping definisi proyek adalah:
a. pernyataan tentang masalah/produk yang akan dirancang, Kebutuhan
Definisi, perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi teknis produk
Perancangan konsep produk
Perancangan produk
b. beberapa kendala atau constraints yang membatasi solusi masalah tersebut,
c. spesifikasi teknik produk dan,
d. krieria keterterimanan (acceptability criteria) dan kriteria lain yang harus dipenuhi.
Untuk ide produk, maka kemudian dilakukan survei diantara pengguna (consumer) dan pelanggan (costumer) untuk mengetahui keinginan-keinginan pengguna tentang produk tersebut. Berdasarkan keinginan-keinginan pengguna tersebut kemudian disusun spesifikasi teknis produk yang selanjutnya akan dijadikan dasar fase perancangan berikutnya. Yaitu fase perancangan konsep produk dan menjadi tolak ukur pada evaluasi hasil produk yang sudah jadi.
Salah satu metode yang dianjurkan untuk digunakan dalam penyusunan spesifikasi teknis produk adalah metode Quality Functionla Deployment (QFD) yang dikembangkan di Jepang, dan kemudian banyak digunakan oleh perusahaan-perusahaan di Amerika serikat pada tahun 1980-an. Sebelum fase perancangan konsep produk dimulai, terlebih dahulu disusun rencana proyek, yang mengatur jadwal dan urutan kegiatan dan mengatur pergerakan sumber dana, sumber tenaga dan sumber dana lainnya. Spesifikasi teknis produk adalah dinamis sifatnya, yaitu dapat mengalami perubahan selama proses perancangan dan pembuatan produk berlangsung. Spesifikasi teknis produk mengandung hal-hal berikut:
Kinerja atau performance yang harus dicapai produk
Kondisi lingkungan, seperti temperatur, tekanan dan lain-lain yang akan dialami produk
Kondisi operasi lain
Jumlah produk yang akan dibuat
Dimensi produk
Berat produk
Ergonomic
Keamanan dan safety
Jika waktu penyelesaian perancangan dan pembuatan produk tercantum dalam spesifikasi, maka perlu dibuat jadwal penyelesaian setiap fase dan langkah dalam proses perancangan dan pembuatan produk. Hal ini merupakan suatu perencanaan proyek.
2.9.3. Perancangan Konsep Produk
Spesifikasi teknis produk hasil fase pertama proses perancangan menjadi dasar fase berikutnya, yaitu fase perancangan konsep produk. Tujuan fase ini adalah menghasilkan alternatif konsep produk sebanyak mungkin. Konsep produk yang dihasilkan fase ini masih berupa skema atau dalam bentuk skets. Pada prinsipnya, semua alternatif semua konsep produk tersebut memenuhi spesifikasi teknik produk. Pada akhirnya fase perancangan konsep produk, dilakukan evaluasi pada hasil rancangan konsep produk untuk memilih satu atau beberapa konsep produk terbaik untuk dikembangkan pada fase ketiga fase perancangan produk.
2.9.4. Perancangan Produk
Fase perancangan produk merupakan pengembangan alternative dalam bentuk skema atau skets menjadi produk atau benda teknik yang bentuk, material dan dimensi elemen-elemennya ditentukan. Fase perancangan produk diakhiri dengan perancangan detail elemen-elemen produk, yang kemudian dituangkan dalam gambar-gambar detail untuk proses pembuatan.
2.9.5. Dokumen untuk Pembuatan Produk
Dokumen atau gambar hasil perancangan produk tersebut dapat dituangkan dalam bentuk gambar tradisional diatas kertas (2 dimensi) atau gambar dalam bentuk modern yaitu informasi digital yang disimpan dalam bentuk memori computer. Informasi dalam digital tersebut dapat berupa print-out untuk menghasilkan gambar tadisional atau dapat dibaca oleh sebuah software computer.
a. Gambar semua elemen produk lengkap dengan geometrinya, dimensinya, kekasaran/kehalusan permukaan dan material.
b. Gambar susunan komponen (assembly). c. Gambar susunan produk.
25
BAB III
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2013 hingga bulan Juni 2013 di Laboratorium Konversi Energi, Training Center, Sains and Technology,
Universitas Diponegoro.
3.2. Alat dan Bahan 3.2.1. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam perancangan dan pengujian ini adalah Refrigeran HCFC (R22) murni yang dijual dipasaran.
3.2.2. Alat Penelitian
Perancangan dan Pengujian Prototipe Mesin 2R pada mesin pendingin di Laboratorium Training Center, Sains and Technology, Universitas Diponegoro, dengan peralatan sebagai berikut :
a) 1 Unit Air Conditioner ¾ HP : b) Kompresor ¼ HP
c) Unit Kondensor, motor dan Fan
d) Pemisah oli
e) Filter dryer
f) Pressure Gauge
g) Infrared/DIGITAL thermometer
h) Stop watch
i) Gauge manifold
j) Timbangan digital k) Tabung refrigeran
l) Refrigeran Chekmate
m) Perlengkapan AC Service, meliputi :
7) 1 Set Perlengkapan Las Brazing
Alat uji yang digunakan telah terkalibrasi dari pabrik pembuatnnya.
3.3. Metode Penelitian
Metode penelitian yang dipergunakan adalah metode pendekatan rancangan secara umum, yaitu pendekatan analisis fungsional dan pendekatan analisis struktural. Analisis fungsional yaitu analisis yang menyangkut segi fungsi dan kegunaan dari setiap elemen penyusun mesin tersebut terhadap komoditi yang akan diproses. Analisis struktural yaitu analisis yang menyangkut bahan dasar, kekuatan bahan, dan konstruksi. Diagram alir metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1. Tahapannya adalah sebagai berikut:
3.3.1 Identifikasi Permasalahan
Khusus untuk Mesin Mesin Pendingin, akan dirancang dan digunakan mesin 2R yang cocok dan mudah digunakan sesuai kondisi lapangan pada servis mesin Mesin Pendingin. Sebelum melakukan tindakan servis terhadap mesin pendingin biasanya refrigeran di dalam sistem terlebih dahulu harus dikeluarkan. Selama ini (sebelum menggunakan mesin 2R/3R) para teknisi melakukan sevice secara konvensional yaitu mengeluarkan refrigeran dari dalam sistem mesin pendingin dan melepaskan refrigeran tersebut ke atmosfer. Secara ekonomis mesin 2R lebih menguntungkan karena tidak perlu membeli refrigeran baru untuk mengisi mesin pendingin, cukup dengan menggunakan refrigeran hasil recovery dan recycle
1) Bentuk, ukuran dan massa prototipe mesin 2R 2) Metode pada recovery yang digunakan
3) Waktu dan kecepatan proses 4) Temperatur dan tekanan
Tidak Layak
Layak
Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian.
Analisis Fungsional
Pemilihan alat berdasar hasil perhitungan
Pembuatan Mesin 2R
Selesai Uji Fungsional :
Ukuran, massa, laju recovery
Mulai
Identifikasi Permasalahan :
3.3.2 Analisis Fungsional
Mekanisme sistem penghisap pada mesin recovery dan recycle ini dirancang untuk me-recovery dan me-recycle refrigeran yang ada di mesin pendingin untuk dipindahkan kedalam tabung penampung. Bagian-bagian yang bekerja antara lain:
a. Kompresor, berfungsi untuk menghisap refrigeran mesin pendingin pada suhu dan tekanan rendah lalu memamfatkan gas tersebut sehingga menjadi gas bertekanan dan bersuhu tinggi. Kemudian mengalirkannya ke kondensor. Mempergunakan tenaga listrik sebagai sumber penggeraknya. b. Pipa kapiler, berfungsi menurunkan tekanan dari mesin pendingin sebelum
memasuki kompresor agar tekanan yang bekerja ke kompresor lebih ringan.
c. Pipa, berfungsing menghubungkan aliran refrigeran antar komponen-komponen mesin recovery dan recycle.
d. Kondensor, berfungsi sebagai pembuang panas refrigeran hingga berubah fase menjadi cair (pengembunan) dengan melepaskan panas refrigeran ke lingkungan atau kepada zat yang mendinginkan kondensor (udara).
e. Katup manual, adalah bagian yang mempengaruhi jalannya aliran refrigeran. Berfungsi sebagai pemutus dan penyambung aliran Refrigeran. f. Manifold gauge, berfungsi sebagai alat penghubung antara mesin
pendingin dan mesin 2R sekaligus sebagai alat pengukur tekanan hisap kompresor.
g. Oil separator, berfungsi untuk memisahkan antara refrigeran dan oli yang sebelumnya telah bercampur pada sistem mesin pendingin.
h. Filter dryer, berfungsi sebagai penyaring kotoran dan gelembung-gelembung udara yang ada pada refrigeran.
i. Tabung penampung, sebagai tempat penampungan sementara refrigeran hasil recovery dan recycle dari mesin pendingin.
j. Timbangan digital, untuk mengetahui seberapa banyak refrigeran hasil
3.3.3 Menghitung dan menentukan komponen Mesin 2R
Setelah semua analisis fungsional diselesaikan maka tahapan selanjutnya adalah pembuatan model mesin recovery dan recycle R22. Perancangan model mekanisme sistem recovery pada mesin recovery dan recycle ini dirancang agar refrigeran mudah dipindahkan dan memiliki tingkat kemurnian yang baik. Sehingga ada bagian penampungan sementara dari hasil recovery yang terpisah di dalam mekanisme sistem recovery tersebut. Bagian-bagiannya adalah:
1) Penentuan jenis dan spesifikasi dari kompresor.
Pada tahap ini, kita menaksir laju recovery, waktu yang diperlukan untuk merecovery dan dapat menentukan jenis dan spesifikasi kondensor.
2) Pemilihan ukuran dan jenis pipa.
Pada tahap ini, ditentukan dan dihitung sistem pemipaan pada mesin 2R baik itu, panjang, sambungan, belokan, rugi tekanan dll.
3) Pemilihan dan komponen-komponen pendukung.
Komponen-komponen tersebut ialah, banyak dan posisi dari filter dyer, pemisah oli, chek valve, katup keluar dan masuk serta pressure gauge.
4) Pembuatan Standar Operasional Prosedur Mesin 2R
Bagi Perusahaan service mesin pendingin akan diberikan SOP sehingga dapat menggunakan mesin 2R/3R dengan baik dan benar sekaligus menginformasikan pentingnya ozon bagi kehidupan.
Jika waktu yang diinginkan untuk me-recovery refrigeran dari mesin pendingin ke tabung penampung selama 10 menit dengan massa awal 500 gram (Mesin AC 1 HP Standar), maka laju aliran massa refrigeran rata-rata dapat dihitung sebagai berikut :
t = 10 menit = 600 s m = 500 gram = 0,5 kg
̇ = =
= ⁄ 0,05 kg/min
= 83,4 x 10-5 kg/s
3.3.4 Uji Fungsional
Metode pengujian yang dipergunakan adalah metode uji fungsional dari masing-masing elemen mesin yang telah digabungkan. Elemen mesin tersebut akan diuji apakah berfungsi dengan baik atau tidak. Apabila tidak berfungsi secara baik maka akan dilakukan analisis rancangan kembali.
3.3.4.1. Pengujian Perbandingan Terhadap 4 Varian Mesin 2R
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan jenis atau varian mesin 2R yang tepat dan optimal dengan cara menguji dan membandingkan 4 jenis varian mesin 2R. Keempat jenis varian mesin 2R ini berbeda pada komponen dan urutan proses pada tiap-tiap komponen mesin 2R. Berikut perbedaan dan urutan komponen pada keempat varian mesin 2R :
b. Varian 1 (Kompresor dan Kondensor)
Pada varian 1 ini hanya terdapat kompresor, kondensor, katup dan sistem pemipaan. Urutan proses pada varian ini adalah refrigeran dari sisi hisap mesin 2R melewati katup memasuki kompresor, lalu dari kompresor menuju kondensor dan dengan tekanan yang didapat dari kompresor digunakan untuk menekan refrigeran untuk masuk ke tabung penampung setelah mesin 2R. c. Varian 2 (Kompresor, Kondensor dan Katup Expansi Setelah Kondensor)
Pada varian 2 ini terdapat kompresor, kondensor, katup, katup expansi dan sistem pemipaan. Urutan proses pada varian ini adalah refrigeran dari sisi hisap mesin 2R melewati katup memasuki kompresor, lalu dari kompresor menuju kondensor. Setelah melewati kondensor, refrigeran diexpansi oleh katup expansi yang akan menurunkan tekanan refrigeran sebelum memasuki tabung penampung. Dengan tekanan yang tersisa yang didapat dari kompresor digunakan untuk menekan refrigeran untuk masuk ke tabung penampung setelah mesin 2R.
diexpansi oleh katup expansi sebelum menuju kondensor. Setelah melewati kondensor, refrigeran masuk ke tabung penampung setelah mesin 2R.
e. Varian 4 (Kompresor, Kondensor, Pemisah Oli dan Filter Dryer)
Pada varian 4 ini hampir sama dengan proses pada varian 1. Perbedaan pada kedua varian ini terdapat pada komponen tambahan yaitu Pemisah Oli dan
Filter Dryer yang ada pada Varian 4. Sebelum memasuki kompresor, refrigeran pada sisi hisap mesin 2R memasuki Filter Dryer lalu pemisah Oli. Setelah melewati kompresor dan kondensor refrigeran kembali dimasukkan ke
Filter Dryer sebelum menuju tabung penampung setelah mesin 2R.
3.3.4.2 Pengujian Kinerja Sistem
Pengujian untuk mengetahui kinerja sistem dilakukan dengan mengukur tekanan, suhu, massa dan waktu pada tiap-tiap tahapan refrigeran sebelum dan sesudah memasuki alat. Sketsa pengujian dan pengambilan data sistem mesin 2R dapat dilihat pada gambar 3.2. Untuk hasil pengambilan data dapat dilihat pada tabel 3.2. Pengujian ini ditujukan untuk mengetahui seberapa efisien kinerja dari suatu peralatan baik perkomponen maupun secara keseluruhan. Berikut parameter kinerja peralatan mesin 2R (AHRI Standart, 2012) :
a. Vapor Recovery Rate (kg/min) b. Final Recovery Vacuum (kPa) c. Recycle Flow Rate (kg/min)
d. Residual Trapped Refrigerant (gram) e. Refrigerant Loss (gram)
3.3.4.2. Pengujian Hasil Recycle Mesin 2R
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa persentase kotoran dan oli yang mampu tersaring oleh mesin 2R. Pengujian ini dilakukan dengan mengukur massa filter dryer dan pemisah oli sebelum dan sesudah proses
3.3.4.3 Sketsa Pengambilan data dan Pengujian Sistem
Qk
2 3
Kompresor
Wk (Watt)
1
Gambar 3.2. Skema Alat Uji Mesin 2R.
Tabel 3.1. Contoh tabel data hasil pengujian
No Menit ke T1 P1 T2 P2 T3 P3 m1 m2 A
1. 0
2. 1
3. 2
4. 3
Timbangan (gr) Sistem Pendingin
Kondensor
Tabung Penam pung
Timbangan (gr)
P
P P
T
33
BAB IV
PERANCANGAN DAN ANALISA DATA
Penelitian ini menyajikan perancangan dan perhitungan unit mesin recovery
dan recycle. Faktor-faktor seperti: laju aliran massa, tekanan, temperatur, efisiensi, ukuran, serta kriteria yang lain dipertimbangkan dan dianalisis. Hasil dari analisis ini adalah desain dari unit mesin recovery dan recycle, didasarkan pada teori terkait, ramah lingkungan, tidak berisik, efisien dan minimalis. Untuk melengkapi desain dari unit mesin recovery dan recycle, dilakukan analisis termodinamika siklus pendingin. Ada empat komponen utama pada mesin ini dan itu akan berdampak pada kinerja sistem. Komponen ini termasuk: sistem pemipaan, kompresor, kondensor, dan pemisah oli.
4.1 Konsep perancangan mesin recovery dan recycle
4.1.1. Pernyataan kebutuhan
Dalam perancangan mesin 2R ini, didasarkan pada kebutuhan untuk lebih meningkatkan efektivitas recovery refrigeran oleh teknisi servis mesin pendingin. Mesin ini merupakan hasil modifikasi dari mesin 2R dan 3R yang sudah ada. Mesin 2R ini dibuat sebagai alat bantu perbaikan yang membantu teknisi, perusahaan servis mesin pendingin dan pemerintah dalam menjaga lingkungan. Dengan sistem kerja yang sederhana, memungkinkan teknisi dapat mengoperasikannya tanpa merasa kesulitan.
4.1.2.Definisi, perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi mesin 2R
Berdasarkan pernyataan kebutuhan diatas, maka diperlukan beberapa langkah perencanaan proyek untuk memperjelas tugas perencanaan mesin 2R. Adapun perencanaan proyek antara lain terdiri dari:
1. Pernyataan
Dibutuhkan mesin 2R untuk skala kecil dengan harga terjangkau. 2. Standar Penampilan
yang tidak cukup besar, sehingga mesin ini dapat dengan mudah dipindah tempatkan dari satu tempat ketempat lain.
3. Target Keunggulan Produk
Target atau sasaran yang ingin dicapai pada penelitian dan hasil pembuatan mesin 2R ini, adalah:
a.Proses recovery dapat dikerjakan dengan mudah dan cepat. b.Komponen mesin 2R mudah dicari.
c.Biaya keseluruhan pembuatan mesin ini terjangkau.
d.Mudah dalam pengoperasian mesin 2R ini, karena mesin cukup dioperasikan oleh 1 orang operator.
e.Hasil recyle dapat digunakan kembali.
f.Perawatan dan pemeliharaan mesin tidak memerlukan biaya khusus.
Spesifikasi teknis mesin 2R
Berdasarkan uraian analisis kebutuhan di atas maka pertimbangan perancangan yang dilakukan pada mesin 2R antara lain :
1. Pertimbangan Geometri
Pertimbangan geometri meliputi mesin memiliki panjang berkisar 400 mm, lebar 300 mm, tinggi 300 mm.
2. Pertimbanagn Material
Pertimbangan dalam pemilihan material yaitu material mudah didapat dan harganya murah, sesuai dengan standar umum, memiliki umur pakai yang panjang serta memiliki sifat mekanis yang baik.
3. Pertimbangan Ergonomi
Pertimbangan ergonomi meliputi, mesin sesuai dengan kebutuhan, mudah dipindahkan, dan mudah dioperasikan.
4. Pertimbangan Produksi
a.Pertimbangan produksi dapat meliputi, mesin dapat diproduksi oleh bengkel kecil, suku cadang mudah didapat dan murah.
b.Pemakai tidak memerlukan perawatan yang sulit untuk merawat mesin ini. 5. Pertimbangan Lingkungan
b.Pada saat beroperasi, mesin ini tidak menimbulkan suara yang bising. 6. Pertimbangan Keselamatan Kerja
a.Mesin 2R ini tidak mengaplikasikan bahan yang berbahaya bagi keselamatan.
b.Konstruksi mesin recovery dan recycle ini didesain sesuai dengan posisi kerja yang aman dan nyaman, sehingga keselamatannya bisa terjamin.
c.Selama proses produksi mesin recovery dan recycle ini tidak menghasilkan sisa bahan yang berbahaya.
7. Spesifikasi Tenaga Penggerak
Mesin recovery menggunakan kompresor untuk mengisap dan menekan refrigeran. Dibutuhkan kompresor untuk me-recovery refrigeran ± 0,05 kg/ menit.
Batasan-batasan
Sebagai produk yang dibuat dengan sedikit pengalaman dalam merancang mesin dan proses pembuatannya hanya mengandalkan mesin mesin konvensional, sehingga alat ini memiliki keterbatasan-keterbatasan baik dari segi teknis pembuatan maupun pengoperasiannya.
Hal-hal yang menjadi keterbatasan dari mesin recovery dan recycle antara lain: a. Komponen-komponen yang dibuat masih belum sesuai dengan ukuran yang
dikehendaki karena keterbatasan alat.
b. Mesin beroperasi masih secara semi otomatis, yaitu kompresor dan katup-katup hanya berfungsi jika dihidupkan dan dibuka atau ditutup oleh operator.
4.1.3. Perencanaan Konsep Produk Funsi Produk
Blok Fungsi
Fungsi dapat dideskripsikan sebagai aliran energi, aliran material dan aliran informasi, yang digambarkan sebagai blok fungsi dengan aliran masuk dan aliran keluar. Pada mesin 2R yang akan dirancang, energi masukan dapat berupa energi mekanik, listrik, atau diesel. Sistem penggerak untuk mentransformasikan energi ke kompresor. Keluarannya berupa gaya hisap dan tekan, getaran dan bunyi.
Gambar 4.1 Blok Fungsi.
Pada tahap ini akan dibuat secara umum kinerja dari tiap komponen melalui diagram blok seperti dibawah ini.
Energi
Gaya hisap dan tekan (Energi)
Gambar 4.2 Diagram blok fungsi perancagan alat. Energi
Material
Mesin recovery dan recycle
Energi/Gaya
Material
Instalasi Alat
Aktifkan
Dengan Tangan
Tempatkan Pemasangan
Dengan Tangan
Sentuh
Beri Energi Ubah Energi
Dari diagram blok fungsi di atas dapat dilihat dimana fungsi terlebih dahulu didefinisikan sebagai fungsi keseluruhan, kemudian dikembangkan menjadi sub-fungsi yang akan dilakukan pada produk yang akan dikembangkan nantinya. Fungsi utama dari produk mesin recovery dan recycle ini adalah untuk menghasilkan gaya hisap dan tekan yang dapat menghisap refrigeran sebelum mesin 2R dan menekan refrigeran ketabung penampung setelah mesin 2R.
Matriks Morfologi
Sub-fungsi pada diagram blok fungsi merupakan fungsi tingkat kedua. Untuk setiap sub fungsi ini kini akan dicari solusi-solusi yang dapat memenuhi setiap fungsi. Solusi-solusi yang memenuhi fungsi dan sub-sub-fungsi belumlah merupakan konsep produk, tetapi baru konsep elemen. Kombinasi konsep elemen barulah merupakan konsep produk.
Berikut ini akan ditampilkan matriks morfologi dimana akan dapat disusun beberapa varian konsep produk yang mungkin dibuat.
Tabel 4.1 Matriks morfologi untuk mesin recovery dan recycle
Pasang 1
Pasang dengan tangan 1.1 Pegang 1.1.1 Satu Tangan A.1
Ubah Energi 2.2
Dinamik 2.2.3 Engine Mesin I.1
Multifikasi Gaya 2.3 Listrik 2.3.1
Sirkuit PCB K.1
Potensiometer K.2
Hisap Tekan 2.3.2 Kompresor L.1
Expansi 2.4
Recycle 2.5 Kotoran 2.5.1 Filter Dryer O.1
Oli 2.5.2 Oil Separator Q.1
Dari tabel 4.1 diatas maka dapat disusun alternatif konsep produk (varian) sebagai berikut :
Tabung Penampung
maka akan dapat dianalisa konsep produk yang paling baik untuk dikembangkan baik dari segi teknologi maupun dari segi biaya pembuatannya.
1. Pengembangan konsep produk pertama
Sketsa dari konsep mesin recovery dan recycle yang pertama dapat dilihat di gambar berikut :
katup katup
kondensor
kompresor
Gambar 4.3 Skets konsep produk pertama mesin recovery dan recycle
Keterangan :
Konsep ini hanya menggunakan kompresor dan kondensor sebagai komponen untuk me-recovery refrigeran. Pada konsep ini mesin 2R diharapkan bisa me-recovery refrigeran dengan baik dan cepat dikarenakan hanya sedikit komponen dan system pemipaan yang akan menghambat laju aliran refrigeran. Dengan komponen yang sedikit, mesin 2R pada konsep ini akan memiliki massa dan ukuran yang kecil serta biaya pembuatan yang lebih murah.
Pengembangan konsep produk kedua
Sketsa konsep mesin recovery dan recycle yang kedua ini dapat dilihat dari gambar skets berikut :
