STU A
UDI EKS AIR CON
F
PR U
PERIM NDITION FUZZY L
S U
ROGRAM UNIVERS D
ENTAL NING SY LOGIC C
U D I R M A
M PASCA SITAS U
ENPASA 2011
L PENGO YSTEM D CONTRO
A N
ASARJAN DAYANA AR
ONTRO DENGA OL
NA A
OLAN
AN
STU A
UDI EKS AIR CON
F
PROG PR
PERIM NDITION FUZZY L
S U NIM
PROGR GRAM S ROGRAM
UNIVER D
ENTAL NING SY LOGIC C
U D I R M M 0991961
RAM MAG TUDI TE M PASCA RSITAS UD
DENPASA 2011
L PENGO YSTEM D CONTRO
A N 1009
GISTER EKNIK M ASARJAN DAYANA AR
ONTRO DENGA OL
MESIN NA A
OLAN
AN
ii
FUZZY LOGIC CONTROL
Tesis untuk memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister Program Studi Teknik Mesin
Program Pascasarjana Universitas Udayana
S U D I R M A N NIM 0991961009
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR
2011
iii
Lembar Persetujuan Pembimbing
TESIS INI TELAH DISETUJUI TANGGAL : 21 OKTOBER 2011
Mengetahui Pembimbing I,
(Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma) NIP 19700607 199303 1 002
Pembimbing II,
(Dr.Eng Made Sucipta,ST,MT) NIP 19741114 200012 1 001
Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma) NIP 19700607 199303 1 002
Direktur Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Prof. Dr.dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S (K) NIP 195902151985102001
iv
Tesis Ini Telah Diuji Pada Tanggal : 23 September 2011
Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana, No.:1614/UN14.4/HK/2011 Tanggal:16 September 2011
Ketua : Prof.Dr.Ir.I Gusti Bagus Wijaya Kusuma Sekretaris : Dr.Eng Made Sucipta,ST,MT
Anggota :
1. Prof. Dr.Tjokorda GdeTirta Nindhia,ST,MT 2. I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc.Ph.D 3. I Made Widiyarta, ST, M.Sc. Ph.D
v
NAMA : SUDIRMAN
NIM : 0991961009
PROGRAM STUDI : PASCA SARJANA TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA
JUDUL TESIS : STUDI EKSPERIMENTAL PENGONTROLAN AIR CONDITIONING SYSTEM DENGAN FUZZY LOGIC CONTROL
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat.
Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan Mendiknas RI No.17 tahun 2010 dan perundang-undangan yang berlaku.
Denpasar, 21 Oktober 2011
(Sudirman)
vi
hadapan Allah SWT/ Tuhan Yang Maha esa, karena hanya atas berkat dan rahmat-Nya, tesis ini dapat diselesaikan.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Prof.Dr.Ir.I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, pembimbing I dan sekaligus sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin, Program Pasca Sarjana Universitas Udayana yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program magister, khususnya dalam penyelesaian tesis ini. Terima kasih sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada Dr.Eng Made Sucipta,ST,MT, Pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan bimbingan dan saran kepada penulis.
Ucapan yang sama juga ditujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Made Bakta, Sp.PD (KHOM) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan terima kasih ini juga ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana yang dijabat oleh Prof. Dr.dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S (K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. Ungkapan terimakasih penulis sampaikan pula kepada para penguji tesis, yaitu Prof.Dr.Tjok.Gd.Tirta Nindhia,ST., MT., I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,PhD, dan I Made
vii
tulus disertai penghargaan kepada seluruh guru-guru yang telah membimbing penulis, mulai dari sekolah dasar sampai perguruan tinggi. Juga penulis ucapkan terima kasih kepada Ibu dan mendiang Ayah yang telah mengasuh dan membesarkan penulis, memberikan dasar-dasar berpikir logik dan suasana demokratis sehingga tercipta lahan yang baik untuk berkembangnya kreativitas.
Akhirnya penulis sampaikan terima kasih kepada isteri tercinta Irina Rosmala Dewi, S.Sos, MSi., serta anak-anak tersayang, yang dengan penuh pengorbanan telah memberikan kepada penulis kesempatan untuk lebih berkonsentrasi menyelesaikan disertasi ini.
Semoga Allah SWT/ Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian disertasi ini, serta kepada penulis sekeluarga.
viii
SYSTEM DENGAN FUZZY LOGIC CONTROL
Energi listrik yang tersedia di Indonesia saat ini belumlah mencukupi untuk segala kegiatan yang ada, ini bisa dibuktikan dengan seringnya terjadinya pemadaman bergilir di beberapa daerah di Indonesia. Untuk itu perlu dilakukan penghematan-penghematan dalam pemakaian energi listrik disegala bidang, salah satunya yaitu sistem refrigerasi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan salah satu cara yang bisa dilakukan dalam penghematan energi listrik pada sistem refrigerasi.
Penelitian ini dilakukan dengan menguji AC (3 HP/3 phase) menggunakan 2 sistem kontrol yang berbeda, yaitu kontrol konvensional dan FLC , untuk mendapatkan metode yang terbaik dalam hal penghematan energi listrik. Pengujian dilakukan dengan menempatkan indoor unit di ruangan cold storage. Setiap pengujian dilakukan dengan beban yang bervariasi dalam ruangan uji, yaitu tanpa beban lampu, beban lampu 1000 Watt, dan lampu 2000 Watt.
Pengujian sistem kontrol konvensional menggunakan suhu setting point 26°C dan 3 variasi diferensial yaitu 1°C, 2°C dan 3°C, sistem FLC menggunakan suhu setting point 26°C.
Hasil penelitian ini adalah aplikasi sistem FLC menghasilkan konsumsi energi listrik yang paling rendah dibandingkan kontrol konvensional didalam hal ini adalah pada diferensial 1. Konsumsi energi listrik aplikasi FLC pada beban 1000 Watt lebih rendah 11% dan pada beban 2000 Watt lebih rendah 4%
dibandingkan dengan kontrol konvensional pada diffrensial 1oC. Sedangkan jika dibandingkan dengan differensial 2oC dan 3oC, konsumsi energi listrik FLC lebih tinggi.
Dari hasil penelitian, dapat disimpulkan, pemakaian FLC bisa menghasilkan penghematan energi listrik pada AC, tapi perlu dilakukan penyempurnaan lagi dari perangkat FLC tersebut, supaya bisa bekerja dengan baik dengan kondisi pembebanan yang berbeda-beda.
Kata kunci : sistem refrigerasi, kontrol konvensional, FLC,
ix
Electrical energy available in Indonesia at this time is not yet sufficient for all existing activities, this can be proved by frequent occurrence of blackouts in several areas in Indonesia It is necessary for a saving in electrical energy consumption in all sectors, it is one of the refrigeration system.. This study aims to find a way that can be done in electric energy savings in refrigeration systems.
Research was conducted by testing AC (3 HP / 3 phase) using 2 different control systems, namely conventional control and FLC, to obtain the best method in terms of electrical energy savings. Testing is done by placing the indoor units in cold storage room. Each test performed with varying load in the test room, ie no light burden, lamp 1000 Watt, and lamp 2000 Watt. Testing using a conventional control system with set point temperature 26° C and 3 variations of the differential is 1° C, 2° C and 3° C, the FLC using the temperature setting point 26° C.
The results of this research is the application of FLC systems generate electrical energy consumption is more lower compared to conventional control, in this case is the differential 1oC. FLC application of electrical energy consumption at load 1000 Watt lower 11% and the load 2000 Watt 4% lower compared to conventional control in differential 1oC. Meanwhile, if compared with differential 2° C and 3o C, electric energy consumption of FLC is higher.
From the research, it can be concluded, the use of FLC could result in savings on AC electric energy, but needs to be improved again from the FLC device, so it can work well with loading conditions vary.
Keywords: refrigeration systems, conventional control, FLC
x
Control, Sudirman, Prof.Dr.Ir.I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, pembimbing I, dan Dr.Eng Made Sucipta,ST,MT, Pembimbing II.
BAB I PENDAHULUAN, Membahas tentang kenapa penghematan energi itu perlu dilakukan dan kenapa harus dicari metode yang paling efektif untuk membuat sistem refrigerasi bisa beroperasi dengan normal, tapi bisa didapatkan penghematan energi pada sistem tersebut. Selain itu juga membahas tentang masalah-masalah yang dirumuskan dan tujuan dari penelitian ini dan manfaat dari penelitian ini.
BAB II KAJIAN PUSTAKA, Membahas sistem kerja refrigerasi, Fuzzy Logic Control dan penelitian-penelitian tentang metode-metode yang pernah dilakukan yang berhubungan dengan penghematan energi pada sistem refrigerasi.
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN, Membahas tentang kerangka berpikir kenapa bisa terjadi penghematan energi pada sistem refrigrasi, dengan menambahkan VSD, dan FLC untuk mengontrol putaran poros kompresor, berdasarkan suhu yang terjadi pada ruangan yang dikondisikan. Konsep penelitian ini membahas bagaimana putaran poros kompresor bisa berubah dengan mengubah frekuensi sumber listrik yang akan diaplikasikan ke motor kompresor. Hipotesis penelitian membahas tentang kesimpulan awal yang mungkin terjadi berdasarkan kajian pustaka dan penelitian- penelitian terdahulu, yaitu hipotesis penelitian ini adalah bahwa penggunaan FLC dalam pengontrolan air conditioning system akan membuat pemakain energi listrik lebih rendah dibandingkan dengan pemakaian kontrol konvensional (ON/OFF control).
BAB IV METODE PENELITIAN. Membahas metode penelitian yang dilakukan, yaitu dengan menggunakan AC split, 3 phase. Indoor dari AC split unit ditempatkan didalam cold storage untuk mendapatkan situasi yang sama untuk setiap pengujian. Penelitan dilakukan dengan menambahkan inverter pada sistem kontrol kompresor dan mengaplikasikan sistem Fuzzy logic control untuk pengaturan putaran poros kompresor. Sebagai pembanding dari penelitian ini adalah sistem kontrol konvensional (On/Off control), dengan variasi suhu differensial 1°C, 2°C dan 3°C. setting point dari dua aplikasi sistem kontrol ini adalah suhu 26oC. Variasi beban diaplikasikan didalam ruang cold storage dengan menambahkan dua buah lampu 1000 W, sehingga beban yang digunakan adalah beban lampu 2000 W, beban lampu 1000 W dan tanpa beban.
xi
digunakan, maka makin rendah konsumsi energi listriknya begitu juga sebaliknya. Tetapi dengan aplikasi suhu differensial yang makin tinggi, range suhu ruanganpun akan makin melebar. Konsumsi energi listrik pada sistem konvensional adalah differensial 1 oC : beban 2000 W = 1920 Wh; beban 1000 W = 1130 Wh, tanpa beban = 930 Wh, differensial 2oC : beban 2000 W = 1690 Wh; beban 1000 W = 1060 Wh; tanpa beban = 860 Wh, dfferensial 3oC ; beban 2000 W = 1500 Wh; beban 1000 W = 1010 Wh; tanpa beban = 730 Wh.
Untuk sistem FLC, diaplikasikan dengan hanya menggunakan dua variasi beban, yaitu beban 2000 W dan beban 1000 W, karena alat yang dibuat ini tidak bisa bekerja dengan baik jika tanpa beban. Konsumsi energi listrik menggunakan FLC, dengan beban 2000 W = 1850 Wh; beban 1000 W = 1010 Wh.
Untuk membandingkan pemakaian energi listrik kedua pengontrolan tersebut, diambil hasil differensial 1oC dibandingkan dengan hasil FLC, karena suhu ruangan pada differensial 1oC, hasilnya mendekati pada pengontrolan dengan FLC. Aplikasi beban 1000 W, hasil FLC lebih rendah 20 Wh dibandingkan hasil differensial 1oC, sedangkan pada beban 2000 W, hasil FLC lebih rendah70 Wh.
BAB VI PENUTUP DAN SARAN, Aplikasi FLC pada sistem refrigerasi akan bekerja optimal pada beban tertentu dan akan menghasilkan konsumsi energi listrik yang lebih efisien dibandingkan aplikasi kontrol konvensional. Setelah melihat hasil yang didapat dalam penelitian ini, perlu dilakukan penyempurnaan yang lebih baik lagi dari perangkat FLC tersebut, supaya bisa bekerja dengan baik dengan kondisi pembebanan yang lebih rendah.
xii
S AMPUL DALAM ... i
PRASYARAT GELAR ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI ... iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ... v
UCAPAN TERIMA KASIH ... vi
ABSTRAK ... viii
ABSTRACT ... ix
RINGKASAN ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN DAN ISTILAH ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 5
2.1 Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap ... 5
2.2 Fuzzy Logic Control (FLC) ... 7
2.3 Dasar Kendali Fuzzy ... 8
2.4 Teknik Kendali Fuzzy ... 10
2.5 Hubungan Frekuensi dengan Daya ... 11
2.6 Hasil Penelitian Terdahulu ... 12
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN ... 18
3.1 Kerangka Berpikir ... 18
3.2 Konsep ... 19
3.3 Hipotesis Penelitian ... 20
xiii
4.3 Penentuan Sumber Data ... 23
4.4 Variabel Penelitian ... 23
4.4.1 Variabel Bebas ... 23
4.4.2 Variabel Terikat ... 24
4.5 . Instrumen Penelitian ………. 24
4.5.1 Peralatan Pengujian. ... 24
4.5.2 Alat Ukur ... 27
4.6 Prosedur Penelitian ... 29
4.6.1 Diagram alir prosedur penelitian ... 29
4.6.2 Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data ... 31
4.6.3 Pelaksanaan Pengujian ... 31
4.6.4 Data Pengujian yang diambil ... 32
4.7 Analisis Data ... 33
BAB V HASIL PENELITIAN... 34
5.1 Penelitian Menggunakan Kontrol Konvensional ... 34
5.2 Penelitian Menggunakan FLC ... 39
BAB VI PEMBAHASAN ... 42
6.1 Analisa pada Kontrol Konvensional ... 42
6.2 Analisa pada FLC ... 45
BAB VII SIMPULAN DAN SARAN ... 56
7.1 Simpulan ... 56
7.2 Saran ... 56
DAFTAR PUSTAKA ... 57
LAMPIRAN ... 59
xiv
4.1 Contoh Tabel Data Kontrol Konvensional ... 32 5.1 Konsumsi Energi Listrik Kontrol Konvensional Selama 1 jam .... 39 5.2 Konsumsi Energi Listrik FLC Selama 1 jam ... 41
xv
2.3 Sistem Loop Tertutup dengan Kendali Fuzzy ... 10
2.4 Perbandingan energi yang dikonsumsi dari 3 sistem yang diuji ... 15
2.5 Konsumsi power dari Kompresor ... 17
4.1 Skema Instalasi Pengujian ... 22
4.2 Inverter ... 27
4.3 Perangkat FLC ... 27
4.4 Thermostat NTC (Dixel) ... 27
4.5 Laptop dan data logger ... 28
4.6 kWh Meter ... 28
4.7 Clamp Ampere ... 28
4.8 Digital Stopwach ... 29
4.9 Flow Chart Prosedur Penelitian ... 30
5.1 Variasi Suhu ruangan pada diff. 1 oC dengan Beban 2000 W ... 35
5.2 Variasi Suhu ruangan pada diff. 1 oC dengan Beban 1000 W ... 35
5.3 Variasi Suhu ruangan pada diff. 1 oC dengan tanpa Beban ... 36
5.4 Variasi Suhu ruangan pada diff. 2 oC dengan Beban 2000 W ... 36
5.5 Variasi Suhu ruangan pada diff. 2 oC dengan Beban 1000 W ... 37
5.6 Variasi Suhu ruangan pada diff. 2 oC dengan tanpa Beban ... 37
5.7 Variasi Suhu pada diff. 3 oC dengan Beban 2000 W ... 38
5.8 Variasi Suhu pada diff. 3 oC dengan Beban 1000 W ... 38
5.9 Variasi Suhu pada diff.3 oC dengan tanpa Beban ... 39
5.10 Variasi Suhu pada FLC dengan Beban 2000 W ... 40
5.11 Variasi Suhu pada FLC dengan Beban 1000 W ... 40
6.1 Suhu ruangan pada diff. 1 oC saat pertama hidup ... 42
6.2 Jumlah hidup mati kompresor selama 1 jam ... 43
6.3 Total waktu motor hidup selama 1 jam ... 43
6.4 Konsumsi energi listrik kontrol konvensional ... 44
6.5 Variasi Suhu dengan FLC dan Variasi Beban ... 45
6.6 Variasi Suhu dan frekuensi pada beban 2000 Watt ... 46
6.7 Variasi Suhu dan frekuensi pada beban 1000 Watt ... 47
xvi
6.11 Variasi putaran dan frekuensi pada beban 1000 Watt ... 50
6.12 Variasi suhu pada beban 1000 Watt dan 2000 Watt ... 51
6.13 Variasi frekuensi pada beban 1000 Watt dan 2000 Watt ... 52
6.14 Konsumsi energi listrik pada FLC selama 1 jam ... 52
6.15 Variasi suhu ruangan dengan kontrol konvensional dan FLC Pada aplikasi beban 2000 Watt ... 53
6.16 Perbandingan Konsumsi Energi Listrik antara Konvensional Dan FLC ... 54
xvii
ANN = Artificial Neural Network COP = Coefisien Of Performance DX System = Direct Expansion System EEV = Electronic expansion valve FLC = Fuzzy Logic Control FPFA = Fan-coil plus fresh air
HP = Horse Power
HFC = Hirdrofluoro Carbon
PID = Proporsional, integral, differential
SH = Superheat
Two = Temperature water out VSD = Variable speed driver VRF = Variable refrigerant flow VAV = Variable air volume
xviii
1. Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 1oC beban 2000 W Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 1 oC beban 1000 W 2. Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 1 oC tanpa beban 3. Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 2 oC beban 2000 W
Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 2 oC beban 1000 W 4. Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 2 oC tanpa beban 5. Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 3 oC beban 1000 W
Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 3 oC beban 2000 W 6. Konsumsi energi listrik dengan kontrol differensial 3 oC tanpa beban 7. Konsumsi energi listrik dengan FLC beban 2000 W
Konsumsi energi listrik dengan FLC beban 1000 W 8. Data FLC dengan beban lampu 2000 W
9. Data FLC dengan beban lampu 1000 W 10. Kondisi pengujian
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi listrik yang tersedia di Indonesia saat ini belumlah mencukupi untuk segala kegiatan yang ada, ini bisa dibuktikan dengan seringnya terjadinya pemadaman bergilir di beberapa daerah di Indonesia. Hal tersebut terjadi karena tidak adanya pembangkit cadangan yang siap setiap saat jika pembangkit yang beroperasi mengalami kerusakan atau harus di maintenance. Walaupun energi terbarukan sangatlah melimpah keberadaannya di Indonesia, yaitu : energi surya, angin, microhydro, geothermal, ombak dan lain sebagainya. Tapi teknologi untuk memanfaatkan energi terbarukan tersebut, belum begitu banyak diterapkan, yang menjadi alasan adalah masalah biaya yang ada tidak mencukupi untuk kegiatan tersebut.
Salah satu jalan yang bisa dilakukan untuk menanggulangi krisis listrik di Negara kita adalah dengan jalan melakukan penghematan-penghematan listrik disegala bidang kegiatan yang menggunakan listrik. Salah satu peralatan yang menggunakan listrik adalah sistem refrigerasi atau sistem pendingin. Sistem pendingin merupakan sistem yang menghabiskan energi listrik relatif terbesar.
Proporsi energi listrik yang dihabiskan oleh sistem pendingin dalam sebuah gedung perkantoran adalah sekitar 50% sampai 70% (Suryabrata, 2011) Hal
1
tersebut menjadi tantangan untuk mencari terobosan-terobosan mendapatkan cara- cara penghematan.
Sistem kontrol konvensional (on-off control) merupakan sistem yang umum digunakan dalam sistem refrigerasi, yaitu sistem kontrol berdasarkan referensi suhu dan pada putaran poros kompresor yang konstan. Pada sistem ini, motor kompresor hanya mengenal dua kondisi berdasarkan masukan suhu yang disensor oleh thermostat. Jika suhu yang terjadi pada sistem yang dikondisikan sudah tercapai atau lebih rendah dari suhu referensi, maka motor kompresor akan mati/off, begitu sebaliknya jika suhu pada sistem yang dikondisikan lebih tinggi, maka motor kompresor akan beroperasi/on. Pada sistem ini motor kompresor akan bekerja pada pada beban tetap, walaupun beban pendinginan yang ada sudah berkurang ataupun bertambah banyak. Sehingga penghematan energi listrik yang didapatkan pada sistem ini hanya terjadipada saat motor kompresor dalam kondisi mati/off. Tetapi semakin sering terjadi fluktuasi akibat pendinginan akan semakin kecil kemampuan untuk penghematan energi.
Banyak cara yang bisa dilakukan untuk penghematan energi pada bidang refrigerasi, selain mengganti refrigerant HCFC (Hydrochlorofluorocarbons) dengan refrigerant Hydrocarbon, juga bisa dilakukan dengan melakukan modifikasi pada sistem kontrolnya. Untuk itu kami memilih topik penelitian yang berhubungan dengan penghematan energi pada sistem refrigerasi dengan memodifikasi sistem kontrolnya, dan menambahkan variable speed driver (VSD) untuk merubah kecepatan putaran poros kompresor berdasarkan perubahan
frekuensi listrik. Sistem kontrol yang dipilih dalam penelitian ini adalah FLC (Fuzzy Logic Control).
Pada penelitian ini, akan dilakukan percobaan menggunakan dua kontrol yang berbeda, yaitu kontrol konvensional dan FLC pada sistem refrigerasi. Hasil yang diperoleh dan yang akan dianalisa pada percobaan ini adalah variasi suhu ruangan dan konsumsi energi listrik dari masing-masing aplikasi kontrol. Untuk FLC juga akan dianalisa perubahan frekuensi selama pengujian.
1.2 Rumusaan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, bahwa penghematan energi pada sistem refrigerasi bisa dilakukan dengan memvariasikan putaran poros kompresor disesuaikan dengan perubahan beban pendinginan. Pada penelitian ini akan diaplikasikan 2 jenis sistem pengontrolam pada sistem refrigerasi, yaitu kontrol konvensional dan FLC.
Maka yang menjadi permasalahan pada studi eksperimental ini adalah :
Sistem kontrol manakah yang paling optimal dalam rangka penghematan energi listrik dari 2 jenis kontrol yang akan diaplikasikan pada sistem refrigerasi ? Adapun parameter-parameter yang dikaji adalah sebagai berikut :
1. Jumlah energi listrik yang digunakan pada sistem konvensional dan FLC.
2. Respon suhu ruangan yang terjadi pada sistem konvensional dan FLC.
3. Perubahan frekuensi yang terjadi pada penggunaan FLC
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Untuk mengetahui dan membandingkan energi yang digunakan oleh sistem refrigerasi yang menggunakan kontrol konvensional dengan yang menggunakan FLC .
2. Untuk mengetahui sistem kontrol yang paling optimal dalam penghematan energi listrik pada sistem refrigerasi.
3. Untuk mengetahui respon suhu ruangan yang dikondisikan dengan menggunakan kontrol yang berbeda
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh ádalah nantinya hasil analisis terhadap rancangan penelitian dapat digunakan untuk acuan pengembangan konservasi energi pada sistem refrigerasi lebih lanjut, yang lebih efisien dan lebih hemat.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
Berbagai jenis sistem refrigerasi yang bekerja berdasarkan berbagai proses dan siklus dapat ditemui dalam praktek. Secara umum ada dua siklus dari sistem refrigerasi yaitu sistem refrigerasi siklus tertutup dan sistem refrigerasi siklus terbuka. Menurut Arora (2001), sistem refrigerasi siklus tertutup dapat dikelompokkan berdasarkan jenis siklusnya diantaranya :
1. Sistem refrigerasi siklus thermodinamika 2. Sistem refrigerasi siklus thermo-elektrik 3. Sistem refrigerasi siklus thermo-magnetik
Yang termasuk mesin refrigerasi siklus thermodinamika antara lain;
1. Mesin refrigerasi siklus kompresi uap 2. Mesin refrigerasi siklus absorpsi 3. Mesin refrigerasi siklus jet uap 4. Mesin refrigerasi siklus udara
2.1 Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap
Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap merupakan jenis mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan saat ini. Mesin refrigerasi siklus kompresi uap terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator. Susunan keempat komponen tersebut secara skematik ditunjukkan pada Gambar 2.1 di bawah.
5
Gambar 2.1 Diagram Proses Siklus Kompresi Uap Cara Kerja Siklus Kompresi Uap;
1. Proses 1-2 ; refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap super panas dengan temperatur yang tinggi, lebih tinggi dari temperatur lingkungan sehingga pembuangan panas bisa berlangsung.
2. Proses 2-3 ; setelah mengalami proses kompresi, refrigeran berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk merubah wujudnya menjadi cair (kondensat), kalor harus dilepaskan ke lingkungan melalui alat yang disebut dengan kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor pada sisi lain dialirkan fluida pendingin (udara atau air) dengan temperatur lebih rendah dari pada temperatur refrigeran. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigeran ke fluida pendingin dan refrigeran
KONDENSOR
EVAPORATOR 4
3 2
1
KOMPRESOR KATUP
EKSPANSI
Q
KQ
EW
Kakan mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh, selanjutnya mengalami proses pengembunan menjadi refrigeran cair. Refrigeran keluar kondensor sudah berupa refrigeran cair. Proses kondensasi berlangsung pada temperatur dan tekanan yang konstan.
3. Proses 3-4 ; refrigeran dalam keadaan wujud cair jenuh (tingkat keadaan 3) kemudian mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara tak reversibel sehingga tekanan refrigeran menjadi rendah (tekanan evaporator).
Refrigeran keluar alat ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur rendah.
4. Proses 4-1 ; Refrigeran dalam fase campuran uap-cair, mengalir melalui evaporator. Di dalam evaporator refrigeran mengalami proses penguapan sebagai akibat dari panas yang diserap dari sekeliling evaporator. Dengan adanya penyerapan panas ini, maka disekeliling evaporator (ruangan yang dikondisikan) menjadi dingin atau temperaturnya turun. Selanjutnya refrigeran yang meninggalkan evaporator dalam fase uap jenuh. Proses penguapan tersebut berlangsung pada temperatur dan tekanan yang konstan.
2.2 Fuzzy Logic Control (FLC)
Fuzzy logic pertama kali dikenalkan kepada publik oleh Lotfi Zadeh, seorang profesor di University of California di Berkeley. Fuzzy logic digunakan untuk menyatakan hukum operasional dari suatu sistem dengan ungkapan bahasa,
bukan dengan persamaan matematis. Banyak sistem yang terlalu kompleks untuk dimodelkan secara akurat, meskipun dengan persamaan matematis yang kompleks. Dalam kasus seperti itu, ungkapan bahasa yang digunakan dalam Fuzzy logic dapat membantu mendefinisikan karakteristik operasional sistem dengan lebih baik. Ungkapan bahasa untuk karakteristik sistem biasanya dinyatakan dalam bentuk implikasi logika, misalnya aturan Jika - Maka.
Pada teori himpunan klasik yang disebut juga dengan himpunan crisp (himpunan tegas) hanya dikenal dua kemungkinan dalam fungsi keanggotaannya, yaitu kemungkinan termasuk keanggotaan himpunan (logika 1) atau kemungkinan berada di luar keanggotaannya (logika 0). Namun dalam teori himpunan fuzzy tidak hanya memiliki dua kemungkinan dalam menentukan sifat keanggotaannya tetapi memiliki derajat keanggotaan yang nilainya antara 0 dan 1.
fungsi yang menetapkan nilai ini dinamakan fungsi keanggotaan yang disertakan dalam himpunan fuzzy.
2.3 Dasar Kendali Fuzzy
Menurut Reznik (2000), skema dasar pengendali Fuzzy berdasarkan beberapa tahap, yaitu :
1. Difinisikan input dan variabel-variabel kontrol, tentukan bagian proses yang akan diobservasi dan pertimbangkan aksi–aksi pengontrolan yang yang akan dipilih.
2. Tentukan kondisi interface, tetapkan cara dari observasi proses yang dipilih sebagai unit Fuzzy.
Knowledge base Database Rulebase
Fuzzification Interference engine Defuzzification
Process or object under control Crisp
input
Crisp output Fuzzy
output Fuzzy
input
rules table
Controoler
Input
membership function
Output
membership function
3. Disain aturan dasar (rule base), tentukan aturan mana yang akan diaplikasikan dengan kondisi tertentu.
4. Disain unit perhitungan (Computational unit), suplai algoritma untuk melakukan perhitungan fuzzy. Ini biasanya akan menjadi output fuzzy.
5. Tentukan aturan yang merupakan pernyataan-pernyataan pengontrolan fuzzy logic yang dapat diubah menjadi tindakan crisp control.
Struktur dasar dari pengontrolan fuzzy logic dapat dilihat pada Gambar 2.2 dibawah ini.
Gambar 2.2. Konfigurasi dasar kendali Fuzzi (Reznik, 2000)
2.4 Teknik Kendali Fuzzy
Teknik kendali Fuzzy merupakan sistem kendali yang berdasar pada basis pengetahuan manusia di dalam melakukan kendali terhadap suatu proses. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam merancang sebuah pengendali berdasarkan logika
fuzzy adalah masukan dan keluaran aktual (crisp) serta semesta pembicaraan, faktor skala dari variabel masukan dan keluaran, fungsi keanggotaan yang digunakan untuk masukan dan keluaran, dan aturan fuzzy yang digunakan. Sistem loop tertutup dengan pengendali fuzzy ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Sistem loop tertutup dengan kendali Fuzzy (Reznik, 2000)
Crisp Input berupa masukan kesalahan (error) dan perubahan kesalahan (Δ error).
Error dan Δ error diperoleh dari nilai referensi, keluaran plant, dan error sebelumnya. Dua masukan tersebut akan diolah oleh pengendali Fuzzy. Nilai keluaran yang dihasilkan pengendali Fuzzy berupa Crisp Output (sinyal kontrol).
2.5 Hubungan Frekuensi dengan Daya
Secara umum motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar. Didalam motor DC, energi listrik diambil langsung dari kumparan armatur dengan melalui sikat dan komutator, oleh karena itu motor DC disebut motor konduksi. Lain halnya pada motor AC, pada motor AC, kumparan rotor tidak tidak menerima energi listrik
Plant Fuzzy
Controller
K d
Delay Dt
+
Kp
Kd Error
Set point
(ref.
Input )
Change of error
control output
+ -
langsung, tetapi secara induksi seperti yang terjadi pada energi kumparan sekunder transformator. Oleh karena itu, motor AC dikenal dengan motor induksi.
Secara prinsip ada dua bagian dari motor induksi, yaitu bagian stator dan bagian rotor. Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan tiga phase yang disebut kumparan stator, yang masing-masing kumparan mendapat suplai arus tiga phase. Jika kumparan stator mendapat suplai arus tiga phase, maka pada kumparan tersebut segera timbul flux magnet putar. Karena adanya flux magnet putar pada kumparan stator, mengakibatkan rotor berputar karena adanya induksi magnet dengan kecepatan putar (Rijono, 2004):
(2.1) dimana :
N = putaran mesin (rpm) f = frekuensi listrik (Hz) p = jumlah kutub
Adapun torsi poros rotor adalah (Rijono, 2004) :
(2,2)
atau,
(2.3)
dimana,
Pr = daya input rotor (watt) Tr = torsi rotor (N.m)
Jika persamaan (1) disubtitusikan ke persamaan (3), maka didapat :
(2.4)
atau
(2.5)
Dari persamaan (4) , bahwa daya input berbanding lurus dengan frekuensi. Makin rendah frekuensi, maka daya input-nya akan makin rendah. Begitu sebaliknya, makin tinggi frekuensi maka daya input-nya makin tinggi juga.
2.6 Hasil Penelitian Terdahulu
Penelitian tentang cara-cara untuk melakukan penghematan energi pada sistem refrigerasi sudah banyak dilakukan, terbukti dengan jurnal yang ditulis oleh Qureshi dan Tassou (1996) yang tujuan dari tulisan tersebut adalah untuk mengumpulkan seluruh informasi tentang kemajuan teknologi variable speed terbaru dalam satu sumber. Kajian tersebut menunjukkan bahwa, walaupun variable-speed driver berbasis kecepatan pada inverter telah berhasil digunakan untuk mengotrol kapasitas mesin rotodynamic, seperti pompa, fans, compresor, tapi sejauh ini terbatas pada unit AC kapasitas kecil, untuk kapasitas menengah, terbentur dengan beberapa masalah, seperti kurangnya pengembangan dan integrasi komponen, poor realibility, permodalan yang tinggi dan kegagalan rancang bangun instalasi miniatur untuk menghasilkan penghematan energi yang
diharapkan. Meskipun teknologi inverter berbasis variable speed untuk kompresor menawarkan potensi penghematan energi, penelitian masih diperlukan untuk pengembangan sistem yang lebih optimal dan hemat biaya.
Chiou dkk. (2006) menawarkan prosedur penghematan energi pada DX Air Conditioning system, dengan metode periodic downtime, yaitu dengan mengatur periode operasi sistem dan periode mati sistem dari dua buah AC.
Pada tabel 2.1, memperlihatkan perbandingan parameter dari mode operasi unit AC yang dikontrol pada percobaan Chiou dkk.
Tabel 2.1 Parameter Comparison of Operating mode
Mode (set temperature27oC) kWh/4h P (W) w (W) a h(%)
Mode 1 :ULT = ST+1oC (ON/OFF, no forced downtime) 4,71 1176,82 1365.53 0.72 - Mode 2 : Operating 45 min/downtime 15 min(downtime cycle 60 min) 3.83 958.15 1408.36 0.59 18.68 Mode 3 : Operating 22.5 min/downtime 75 min(downtime cycle 30 min) 3.96 991.29 1439.43 0.61 15.92 Mode 4 : Operating 15 min/downtime 5 min(downtime cycle 20 min) 3.69 923.82 1458.71 0.56 21.66 Mode 5 : Only one operating 30 min/downtime 30 min(downtime cycle 60 min) 4.18 10.46.91 1135.27 0.64 11.25 Mode 6 : Operating 45 min/downtime 15 min(downtime cycle 15 min) 3.74 936.07 1385.80 0.57 20.66 Mode 7: ULT = ST + 2oC (ON/OFF, no forced downtime) 4.37 1093.45 1444.56 0.67 7.22 Mode 8: ULT = ST + 3oC (ON/OFF, no forced downtime) 4.13 1032.79 1458.07 0.63 12.31
( Chiou dkk. 2006)
Tujuan dari penelitian dengan menggunakan dua buah AC unit dengan metode pengendalian siklus downtime tersebut adalah untuk memahami prosedur dari penghematan energi. Pada waktu bersamaan dicari dan dibandingkan efek penghematan energi pada waktu yang berbeda, seperti konsumsi listrik, efisiensi dari penghematan energi dan kurva variasi suhu. Hasil penelitiannya adalah bahwa forced downtime merupakan prosedur penghematan energi yang paling
efektif. Dengan menggunakan metode operasi selama 15 menit dan downtime 5 menit, dicapai efisiensi energi terbaik, dimana efek penghematan energinya 21,66%, tetapi jika kita memilih kenyamanan penghuni sebagai prioritas utama, harus memilih terbaik kedua dari siklus downtime hemat energi yaitu yang beroperasi selama 10 menit dan downtime 5 menit.
Widell dkk (2009) mengadakan pengujian yang difokuskan pada optimalisasi energi pada kompresor yang menggunakan slide valve di sistem refrigerasi. Pengujian dilakukan pada industri pengolahan ikan di Norwegia.
Sistem refrigrasi disana berjalan dengan kapasitas penuh, walaupun dengan beban yang tidak penuh.
Sebuah model linear programming dikembangkan untuk mencapai operasional kompresor yang optimal pada sistem, dengan meminimalkan konsumsi energi listrik kompresor, sehingga sesuai dengan beban yang dibutuhkan. Pengujian dilakukan pada dua periode pengukuran, periode pertama pada produksi ikan yang tinggi dan periode kedua pada produksi ikan yang rendah. Optimasi dilakukan dengan dan tanpa menambahkan variable frequency drive pada sistem kontrol kompresornya. Pengujian tersebut membuktikan bahwa, penghematan dapat dilakukan saat sistem bekerja pada beban yang tidak penuh, dan diasumsikan terjadi penghematan sebesar € 30.000 – 50.000 pertahun.
Zhou dkk. (2006) menghasilkan perbandingan pemakaian energi yang dihasilkan pada air conditioning system dengan 3 metode yang berbeda, yaitu sistem variable refrigerant flow (VRF), sistem variable air volume (VAV) dan sistem fan-coil plus fresh air (FPFA). Penelitian tersebut dilakukan dengan simulasi menggunakan software Energi Plus. Hasil simulasi menunjukkan bahwa potensi hemat energi dari sistem VRF mencapai 22,2% dan 11,7%, dibandingkan dengan sistem VAV dan FPFA sistem.
Yu dkk.(2007) mengadakan penelitian dengan menggunakan load-based speed control untuk meningkatkan kinerja dari water-cooled chiller systems.
Pengujian tersebut menyelidiki pemakaian energi listrik dan air pada variasi operasional chiller system dengan berbagai variasi kontrol pompa air kondensor dan kipas cooling tower. Chiller system beroperasi secara optimal dengan load-
System types
Lighting Pump
Plug load Heat Rejection
System Fans VRV System
Chillers
Electrical energy consumption (GJ)
Gambar 2.4 Perbandingan energi yang dikonsumsi dari 3 sistem yang diuji.
( Zhou dkk. 2006)
based speed control pada pengaturan kecepatan kipas cooling tower sebagai fungsi linear dari rasio beban chiller system.
Keunggulan dari kontrol tersebut terletak pada hubungan antara chiller system dengan kondisi beban yang diterapkan dan menghilangkan kebutuhan sensor kelembaban untuk meriset suhu air pendingin. COP sistem yang dapat dicapai dengan penerapan load-based speed control mengalami peningkatan 1,4-16,1% relatif terhadap sistem yang lama. Studi kasus ini juga menunjukkan bahwa kontrol yang optimum dapat menghasilkan penurunan konsumsi energi listrik sebesar 5,3% dan pengurangan biaya operasional sebesar 4,9%
dibandingkan chiller system control yang konvensional. Hal ini bisa menjadi pertimbangan, pemakaian load-based speed control secara ekonomis layak, sebagai penghematan biaya operasi akan sepenuhnya menutup biaya investasi yang terkait dengan pengadaan kontrol dalam dua tahun atau kurang.
Ekren dkk. (2010) mengadakan penelitian dengan membahas efek dari pengontrolan menggunakan metode yang berbeda pada sistem chiller yang menggunakan variable speed compressor (VSD) dan electronic expansion valve (EEV). Sistem Chiller menggunakan kompresor scroll type (VSC) dan motor stepper pada EEV. Tiga sistem kontrol diaplikasikan pada sistem chiller, yaitu control PID (proporsional, integral, differential), Fuzzy logic control (FLC) dan Artificial Neural Network (ANN). Konsumsi power diukur dengan menggunakan wattmeter, bisa dilihat pada gambar 2.7. Konsumsi power terendah didapatkan dengan menggunakan kontrol ANN.
Dari penelitian tersebut, hasil konsumsi power untuk Kontrol ANN lebih rendah 8,1% dan 6,6% dibandingkan kontrol PID dan FLC, sedangkan konsumsi power FLC lebih rendah 1,4% dibandingkan kontrol PID .
Sudirman dan Winaya (2009), melakukan penelitian tentang pengaruh perubahan poros kompresor terhadap performance sistem refrigerasi. Penelitian dilaksanakan dengan merubah frekuensi listrik yang disuplai ke kompresor menggunakan variabel speed driver (VSD). Didapatkan hasil semakin rendah kecepatan putar poros kompresor, nilai COP sistem refrigerasi akan naik, demikian juga sebaliknya. Tetapi semakin rendah frekuensi yang digunakan, maka pemakaian energi listriknya akan semakin rendah pula.
Time (second)
Fuzzy Controlled PID Controlled ANN Controlled
Power Consumption (kW)
Gambar 2.5 Konsumsi power dari Kompresor (Ekren dkk. 2010)
BAB III
KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN
3.1 Kerangka Berpikir
Sistem refrigerasi kompresi uap menggunakan kompresor sebagai alat yang mensirkulasikan refrigeran. Kompresor bisa disebut sebagai jantung dari sistem refrigerasi. Kompresor digerakkan oleh motor listrik. Dalam kondisi normal, listrik yang disuplai ke motor listrik adalah pada frekuensi 50 Hz.
Frekuensi listrik saling berhubungan dengan putaran motor listrik, jika frekuensi berubah, , maka putaran motor listrik akan berubah juga, sesuai dengan rumus pada bab sebelumnya, yaitu :
(3.1)
dimana,
N = putaran (rpm) f = frekuensi (Hz) p = jumlah kutub
Dari rumus 3.1, bahwa putaran (N) berbanding lurus dengan frekuensi, jika frekuensi diperkecil, maka putaran motorpun akan berkurang juga.
18
Perubahan frekuensi akan berpengaruh juga terhadap daya motor itu sendiri, seperti pada persamaan (3.2).
(3.2)
dimana
,
Pr = daya input rotor (watt) Tr = torsi rotor (N.m)
Jadi, dengan merubah frekuensi, akan terjadi perubahan daya motor, makin rendah frekuensi yang diaplikasikan pada motor, maka daya motor tersebut menjadi makin rendah pula.
3.2 Konsep
Tujuan dari penelitian ini adalah menemukan cara untuk merendahkan konsumsi energi listrik oleh motor kompresor pada sistem refrigerasi. Pada sistem kontrol konvensional, sistem refrigerasi akan hidup-mati untuk menjaga suhu dalam ruangan sesuai suhu diffrensial yang diaplikasikan, tetapi frekuensi yang diterapkan pada kondisi 50 Hz. Pada sistem FLC, sistem refrigerasi akan hidup terus menerus untuk menjaga suhu ruangan menuju pada suhu setting point-nya, tetapi motor kompresor akan bekerja pada frekuensi yang lebih rendah dari 50 Hz.
Konsep dalam penelitian ini adalah, suhu yang terjadi di ruangan uji menjadi masukan FLC, kemudian FLC memerintahkan inverter merubah frekuensi listrik yang disuplai ke motor kompresor sesuai dengan perubahan suhu yang terjadi di dalam ruang uji. Saat suhu ruang uji berada atau mendekati suhu seting yang telah ditetapkan, frekuensi suplai listrik akan berada pada frekuensi
yang lebih rendah dari 50 Hz. Dengan frekuensi listrik yang lebih rendah, maka daya listrikpun akan menjadi lebih rendah pula.
3.3 Hipotesis Penelitian
Berdasarkan tinjauan pustaka, bisa dinyatakan bahwa penggunaan FLC dalam pengontrolan air conditioning system akan membuat pemakain energi listrik lebih rendah dibandingkan dengan pemakaian kontrol konvensional (ON/OFF control).
BAB IV
METODE PENELITIAN
4.1. Rancangan Penelitian 4.1.1 Skema Instalasi Pengujian
Penelitian ini mengunakan sebuah AC split 3HP/3Phase, indoor unit-nya dipasang didalam ruang pengujian yang merupakan ruang cold storage dengan penambahan 2 buah lampu 1000 Watt seperti terlihat pada gambar 4.1.
Digunakan ruang tersebut untuk pengujian adalah supaya beban yang akan ditanggung oleh sistem refrigerasi hanyalah lampu-lampu tersebut, karena tidak adanya celah-celah untuk keluar masuknya udara. Dengan demikian untuk setiap pengujian akan didapatkan kondisi yang seragam, tidak ada gangguan dari luar ruang cold storage.
Outdoor unit diletakkan diluar ruang cold storage yang masih didalam ruangan, terlihat seperti sebuah kotak, tapi didalamnya terdapat kompresor, kondensor, receiver, accumulator dan katup ekspansi .
Sumber listrik yang dari PLN dilewatkan di kWh meter, kemudian dimasukkan ke inverter. Kerja inverter akan di kontrol oleh perangkat FLC yang akan diberi masukan oleh sensor suhu yang dipasang ditempat udara masuk indoor unit. Untuk pengujian memakai kontrol konvensional, inverter tidak digunakan, tetapi diganti dengan termostat NTC. Energi listrik yang diukur adalah semua alat yang dipasang setelah kWh meter, yaitu AC unit, FLC, dan inverter.
21
Keterangan :
Sirkulasi sistem refrigerasi P Pressure gauge Sistem control T Thermocouple Sistem power .
Kompresor
Kondensor
Evaporator
Reciever
Filter/Drier
Accumulator Katup Ekspansi
Ruang pengujian
P T
P T
P T T
P T
P T P T
Lampu 1000W Lampu 1000W
FLC sistem
inverter
sensor
kWh meter
PLN
Gambar 4.1. Skema instalasi pengujian
4.2 Lokasi dan Waktu Penelitian
Lokasi penelitian dilakukan dilaboratoriun teknik pendingin PS Refrige- rasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bali. Penelitian dilakukan di dalam ruangan pada siang hari, dengan suhu ruangan berkisar diantara 27°C s/d 28°C.
4.3 Penentuan Sumber Data
Data-data yang diambil dalam penelitian ini berdasarkan 2 bagian besar, yaitu berdasarkan kontrol konvensional dan FLC . Untuk kontrol konvensional, data yang diambil adalah adalah variasi suhu ruangan dengan suhu diferensial berbeda (1°C, 2°C dan 3°C) dan variasi beban, berupa tanpa lampu, lampu 1000 Watt dan lampu 2000 Watt, untuk FLC, data yang diambil adalah variasi suhu ruangan dengan variasi beban lampu 1000 Watt dan 2000 Watt.
Masing-masing sistem kontrol dan pembebanan, penelitiannya dilakukan selama1 jam dan dicatat berapa energi listrik yang dikomsumsi.
4.4 Variabel Penelitian 4.4.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang besarnya ditetapkan oleh peneliti dan ditetapkan sebelum penelitian dilakukan. Dalam penelitian ini variabel bebasnya adalah :
1. Kontrol Konvensional
a) Kecepatan blower indoor unit pada high speed b) Frekuensi Listrik 50 Hz
c) Variasi suhu dfiferensial pada 1°C, 2°C dan 3°C
d) Variasi pembebanan dalam ruangan dengan lampu 2000Watt, 1000 Watt dan tanpa lampu
e) Waktu penelitian selama 1 jam.
2. FLC
1) Kecepatan blower indoor unit pada high speed
2) Variasi pembebanan ruangan uji dengan lampu 2000W dan 1000 W. . 3) Waktu penelitian selama 1 jam.
4.4.2 Variabel terikat
Variabel terikat adalah variabel yang besarnya tergantung dari variabel bebas dan diketahui setelah penelitian dilakukan.. Dalam penelitian ini variabel terikatnya adalah :
- Suhu dalam ruangan
- Konsumsi energi listrik selama 1 jam penelitian.
- Frekuensi sumber listrik keluaran inverter.
4.5 Instrumen Penelitian 4.5.1 Peralatan Pengujian
1. Komponen utama; sistem refrigerasi yang dipilih adalah dari sistem Air- conditioner standar yang terdiri dari (Arora, 2001) ;
a) Kompresor, Sebagai alat kompresi utama yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida kerja (refrigeran)
b) Kondensor, berfungsi sebagai tempat pelepasan panas yang dibawa oleh refrigeran akibat peningkatan tekanan didalam kompresor. Di kondensor
pelepasan panas yang terjadi idealnya pada kondisi tekanan konstan sehingga refrigeran akan mengalami perubahan fase dari fase uap menjadi fase cair bertekanan tinggi.
c) Katup ekspansi, fungsi utama dari ekspansi adalah sebagai piranti yang menyebabkan penurunan tekanan pada refrigeran cair, sehingga dengan penurunan tekanan tersebut refrigeran akan mengalami perubahan fase dari fase cair menjadi fase uap.
d) Evaporator, adalah sebuah alat dimana juga akan terjadi proses perubahan fase dari refrigeran. Pada evaporator perubahan fase yang terjadi adalah kebalikan dari kondensor, dimana pada evaporator untuk merubah fase refrigeran tersebut maka dibutuhjkan panas, dalam hal ini panas diperoleh/diserap dari lingkungan sekitarnya, sehingga suhu lingkungan akan menjadi lebih rendah (dingin).
2. Komponen aksesoris yang terdiri dari (Arora, 2001);
a) Receiver, adalah sebuah tangki yang difungsikan untuk menampung refrigeran cair (kondensat) yang berasal dari kondensor, sehingga refrigeran yang mengalir ke katup ekspansi dapat dipastikan dalam fase cair seluruhnya.
b) Filter/drier, filter/drier biasanya ditempatka pada saluran keluar dari receiver. Fungsi alat ini adalah untuk menyaring partikel-partikel halus yang mungkin terdapat didalam sistem serta untuk menghilangkan udara (Uap lembab) yang mungkin ada didalam sistem ketika proses instalasi/perakitan komponen mesin dilakukan.
c) Gelas penduga (sight glass), Fungsi utama dari sight glass adalah untuk mengetahui kondisi aliran refrigeran yang mengalir didalam sistem, biasanya digunakan untuk menentukan apakah volume refrigran yang bersirkulasi cukup atau kurang.
d) Accumulator, atau tangki penampung refrigeran sebelum dihisap kembali oleh kompresor, accumulator berfungsi untuk memastikan bahwa refrigeran yang mengalir menuju bagian suction kompresor adalah dalam fase uap seluruhnya. Hal ini dapat mencegah agar suction line dari kompresor tidak dialiri oleh refrigeran dalam fase cair yang dapat mengakibatkan kerusakan pada kompresor.
3. Komponen modifikasi/tambahan
a. Inverter berfungsi untuk merubah frekuensi arus alternating current yang akan masuk ke motor kompresor. Perubahan frekuensi akan mengubah putaran poros kompresor dan ini berdasarkan input dari perangkat kendali FLC.
b. Perangkat kendali FLC, berfungsi untuk memberi masukan ke inverter untuk merubah frekuensi arus yang akan masuk ke motor berdasarkan suhu ruang yang dikondisikan.
4.5.2 Alat ukur Penelitian.
a) Alat ukur suhu (Thermostat NTC), yang berfungsi juga sebagai alat kontrol konvensional (on/off control).
b) Pressure gauge tipe bourdon, untuk mengukur tekanan discharge dan suction komprosor.
c) Manifold gauge untuk pengisian dan penambahan refrigeran.
d) Laptop dan Data logger untuk untuk pembacaan suhu ruangan.
Gambar 4.2 inverter
Gambar 4.4 Thermostat NTC (Dixell)
Gambar 4.3 Perangkat FLC
e) kWh meter, untuk mengukur konsumsi energi listrik.
f) Clamp Ampere, untuk mengukur arus yang pada setiap pengujian Gambar 4.6 kWH meter
Gambar 4.7 Clamp Ampere Gambar 4.5 Laptop dan data logger
g) Digital Stopwach, untuk mengukur waktu penelitian
4.6 Prosedur Penelitian.
4.6.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan secara eksperimen di laboratorium, yang meliputi beberapa langkah yaitu:
1. Pemilihan sistem kontrol 2. Pembuatan sistem kontrol FLC 3. Peralatan lain yang digunakan
4. Prosedur pengujian dan pengambilan data 5. Pengolahan dan analisis data pengujian
6. Pengujian dan membandingkan antara kontrol konvensional dan FLC
7. Kesimpulan dan saran
Langkah-langkah tersebut dapat disajikan dalam bentuk flow chart seperti Gambar 4.9 .
Gambar 4.8 Digital Stopwatch
Gambar 4.9 Flow Chart Prosedur Penelitian Start
Studi Eksperimental Pengontrolan AC System dengan Fuzzy Logic Control
Studi Literatur - Jurnal - Text book
Pembuatan peralatan kontrol
Persiapan alat ukur dan alat penunjang lainnya Instalasi alat kontrol pada peralatan
eksperimen
Pengujian dan pengambilan data
Pengujian On/Off Control
Pengujian FLC
Data pengujian Data pengujian
Pengolahan data dan analisa
Pengolahan data dan analisa
Hasil On/Off control dan FLC
dibandingkan
Kesimpulan
End
4.6.2 Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data
Adapun prosedur atau langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan pengujian dan pengambilan data adalah sebagai berikut;
a. Mempersiapkan alat uji dan peralatan yang diperlukan b. Melakukan proses pemvakuman alat uji.
c. Memasukkan refrigeran (R134a) ke dalam sistem sampai tekanan tertentu sesuai dengan yang telah ditentukan.
d. Setelah beberapa saat, sistem dihidupkan dengan meng “On” kan MCB di panel utama, kemudian ”On” kan switch utama untuk menghidupkan sistem.
e. Lakukan pecobaan pertama dengan menggunakan sistem kontrol
”On/Off” , lakukan percobaan dengan sistem dalam kondisi normal, tidak ada gangguan pada sistem refrigerasi. Lakukan percobaan selama 1 jam.
f. Untuk percobaan kedua, dengan menggunakan sistem FLC, seperti pada percobaan kedua, lakukan percobaan dengan kondisi sistem normal.
Lakukan percobaan selama 1 jam juga.
g. Untuk masing-masing percobaan diambil datanya dan dicatat dalam lembaran data.
4.6.3 Pelaksanaan Pengujian.
Pelaksanaan pengujian pada penelitian ini dilakukan dengan tahapan sebagai berikut :
1. Putaran motor tetap menggunakan sistem kendali konvensional , dengan suhu differensial 1ºC, 2ºC dan 3ºC.
