DOSEN PEMBIMBING:
ARY BACHTIAR KRISHNA PUTRA, ST, MT, Ph.D FARID NUR SANY - 2106 100 154
LATAR BELAKANG
SUHU BUMI
MENINGKAT TINGKAT KENYAMANAN MANUSIA MENINGKAT
KEBUTUHAN
TERSEDIANYA ALAT PENDINGIN UDARA DI
RUMAH DAN TEMPAT UMUM MENINGKAT R-12 MEMPUNYAI ODP YANG TINGGI LARANGAN PEMAKAIAN R-12 SEBAGAI FLUIDA KERJA DARI ALAT PENDINGIN UDARA PENGGANTIAN FLUIDA KERJA ALAT PENDINGIN UDARA DARI R-12 MENJADI R-134a
TERDAPAT PELUANG UNTUK MEMAKSIMALKAN KINERJA ALAT PENDINGINAN UDARA
IDE UNTUK
MENINGKATKAN KINERJA
ALAT PENDINGINAN UDARA SEBAGAI MEDIA PENGATUR PENGGUNAAN INVERTER PUTARAN KOMPRESOR VARIASI PUTARAN KOMPRESOR KEMAMPUAN KOMPRESOR UNTUK DIRUBAH PUTARANNYA SESUAI DENGAN YANG KITA
INGINKAN
PUTARAN YANG MAMPU MEMBUAT ALAT PENDINGIN UDARA BEKERJA MASIMAL SETELAH DILAKUKAN PENGGANTIAN
REFRIJERAN
PERUMUSAN MASALAH
1. BAGAIMANA UNJUK KERJA SISTEM REFRIJERASI
(DENGAN R-12 SEBAGAI ORIGINAL REFRIJERANNYA) JIKA DIGUNAKAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12 ?
2. BAGAIMANA PENGARUH VARIASI PUTARAN KOMPRESOR TERHADAP UNJUK KERJA SISTEM REFRIJERASI ?
TUJUAN
1. MENGETAHUI KARAKTERISTIK SISTEM REFRIJERASI DENGAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12
2. MENGETAHUI PENGARUH VARIASI PUTARAN KOMPRESOR TERHADAP KINERJA SISTEM REFRIJERASI
3. MEMAKSIMALKAN KINERJA SISTEM REFRIJERASI
DENGAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12
BATASAN MASALAH
1. SISTEM BEKERJA DALAM KONDISI TUNAK (STEADY STATE).
2. TIDAK ADA HEAT LOSS PADA PIPA SALURAN REFRIJERAN. 3. TIDAK ADA LOSSES ENERGY PADA DUCTING KONDENSOR. 4. LAJU ALIR MASSA REFRIJERAN DIANGGAP KONSTAN DAN
DIHITUNG BERDASARKAN BALANS ENERGI PADA KONDENSOR
5. KOMPRESOR YANG DIGUNAKAN ADALAH KOMPRESOR TORAK SINGLE ACTING
6. PERUBAHAN KELEMBABAN UDARA PADA INLET DAN
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU
1. N.E. Carpenter, 1992, Retrofitting HCFC134a into existing CFC12 Systems
BERPENDAPAT BAHWA R-134a MEMPUNYAI KELARUTAN (SOLUBILITY) YANG SANGAT RENDAH
DENGAN PEMAKAIAN MINERAL OIL PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA, MAKA PENGGANTIAN REFRIJERAN DARI R-12 KE R134a SECARA LANGSUNG AKAN BERAKIBAT KETIDAKMAKSIMALAN PADA SISTEM
PADA SAAT DILAKUKAN PENGGANTIAN REFRIJERAN, MAKA PERLU DILAKUKAN JUGA PENGGANTIAN MINERAL OIL MENJADI ESTER OIL SERTA DILAKUKAN BEBERAPA PENGGANTIAN KOMPONEN (KATUP EKSPANSI, DRIER, DLL) SESUAI DENGAN YANG DIBUTUHKAN REFRIJERAN R-134a
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU HASIL YANG DIDAPATKAN DARI PENGUJIAN PENGGANTIAN
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU
2.
Yongmei Xuan, Guangming Chen, 2004,
Experimental study on
HFC-161 mixture as an alternative refrigerant to R502
MELAKUKAN PERCOBAAN DENGAN MENGGUNAKAN REFRIJERAN R-161 SEBAGAI PENGGANTI R-502 PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA
PENGUJIAN DILAKUKAN DENGAN MEMBANDINGKAN UNJUK KERJA SISTEM DENGAN PEMAKAIAN FREIJERAN R-161 DAN R-404
(REFRIJERAN YANG DINYATAKAN SEBAGAI PENGGANTI RESMI R-502)
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU
3.
Ki-Jung Park et al, 2007,
Experimental performance of R432A to
replace R22 in residential air-conditioners and heat pumps
DILAKUKAN BERDASARKAN DATA YANG MENYEBUTKAN BAHWA R-432a TIDAK
MEMPUNYAI ODP DAN MEMPUNYAI EFEK RUMAH KACA YANG KECIL
PERCOBAAN DILAKUKAN PADA PERANGKAT PENDINGIN UDARA DAN HEAT PUMP BENCH TEST DENGAN R-22 SEBAGAI
ORGINAL REFRIJERANNYA
DASAR TEORI
SIKLUS KOMPRESI UAP STANDAR
1-2 : KOMPRESI ADIABATIK
2-3 : PELEPASAN KALOR ISOTHERMAL 3-4 : EXPANSI ADIABATIK
4-1 : PEMASUKAN KALOR ISOTHERMAL
DASAR TEORI
KOMPONEN UTAMA SISTEM PENDINGINAN UDARA 1. KONDENSOR
KOMPONEN YANG MEMBUANG PANAS DARI REFRIJERAN KE UDARA LUAR
TERJADI PERBEDAAN FASE PADA INLET DAN OUTLET KONDENSER
Q YANG TERBUANG SEBESAR :
Q BERNILAI NEGATIF KARENA KONDENSOR MEMBUANG KALOR
)
(
h
3h
2m
2. EXPANSION DEVICE
SALAH SATU KOMPONEN UTAMA PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA
BERFUNGSI UNTUK MENURUNKAN TEKANAN DAN MENGATUR LAJU ALIRAN MASSA
REFRIJERAN
TERDAPAT BERBAGAI MACAM JENIS EXPANSION DEVICE, ANTARA LAIN THERMOSTATIC
DASAR TEORI
KOMPONEN UTAMA SISTEM PENDINGINAN UDARA 3. EVAPORATOR
KOMPONEN YANG MENYERAP PANAS DARI DALAM RUANGAN KE REFRIJERAN
TERJADI KENAIKAN ENTHALPY PADA SAAT REFRIJERAN MENYERAP PANAS
RUANGAN
SEMAKIN BESAR PERUBAHAN ENTHALPHY YANG TERJADI, SEMAKIN BAIK
KINERJA SISTEM PENDINGINAN UDARA, DIKETAHUI DARI :
4. KOMPRESOR
MENGKOMPRESI UAP REFRIJERAN
SEMAKIN SEDIKIT DAYA YANG DI BUTUHKAN KOMPRESOR MAKA SEMAKIN BAIK
KINERJA KOMPRESOR
DAYA KOMPRESOR DAPAT DIKETAHUI DARI PERSAMAAN :
)
(
h
1h
4m
e
Q
)
(
h
2h
1m
c
W
DASAR TEORI
DASAR TEORI
PERFORMANSI KOMPRESOR
1. Kebutuhan Daya Kompresor
2. Kapasitas Refrijerasi Kompresor
3. EffisiensiVolumetric Kompresor
i
h
m
P
.
)
(
h
1h
4m
Q
ik m kompresor langkah volume laju ik m kompresor memasuki yang volume alir laju v det / , det / , 3 3 L
c
r
f
p k v
0
.
97
[(
1
/
).
1
].
/ 1
udara diterima yang refrijeran dilepas yang Q Q refrijeran inlet
-outlet udara refrijeran refrijeran outlet inlet udara udara
x
Cp
x
T
m
x
Cp
x
T
m
refrijeran inlet outlet refrijeran refrijeran udara inlet outlet udara udara.
v
.
A
x
Cp
x
T
m
x
Cp
x
T
refrijeran inlet outlet refrijeran udara inlet outlet udara udara refrijeran T x Cp T x Cp x A v m . . Dengan
nilai densitas , kecepatan , danv
frontal areaA
pada udara, makaDASAR TEORI
DASAR TEORI
COEFFISIEN OF PERFORMANCE (COP)
NILAI COP DIDAPATKAN DENGAN CARA MEMBANDINGKAN PANAS YANG DISERAP OLEH EVAPORATOR (Qe) DENGAN KERJA YANG DIBUTUHKAN KOMPRESOR (Wc)
c
W
e
Q
COP
DENGAN MEMASUKKAN NILAI Qe DAN Wc DIDAPATKAN:
)
(
)
(
1 2 4 1h
h
m
h
h
m
COP
DENGAN MENGHILANGKAN , MAKA DIDAPATKAN :
m
1 2 4 1
h
h
h
h
COP
DASAR TEORI
RECTIFIER DAN INVERTER
RECTIFIER : MENERIMA ARUS BOLAK-BALIK (AC) KEMUDIAN
DIKONVERSIKAN MENJADI ARUS DC DAN DINAIK-TURUNKAN SESUAI DENGAN BESARAN ARUS YANG DIINGINKAN
INVERTER : DARI ARUS DC YANG SUDAH SESUAI DENGAN BESAAN YANG DIINGINKAN, KEMUDIAN DIKONVERSIKAN LAGI KE ARUS AC . SETELAH ITU DIALIRKAN KE PERALATAN YANG MEMBUTUHKAN SUMBER DAYA
SIFAT INVERTER : V/f KONSTAN, MAKA UNTUK V YANG BERUBAH f JUGA BERUBAH. APABILA V TETAP MAKA ARUS AKAN TURUN JIKA FREKUENSI NAIK, BEGITU PULA SEBALIKNYA.
DASAR TEORI
VARIABLE SPEED COMPRESOR
MEMBERIKAN PUTARAN YANG BERUBAH-UBAH TERHADAP KINERJA SISTEM PENDINGINAN UDARA
DENGAN PUTARAN YANG BERUBAH-UBAH, MAKA KEBUTUHAN LAJU ALIR MASSA REFFRUJERAN JUGA MAMPU BERUBAH-UBAH SESUAI DENGAN KEBUTUHAN
LAJU ALIR MASSA REFRIJERAN DAPAT DISESUAIKAN DENGAN KEBUTUHAN SESUAI DENGAN COLLING LOAD YANG ADA
PUTARAN KOMPRESOR DAPAT DIKETAHUI DARI PERSAMAAN :
s)p
-(1
X
X
120
N
f
METODOLOGI
TAHAPAN PENELITIAN
IDENTIFIKASI MASALAH PERUMUSAN MASALAH STUDY LITERATUR PERANCANGAN PERALATAN PENGAMBILAN DAN PENGOLAHAN DATA
ANALISA DATA
KESIMPULAN DAN SARAN
START IDENTIFIKASI MASALAH PERUMUSAN MASALAH STUDY LITERATUR PERANCANGAN PERALATAN PENGAMBILAN DATA END PENGOLAHAN DATA ANALISA DATA
METODOLOGI
PERALATAN YANG DIGUNAKAN
Inverter Siemens sinamics G110
Input voltage : 220 V – 240 V
Power range : 0.12 kW – 3.0 kW
Input frequensi : 47 Hz – 63 Hz
Output frequency : 0 Hz – 650 Hz
Cos phi : > 0.95
Alat-alat ukur yang digunakan : 1. Pressure gauge
2. Thermocouple 3. Anemometer 4. Voltmeter 5. Amperemeter
METODOLOGI
SKEMA SISTEM DAN POSISI PENGUKURAN
Pengukuran yang dilakukan di setiap titik antara lain :
1. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran.
2. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran.
3. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran.
4. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran.
5. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran.
6. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran.
7. Dilakukan pengukuran temperatur dan kecepatan udara.
8. Dilakukan pengukuran temperatur udara
9. Dilakukan pengukuran tegangan, arus, dan frekuensi listrik
METODOLOGI
DIAGRAM ALIR PERCOBAAN
START
CEK KONDISI PERALATAN
PENGAMBILAN DATA
Ti comp, To comp, Pi comp, Po comp, Ti e, To e, Pi e, Po e, Ti cond, To cond, Pi cond, Po cond, mass flow refrijeran
VOLT, AMPERE RUNNING PERALATAN PENGISIAN REFRIJERAN 1 (R-12) BEBAN PENDINGINAN DENGAN 1 HEATER PENGISIAN REFRIJERAN 2 R-134a
SHUT DOWN PERALATAN END
KETIGA HEATER SUDAH DIGUNAKAN ? HEATER N, N=1,2,3 REFRIJERAN 1/REFRIJERAN 2
1 = R-12; 2 = R-134a
KATUP EKSPANSI TXV DAN PIPA KAPILER
PENGGUNAAN 2 DAN 3 HEATER SECARA BERURUTAN
DAN BERTAHAP
SUDAH DILAKUKAN PENGAMBILAN DATA DENGAN
REFRIJERAN 2 ?
PEMAKAIAN KATUP EXPANSI PIPA KAPILER
SUDAH DIGUNAKAN KATUP TXV ? PENGGUNAAN KATUP TXV
START
PENGECEKAN KONDISI PERALATAN
PENGAMBILAN DATA
Ti comp, To comp, Pi comp, Po comp, Ti e, To e, Pi e, Po e, Ti cond, To cond, Pi cond, Po cond, mass flow refrijeran
RUNNING PERALATAN DENGAN INVERTER
BEBAN PENDINGINAN DENGAN 1 HEATER
HEATER YANG DIPAKAI 3 ? HEATER N, N=1,2,3 SET POINT INVERTER S, S=1,2,3,4,5
REFRIJERAN R-134a
SET INVERTER PADA PUTARAN 1
SET POINT INVERTER 5 ?
SHUT DOWN PERALATAN END
PENGGUNAAN KATUP PIPA KAPILER
SUDAH DIPAKAI KATUP TXV ? PEMAKAIAN KATUP TXV PENAMBAHAN SET POINT S+1 PENGGUNAAN 2 DAN 3 HEATER SECARA BERURUTAN DAN BERTAHAP
METODOLOGI
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R12
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R12
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R134a
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R134a
GRAFIK LAJU ALIR MASSA FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) laju ali r m assa refrijeran ( kg/ s)
laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) laju ali r m assa refrijeran ( kg/ s)
laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
• ṁ = ρ.V.A • semakin besar tekanan
evaporator, semakin lebar bukaan katup ekspansi
GRAFIK Q evaporator FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0 100 200 300 400 500 600 700 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Q ev ap o rato r (w att )
Q evaporator= f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0 100 200 300 400 500 600 700 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Q ev ap o rato r (w att )
Q evaporator= f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
• semakin besar beban pendinginan yang diberikan, maka keluaran evaporator semakin superheat
• semakin tinggi tekanan kerja
evaporator, semakin besar kalor laten yang diperlukan
• Q evaporator = ṁ(h1-h4) • semakin tinggi tekanan kerja
evaporator, semakin besar kalor laten yang diperlukan
GRAFIK Q kondensor FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0 100 200 300 400 500 600 700 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Q ko n d enso r (w att )
Q kondensor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0 100 200 300 400 500 600 700 800 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Q ko n d enso r (w att )
Q kondensor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
• Q kondensor = Q evaporator + W kompressor
• besarnya panas yang dikeluarkan sesuai dengan besarnya panas yang diserap + besarnya daya yang diberikan ke
GRAFIK W input KOMPRESOR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0 50 100 150 200 250 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) W in p u t (w att )
W input kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0 50 100 150 200 250 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) W in p u t (w att )
W input kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
GRAFIK W ref dan Ws KOMPRESOR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0 20 40 60 80 100 120 140 160 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Wref (w att )
W ref kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0 20 40 60 80 100 120 140 160 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Wref (watt)
W ref kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) W s (w at t)
Ws kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) Ws (w at t)
Ws kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
COP aktual FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) COP in p u t (w att )
COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5700 6270 6840 7410 7980 heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) COP in p u t (w att )
COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
kompresor
Winput
r
Qevaporato
COP
HRR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 5700 6270 6840 7410 7980 HRR = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) HRR 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 5700 6270 6840 7410 7980 HRR = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV heater 1 heater 2 heater 3 putaran kompresor (rpm) HRR
• nilai tidak kurang dari 1
•
r Qevaporato
Qkondensor HRR
KESIMPULAN
1. pada penggunaan katup ekspansi kapiler, laju alir massa refrijeran mencapai maksimum untuk setiap beban pendinginan yang digunakan pada putaran kompresor 6840 rpm, Sedangkan pada penggunaan katup ekspansi TXV, laju alir massa refrijeran cenderung konstan seiring dengan kenaikan putaran kompresor.
2. Q evaporator yang diserap mencapai maksimum pada putaran 6840 rpm untuk setiap beban pendinginan yang digunakan dengan penggunanaan katup ekspansi kapiler dan bernilai konstan untuk setiap beban
pendinginan yang diigunakan untuk penggunaan katup ekspansi TXV. 3. Q kondensor yang dilepaskan mencapai maksimum pada putaran 6840
rpm untuk setiap beban pendinginan yang digunakan dengan
penggunanaan katup ekspansi kapiler dan bernilai konstan untuk setiap beban pendinginan yang diigunakan untuk penggunaan katup ekspansi TXV.
4. Kerja yang dibutuhkan kompresor cenderung menurun seiring dengan kenaikan putaran kompresor baik untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupuun TXV.
5. COP sistem mencapai maksimum pada putaran kompresor 6840 rpm untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupun TXV.
6. HRR cenderung bernilai konstan untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupun TXV seiring dengan kenaikan putaran kompresor.