ISSN : 0854-4468 14 STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUHPENGGUNAAN EJEKTOR SEBAGAI PENGGANTI KATUP EKSPANSI UNTUK MENINGKATKAN KINERJA SIKLUS
REFRIGERASI PADA MESIN AC Sunanto
Jurusan Teknik Pendingin dan Tata Udara, Politeknik Negeri Indramayu1 Jurusan Teknik Mesin Uneversitas Gadjah Mada2
Sunanto08@gmail.com ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan ejektor yang ditempatkan sebagai piranti ekspansi dalam peningkatan efisiensi sistem refrigerasi. Pemanfaatan ejektor ini diharapkan dapat mengurangi beban kerja kompresor, meningkatkan efek pendinginan pada unit evaporator sehingga secara langsung akan meningkatkan efisiensi sistem. Pengujian akan dilakukan dengan membandingkan secara langsung antara sistem refrigerasi modifikasi yang memanfaatkan ejektor terhadap sistem refrigerasi konvensional pada sebuah mesin AC dengan menghitung COP ideal masing-masing sistem dan saving energi yang dihasilkan dengan melakukan memvariasikan beban pada evopaorator yaitu pada pembebanan 30 0C, 35 0C, 40 0C, dan 45 0C. Hasil dari penelitian ini menunjukkan adanya peningkatan rata-rata COP sebesar 1,14. Kerja kompresor sendiri mengalami penurunan sebesar 0,1 kW, penghematan energi setiap bulannya sebesar 0,087 kW, serta rata-rata efisiensi 8,5% dari sistem refrigerasi pada mesin AC yang menggunakan piranti ejektor sebagai pengganti ekspansi. Jadi secara keseluruhan dengan penggunaan piranti ejektor sebagai pengganti ekspansi lebih menguntungkan.
Kata kunci: ejektor, refrigerasi, AC, COP
ABSTRACT
This research aims to find out the ability of ejector as a replacement of expansion instrument in increasing efficiency of refrigeration system. The using of this ejector is expected reducing the compressor work, increasing refrigeration effect on evaporator which could increase the efficiency of the system directly. The experiment would be conducted by comparing the modification’s refrigeration system utilizing two phase ejectorwith conventional refrigeration system on an air conditioning system by calculating the ideal COP and the energy saving for both systems that is obtained by varying the load of evaporator, at the temperature of 30 0C, 35 0C, 40 0C, and 45 0C. The result showed that there is an improvement about 1.14 average on COP. The compressor work itself decreased by 0.1 kW, the energy saving hat could e obtained for a month up to 0.087 kW, also the average of efficiency in an air conditioning and refrigeration system using ejector instrument as a replacement of expansion instrument was 8.5%. Overall by using ejector instrument as a replacement expansion gave an improvement for the system.
Keywords: ejector, refrigeration, AC, COP PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi bidang refrigerasi saat ini semakin pesat. Salah satu tuntutan yang muncul adalah menemukan sistem refrigerasi yang memiliki efisiensi siklus yang tinggi tetapi sederhana dalam instalasinya yaitu sistem refrigerasi yang memiliki efek pendinginan yang baik tetapi tidak memerlukan input daya yang besar serta performa yang lebih baik.
Oleh karena itu untuk meningkatkan kinerja mesin refrigerasi perlu adanya penggunaan teknologi ejektor, dengan teknologi ejektor yang sederhana dan mudah dalam hal pemasangannya serta
murah, mampu memberikan dampak yang baik pada peningkatan sistem refrigerasi mesin AC.
Dalam halini ejektor dapat dimanfaatkan sebagai piranti ekspansiyang bertujuan untuk meningkatkan performa dari unjuk kerja siklus refrigerasi pada mesin AC yang berdampak pada penghematan energi pada tiap bulannya. Perumusan Masalah.
a) Bagaimana mengetahui perubahan performansi dari unjuk kerja siklus refrigerasi pada mesin AC sebelum dan sesudah menggunakan ejektor yang difungsikan sebagai piranti
ISSN : 0854-4468 15 pengganti katup ekspansi atau pipa
kapiler.
b) Bagaimana meningkatkan efisiensi energi, penggunaan ejektor secara tepat dalam suatu sistem refrigerasi. Tujuan Penelitian.
Mengacu pada rumusan masalah sebelumnya, tujuan dari penelitian ini adalah :
a) Untuk mengetahui pengaruh ejektor yang ditempatkan sebagai piranti pengganti katup ekspansi atau pipa kapiler pada sistem refrigerasi AC terhadap unjuk kerja siklus refrigerasinya.
b) Untuk mengetahui energy cost saving penggunaan ejektor pada sistem refrigerasi AC.
TINJAUAN PUSTAKA
Siklus Refrigerasi dengan Ejektor. Sistem refrigerasi kompresi uap menggunakan ejektor pertama dikembangkan oleh Maurice Leblanc pada 1910.Yinhai Zhu dan Yanzhong Li (2008), menunjukkan skema dari sebuah ejektor dan medan alirannya pada kondisi operasi kritis seperti pada Gambar 2.1.
II.2. Ejektor Sebagai Piranti Ekspansi Aliran Dua-fase.
A.A.Kornhauser (1990) menyelidiki performa termodinamika dari siklus refrigerasi yang menggunakan ekspansi ejektor dengan R-12 sebagai refrigeran pada kondisi operasional standar, yaitu 15
o
C untuk temperatur evaporator dan 30 oC untuk temperatur kondensor. Dari hasil pengujian tersebut ditemukan peningkatan COP sebesar 3,9 % hingga 7,6 %
dibanding siklus refrigerasi kompressi uap konvensional.
P.Menegay A.A, et al. (1996) membuat suatu tabung dengan aliran gelembung untuk mengurangi ketakseimbangan termodinamik di dalam motive nosel dengan R-12 sebagai refrigeran. COP dari sistem yang menggunakan tabung aliran gelembung dapat diperbaiki hingga 3,8% dibanding dengan siklus refrigerasi konvensional pada kondisi standar.
S. Disawas dan S. Wongwises (2000) dan Wongwises dan Disawas (2005), dalam peralatan percobaan mereka, evaporator dibanjiri dengan refrigeran dan menjadi suatu sistem peredaran ulang cair refrigeran di mana sebagai suatu piranti ekspansi, ejektor juga bertindak sebagai sebuah pompa refrigeran pada sisi tekanan rendah dari sistem.
P. Chaiwongsa dan S. Wongwises, (2007), melakukan pengujian lanjutan terhadap ejektor yang difungsikan sebagai sebuah piranti ekspansi. Penelitian ini mereka nyatakan sebagai penelitian ketiga terhadap performa ejektor yang berhasil dipublikasikan.
METODE Alur Penelitian.
Penelitian ini dilakukan dengan metode perbandingan secara langsung terhadap COP dari sebuah sistem refrigerasi konvensional standard dengan sistem refrigerasi baru yang memanfaatkan ejektor sebagai piranti ekspansi.
Bahan dan Peralatan Penelitian. Refrigeran.
Refrigeran (fluida kerja) pada penelitian ini dipakai dari type HC (HirdroCarbon) R 290.
Instalasi Pengujian
Gambar di bawah ini adalah schematik diagram instalasi suatu sistem Gambar 2.1. Struktur ejector dan medan aliran
ISSN : 0854-4468 16 refrigerasi AC yang digunakan pada
penelitian/ pengujian ini.
Pelaksanaan Pengujian.
Pengujian dilakukan terhadap dua macam siklus refrigerasi, yaitu siklus refrigrasi dengan menggunakan ejektor dan siklus refrigrasi konvensional yang nanti akan dibandingkan untuk mengetahui karakteristik COP serta efisiensi energi masing-masing siklus. Dengan parameter pengujiannya adalah temperatur yaitu dengan memvariasikan beban pendinginan pada evaporator yang sudah di tentukan dengan mengatur beban evaporator ( Tin) yaitu pada : 30 0C, 350C, 40 0C, dan 450C. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam Tabel 4.1 telah terlihat jelas kinerja dari sistem refrigerasi AC yang menggunakan ejektor dan sistem refrigerasi AC yang tidak menggunakan ejektor dimana dari hasil yang ada pada tabel tersebut menyatakan bahwa sistem refrigerasi AC yang menggunakan ejektor memiliki kinerja yang lebih baik bila di bandingkan dengan sistem refrigerasi AC yang tanpa menggunakan ejektor.
Tabel 4.1. Kinerja mesin AC dengan menggunakan ejektor dan tanpa ejektor
Dari Tabel 4.1 di atas menunjukkan bahwa besarnya nilai COP dari sistem refrigerasi baik yang menggunakan ejektor maupun yang tanpa ejektor dari pembebanan evaporator 30 0C, 35 0C, 40 0C, dan 45 0C, kecenderungan mengalami penurunan. Penurunan nilai COP ini disebabkan oleh bertambahnya pembebanan pada evaporator sehingga mengakibatkan bertambah besarnya kerja kompresor. Dengan bertambah besarnya kerja kompresor tetapi tidak diiringi dengan bertambah besarnya efek refrigerasi sehingga mengakibatkan terjadinya penurunan nilai COP. Karena nilai COP didapatkan dari perbandingan besarnya nilai efek refrigerasi dengan besarnya kerja kompresor. Jadi semakin besar kerja kompresor tetapi daerah efek refrigerasi tidak bertambah maka akan mengurangi besarnya nilai COP.
Peningkatan kerja kompresor disebabkan semakin bertambahnya pembebanan pada evaporator yang mengakibatkan bertambah beratnya kerja kompresor tetapi pada pembebanan 450C terjadi sedikit penurunan kerja kompresor karena pada saat pengukuran yang dihitung hanya pada variasi dry bulb udara dengan asumsi aliran massa udara dan RH konstan. Jadi dari faktor inilah bisa mempengaruhi kerja kompresor yang akan mengalami mengalami penurunan pada pembebanan tertentu.
Performans i Mesin AC
Ejektor Non Ejektor
Settingbeba n temperatur 300 C 350 C 400 C 450 C 300 C 350 C 400 C 450 C COP 4,1 7 3,8 3 3,6 8 3,5 0 3,5 3 3,5 0 3,4 6 3,4 1 Kerja kompresor(kW) 0,10 0,1 2 0,1 3 0,1 4 0,20 0,2 2 0,2 3 0,2 4 Efisiensi % 0,6 3 0,5 9 0,5 8 0,5 6 0,6 5 0,6 4 0,6 3 0,6 2 Saving Energi (kW) 0,1 0 0,1 0 0,1 0 0,1 0
ISSN : 0854-4468 17 Dari besarnya perbandingan nilai
COPaktual dengan COPcarnot maka didapat besarnya nilai efisiensi yang mana besarnya nilai efisiensi ini tidak lebih dari satu atau dibawah satu, pada hasil eksperimen ini nilai efisiensi cenderung mengalami penurunan tetapi besarnya nilai efiensi sistem yang menggunakan ejektor itu cenderung lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai efiensi pada sistem yang tidak menggunakan ejector.
Gambar 5.3. Perbandingan kerja kompresor Gambar 4.3.Menunjukkan perbandingan antara kerja kompresor dengan temperatur terlihat bahwa kerja kompresor pada sistem refrigerasi konvensional memiliki nilai yang lebih besar di bandingkan kerja kompresor pada sistem yang menggunakan ejektor yang difungsikan sebagai piranti pengganti ekspansi. Peningkatan kerja kompresor pada kedua sistem dipengaruhi oleh besarnya nilai enthalpy yang di hasilkan oleh tekanan dan temperatur keluar maupun tekanan dan temperatur masuk kompresor serta banyaknya massa refrigeran yang mengalir. Dengan beban yang sama ternyata temperatur pada sistem yang tanpa menggunakan ejektor lebih tinggi bila dibandingkan pada sistem yang menggunakan ejektor oleh karena itu peningkatan temperatur akan berpengaruh pada kerja kompresornya. Dengan nilai kerja kompresor sebesar 0,10 kW untuk sistem yang menggunakan ejektor sedangkan sistem yang tidak menggunakan ejektor sebesar 0,20 kW terjadi pada pembebanan pertama. Pada pembebanan temperatur 350C kerja kompresor yang
menggunakan ejektor memiliki nilai yang sebesar 0,12 kW sedangkan pada pembebanan temperatur yang sama besarnya nilai kerja kompresor konvensional sebesar 0,22 kW, sedangkan pada pembebanan selanjutnya yaitu pada pembebanan temperatur 40oC besarnya kerja kompresor yang menggunakan ejektor sebesar 0,13 kW sedangkan pada pembebanan yang sama pula kerja kompresor konvensional sebesar 0,23 kW. Dan pada pembebanan temperatur 45oC besarnya kerja kompresor yang menggunakan ejektor sebesar 0,14 kW sedangkan pada pembebanan temperatur yang sama pula kerja kompresor konvensional sebesar 0,24 kW. Jadi semakin besar beban pendinginan yang harus ditanggung oleh kompresor maka semakin meningkat pula kerja kompresor sebagaimana yang terlihat pada tabel di atas. Secara keseluruhan peningkatan beban kompresor tersebut di pengaruhi oleh semakin meningkatnya beban temperatur atau beban pendinginan yang harus di tanggung oleh kompresor.
Gambar 4.4. Perbandingan COP
Gambar 4.4. Menunjukkan perbandingan antara besarnya nilai COP dari kedua sistem terhadap temperatur, dari besarnya nilai COP mesin AC dengan menggunakan ejektor lebih besar dibandingkan dengan sistem yang tidak memakai ejektor, disebabkan karena pada mesin AC yang menggunakan ejektor sebagian refrigeran uap yang keluar dari evaporator yang mengalami peningkatan temperatur akan diumpan balikan sehingga refrigeran yang bercampur mengalami
0 2 4 6 30 35 40 45 COP Beban Evaporator 0C ejektor ejektor 0,5 non ejektor
ISSN : 0854-4468 18 pemanasan awal sehingga mengakibatkan
refrigeran yang masuk suction line menjadi lebih ringan. Secara keseluruhan rata-rata kenaikan COP yang dihasilkan pada mesin AC dengan menggunakan ejektor sebesar 1,14. Besarnya nilai COP di tentukan oleh perbandingan antara besarnya nilai efek refrigerasi dengan besarnya nilai kerja kompresor, semakin besar efek refrigerasi dan semakin kecil kerja kompresor maka akan besar nilai COP dan artinya bahwa mesin tersebut bekerja dengan baik. Tapi apabila efek refrigerasi dari mesin itu kecil sedangkan kerja kompresor dalam kondisi beban berat maka akan menghasilkan nilai COP kecil dan artinya bahwa mesin tersebut dalam kondisi yang kurang baik. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan maka dengan adanya penambahan ejektor pada sistem mesin AC dapat memberikan performansi yang lebih baik di bandingkan dengan sistem konvensional dengan rincian:
1. Rata-rata peningkatan nilai COP sebesar 1,14.
2. Kerja kompresor lebih ringan rata-rata sebesar 0,1 kW.
Dengan demikian penggunaan teknologi ejektor yang sederhana mampu memberikan dampak yang baik pada sistem refrigerasi AC karena ejektor yang di fungsikan sebagai pengganti ekspansi dapat meningkatkan unjuk kerja sistem refrigerasi AC.
SARAN
Hasil penelitian ini bisa menjadi bahan pertimbangan untuk penelitian-penelitian serupa di masa yang akan datang, karena:
1. Masih ada peluang untuk penyempurnaan penelitian yang harus di kembangkan lebih lanjut yaitu memvariasikan diameter katup cekik.
2. Penggunaan piranti ejektor dalam aplikasi AC perlu dikembangkan. DAFTAR PUSTAKA
A.A. Kornhauser, The use of an ejektor as a refrigerant expander, in: Proceedings of the 1990 USNC/IIR-Purdue Refrigeration Conference, (1990). P. Menegay A.A. Kornhauser,
Improvements to the ejektor expansion refrigeration cycle, in: Proceedings of the 31th Intersociety Energi Conversion Engineering Conference, Washington DC, (1996) Praitoon Chaiwongsa, Somchai
Wongwises, Experimental study on R-134a refrigeration sistem using a two-phase ejektor as an expansion device, International Journal of Refrigeration (2007).
