LAPORAN PENELITIAN. Oleh :

LAPORAN PENELITIAN Oleh :

Ir. Herisiswanto, MT.

NIP. 19660205 199702 1 001

Efi Afrizal, ST. MT.

NIP. 19700706 199903 1003

Azridjal Aziz, ST. MT.

NIP. 19710519 200003 1 002

Dibiayai oleh :

Dana DIPA PNBP Lembaga Penelitian Universitas Riau Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian

No. 166/H19.2/PL/2009 Tahun Anggaran 2009

LEMBAGA PENELITIAN

UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

Tahun 2009

KAJI EKSPERIMENTAL MESIN REFRIGERASI KOMPRESI

UAP HIBRIDA MEMANFAATKAN PANAS BUANG

PERANGKAT PENGKONDISIAN UDARA SEBAGAI POMPA

PANAS PADA LEMARI PENGERING (DRYING ROOM)

MENGGUNAKAN REFRIGERAN HIDROKARBON

RINGKASAN DAN SUMMARY

Refrigeran halokarbon seperti R22 yang sering digunakan pada sistem refrigerasi telah diketahui berpotensi merusak lapisan ozon, sehingga pemakaiannya harus dihentikan. Dan sebagai gantinya digunakan refrigeran hidrokarbon, salah satunya adalah HCR22 yang ramah lingkungan. Pada penelitian ini dilakukan suatu kaji eksperimental untuk membandingkan antara HCR22 dan R22 dengan menggunakan mesin pendingin kompresi uap hibrida. Kajian tersebut dimaksudkan untuk mengetahui prestasi dan karakteristik dari mesin kompresi uap hibrida dengan menggunakan HCR22 dan R22, serta pemanfaatan panas buang untuk pemanas air (water heater) untuk berbagai keperluan air panas.

Hasil penelitian yang didapat, menunjukkan terjadi penghematan massa refrigeran HCR22 sebesar 51,16 % dengan laju pendinginan dan laju pemanasan baik refrigeran hidrokarbon maupun refrigeran halokarbon memperlihatkan hasil yang relatif sama. Dampak pendinginan dengan refrigeran hidrokarbon HCR22 naik 18,8 % sedangkan dampak pemanasan turun 9,43 %. Daya kompresor dengan refrigeran HCR22 lebih hemat 25,04 % dibanding dengan menggunakan R22. Kinerja performansi mesin kompresi uap hibrida meningkat dengan menggunakan Hidrokarbon HCR22. COP naik 57,38 %, PF naik 20,71 %, TP naik 35,43 %. Air panas yang dihasilkan dengan refrigeran hidrokarbon HCR22 rata-rata 40,76 oC pada tekanan kondensor 262,33 Psi sedangkan dengan R22 rata-rata 45,7 oC, pada tekanan kondensor rata-rata 363 Psi. Tekanan kerja kondensor rata-rata dengan HCR22 yang lebih rendah 27,8 % dibandingkan R22 memberikan tekanan kerja yang lebih aman dan awet bagi kompresor untuk pemakaian jangka panjang.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, sebagai rasa terima kasih penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas kekuatan dan rahmat-Nya lah maka penulis akhirnya dapat menyelesaikan laporan penelitian ini.

Penulis mengucapkan terima kasih yang terhingga banyaknya kepada :

1. Lembaga Penelitian Universitas Riau yang telah mendanai penelitian ini melalui Dana DIPA PNBP UNRI 2009.

2. Bapak Dr. Syaiful Bahri, M.Si., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Riau, Bapak Efi Afrizal, ST. MT. dan Bapak Azridjal Aziz, ST. MT. yang telah membantu mewujudkan penelitian ini dan memberikan ide dan saran untuk kesempurnaan penelitian ini. Rekan-rekan dosen Prodi Teknik Mesin, saudara Erdonal Wahyudi, M. Fakhri dan M. Ulud mahasiswa bimbingan tugas akhir yang telah membantu terwujudnya penelitian ini serta semua pihak yang telah memberikan saran dan masukan dalam pembuatan penelitian ini.

Penulis yakin sepenuhnya bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis akan berbesar hati atas saran dan kritik yang membangun agar penelitian selanjutnya dapat lebih baik lagi.

Pekanbaru, September 2009

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i HALAMAN PENGESAHAN ii RINGKASAN iii KATA PENGANTAR iv DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR ix

BAB I. PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang Penelitian 1

1.2. Identifikasi dan Perumusan Masalah 2

1.3. Tujuan Penelitian 3

1.4. Kegunaan Penelitian 4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1. Mesin Refrigerasi 5

2.2. Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap 6

2.2.1 Siklus Kompresi Uap Ideal 6

2.2.2 Siklus Kompresi Uap Nyata 8

2.2.3 Mesin Refrigerasi Hibrida 8

2.3. Refrigeran

2.3.1 Refrigeran Alternatif untuk R22 2.3.2 Hidrokarbon sebagai Refrigeran

11 12 13

BAB III. METODE PENELITIAN (BAHAN DAN METODE) 15

3.1. Peralatan Pengujian 16

3.2. Alat Ukur

3.2.1 Alat Ukur Temperatur 3.2.2 Alat Ukur Tekanan 3.2.3 Alat Ukur Listrik

16 17 17 17

3.3. Instalasi Alat Uji 18

3.4. Refrigeran Uji

3.5 Pelaksanaan Pengujian Kinerja Mesin Refrigerasi Hibrida 3.6 Variabel-variabel yang Diukur

3.7 Pengolahan Data Hasil Pengujian

3.8 Perhitungan Sisi Refrigeran (Siklus Primer)

19 19 19 20 21

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 26

4.1. Hasil Perancangan 26

4.2. Pembahasan

4.2.1 Massa Refrigeran R22 dan HCR22

4.2.2 Dampak pendinginan, Dampak pemanasan dan Kerja Kompresor

4.2.3 Kinerja Performansi Mesin Refrigerasi Hibrida (COP,PF,TP) 4.2.4 Tekanan Kondensor dengan Refrigeran HCR22 dan R22 4.2.5 Temperatur Air pada Tangki Kondensor dengan HCR22 dan R22 27 27 27 30 31 32

5.1. Kesimpulan 34

5.2. Saran 34

DAFTAR PUSTAKA 35

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kelompok Aplikasi Mesin Refrigerasi 5 Tabel 2.2. Refrigeran Alternatif sebagai Pengganti R-2-2 12 Tabel 4.1. Rekapitulasi Hasil Pengujian dengan HCR22 dan R22 33

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap Ideal 7

Gambar 2.2. Diagram P-h Siklus Kompresi Uap Ideal dan Aktual 8 Gambar 2.3. Siklus Kompresi Uap Ideal dengan Pendingin Air 9 Gambar 2.4. Temperatur Glide pada Campuran HC. 13 Gambar 3.1. Siklus Kompresi Uap Ideal dengan Pendingin Air 16 Gambar 3.2. Instalasi Alat Uji Mesin Refrigerasi Hibrida 18 Gambar 4.1. Grafik Massa Refrigeran Optimum dan COP Optimum R22

dan HCR22

27 Gambar 4.2. Dampak Pendinginan Refrigeran HCR22 dan R22 28 Gambar 4.3. Dampak Pemanasan Refrigeran HCR22 dan R22 28 Gambar 4.4. Daya Kompresor dengan Refrigeran HCR22 dan R22 29 Gambar 4.5. COP Mesin Refrigerasi Hibrida dengan Refrigeran HCR22

dan R22

29 Gambar 4.6. PF Mesin Refrigerasi Hibrida dengan Refrigeran HCR22 dan

R22

30 Gambar 4.7. TP Mesin Refrigerasi Hibrida dengan Refrigeran HCR22 dan

R22

31 Gambar 4.8.

Gambar 4.9

Tekanan Kondensor dengan Refrigeran HCR22 dan R22 Temperatur air panas dengan refrigeran HCR22 dan R22

32 32

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penelitian

Mesin refrigerasi adalah salah satu jenis mesin konversi energi, dimana sejumlah energi dibutuhkan untuk menghasilkan efek pendinginan. Di sisi lain, panas dibuang oleh sistem ke lingkungan untuk memenuhi prinsip-prinsip termodinamika agar mesin dapat berfungsi. Panas dari kondensor yang terlepas ke lingkungan biasanya terbuang begitu saja tanpa dimanfaatkan. Demikian juga pada mesin pompa panas, sejumlah energi dibutuhkan untuk menghasilkan efek pemanasan dengan cara menyerap panas dari lingkungan. Panas yang diserap dari lingkungan sebetulnya dapat dimanfaatkan untuk mendinginkan sesuatu, tapi biasanya cenderung dibiarkan terbuang. Mesin refrigerasi yang berfungsi sebagai mesin pengkondisian udara (Air

Conditioning) umumnya digunakan untuk mengkondisikan ruangan dengan memanfaatkan efek pendinginan dari evaporator yang memberikan rasa nyaman dan sejuk untuk penghuni atau orang yang bekerja di dalam ruangan tersebut baik di perumahan, perkantoran dan industri.

Bertolak dari kasus mesin refrigerasi dan mesin pompa panas di atas, maka berbagai usaha telah dilakukan untuk mengembangkan suatu sistem yang menggunakan prinsip refrigerasi dan pompa panas dalam satu mesin. Pada mesin terpadu ini efek pendinginan dan efek pemanasan dapat dihasilkan dan dimanfaatkan secara bersamaan, sehingga daya guna mesin menjadi lebih tinggi. Mesin terpadu dengan fungsi ganda ini dikenal dengan mesin refrigerasi hibrida, karena mesin refrigerasi paling banyak beroperasi dengan siklus kompesi uap, maka mesin ini disebut mesin refrigerasi siklus kompresi uap hibrida. (Aziz, Azridjal, 2004)

Untuk mengoperasikan mesin refrigerasi hibrida dibutuhkan refrigeran sebagai fluida kerja. Refrigeran yang paling banyak digunakan adalah refrigeran halokarbon (halogenated refrigerant) salah satunya adalah jenis HCFC-22 (Hydrochlorofluorocarbon) atau R-22 . (Agarwal, Radhey S, 1997). Namun dari hasil penelitian, refrigeran halokarbon R-22 menunjukkan sifat yang dapat merusak lapisan ozon dan berpotensi besar terhadap peningkatan efek pemanasan global, sehingga penggunaan refrigeran tersebut dicanangkan untuk dihapuskan pembuatan dan pemakaiannya. (Pasek, A.D.,Tandian, N.P., Adriansyah W., 2004).

Salah satu refrigeran alternatif pengganti refrigeran halokarbon R-22 adalah refrigeran hidrokarbon (hydrocarbon referigerant). Beberapa kelebihan yang dimiliki refrigeran hidrokarbon subsitusi R-22 yaitu dapat digunakan sebagai pengganti langsung (drop in substitute) tanpa penggantian komponen, ramah lingkungan (tidak merusak lapisan ozon), pemakaian refrigeran lebih sedikit, hemat energi, dan memenuhi standar internasional (Pasek, A.D.,Tandian, N.P., 2000).

1.2 Identifikasi dan Perumusan Masalah

Untuk mendapatkan efek pendinginan yang memberikan rasa nyaman di sisi dalam ruangan pada perangkat pengkondisian udara dibutuhkan sejumlah energi untuk menggerakkan kompresor, sedangkan pada sisi luar panas dibuang (efek pemanasan) dari sistem ke lingkungan begitu saja tanpa dimanfaatkan. Panas yang dibuang ke lingkungan tersebut kandungan energinya cukup besar, lebih besar dari energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan sistem dan lebih besar dari energi yang diserap di ruangan yang dikondisikan. Panas yang dibuang ke lingkungan ini dapat digunakan untuk memanaskan udara maupun air yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Udara panas dapat dimanfaatkan untuk proses pengeringan

sedangkan air panas dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air panas antara lain untuk mencuci, mandi, dan memasak di rumah, kantor, industri, hotel dan rumah sakit. Pemanfaatan panas buang ini dapat menghemat biaya energi listrik atau energi gas yang dibutuhkan dalam proses pemanasan.

Sebagian besar perangkat pengkondisian udara siklus kompresi uap menggunakan refrigeran halokarbon R-22 yang telah diketahui dapat merusak lapisan ozon yang berdampak negatif pada lingkungan global. Pada penelitian ini akan digunakan refrigeran hidrokarbon subsitusi R-22, dengan refrigeran hidrokarbon, perangkat pengkondisian udara tersebut tetap dapat digunakan, tanpa penggantian komponen.

Mesin refrigerasi hibrida tentu saja memiliki keunggulan dan kekurangan, salah satu yang merupakan keunggulannya adalah peningkatan efisiensi penggunaan energi tetapi karena kedua sisinya sudah dimanfaatkan maka perubahan pada suatu sisi akan mempengaruhi proses di sisi yang lainnya. Penelitian ini perlu dilakukan untuk mengetahui karakteristik mesin menggunakan refrigeran hidrokarbon subsistusi R-22, serta karakteristik mesin karena pemanfaatan evaporator dan kondensor secara bersamaan yang dapat mempengaruhi kinerja mesin.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah

- membuat alat uji mesin refrigerasi hibrida yang dapat menggunakan refrigeran hidrokarbon subsitusi R-22 dan refrigeran halokarbon R-22.

- mempelajari parameter yang mempengaruhi karakteristik perangkat pengkondisian udara (Air Conditioning) yang telah dimodifikasi menjadi mesin refrigerasi hibrid, diantaranya adalah kapasitas pendinginan, kapasitas

pemanasan, daya kompresi, koefisien performansi (COP) dan performansi faktor (PF).

- mempelajari pemanfaatan mesin sebagai pompa panas dengan penggunaan air sebagai media penyerapan panas buang yang diperoleh dari kondensor serta pengaruhnya terhadap tekanan dan temperatur sistem

1.4 Kegunaan Penelitian

Dari penelitian ini, dibuat sebuah mesin refrigerasi hibrida yang dimodifikasi dari perangkat pengkondisian udara (AC), sehingga dapat diperoleh parameter yang mempengaruhi karakteristik mesin secara keseluruhan. Hasil karakteristik mesin ini dapat digunakan sebagai parameter dalam menentukan kondisi optimal mesin sehingga modifikasi perangkat pengkondisian udara menjadi mesin refrigerasi hibrida diharapkan tidak mengganggu kinerja optimal sistem keseluruhan.

Diharapkan dengan pemanfaatan efek pendinginan dan pemanasan secara bersamaan, pemborosan energi yang terbuang percuma berupa panas buang dari perangkat pengkondisian udara (air conditioning) dapat dikurangi seminimal mungkin. Panas buang dari perangkat pengkondisian udara dapat digunakan sebagai pemanas (heater) untuk keperluan pengeringan dan terutama untuk memanaskan air baik pada rumah tangga, perkantoran, rumah sakit, gedung komersil, maupun industri, sehingga terjadi penghematan energi yang cukup berarti, apalagi penggunaan refrigeran hidrokarbon dapat menghemat penggunaan energi listrik.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Refrigerasi

. Secara umum bidang refrigerasi mencakup kisaran temperatur sampai 123 K. Sedangkan proses-proses dan aplikasi teknik yang beroperasi pada kisaran temperatur di bawah 123 K disebut kriogenika (cryogenics). Pembedaan ini disebabkan karena adanya fenomena-fenomena khas yang terjadi pada temperatur di bawah 123 K dimana pada kisaran temperatur ini gas-gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen dan helium dapat mencair. (Arora, C. P, 2001). Mesin refrigerasi atau disebut juga mesin pendingin adalah mesin yang dapat menimbulkan efek refrigerasi tersebut, sedangkan refrigeran adalah zat yang digunakan sebagai fluida kerja dalam proses penyerapan panas. Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga temperaturnya berada di bawah temperatur lingkungan

Tabel 2.1 Kelompok Aplikasi Mesin Refrigerasi

Jenis Mesin refrigerasi Contoh

Refrigerasi Domestik Lemari es, dispenser air

Refrigerasi Komersial Pendingin minuman botol, box es krim, lemari pendingin supermarket

Refrigerasi Industri Pabrik es, cold storage, mesin pendingin untuk industri proses

Refrigerasi transport Refrigerated truck, train and containers

Pengkondisian udara domestik dan

komersial AC window, split, dan package.

Chiller Water cooled and air cooled chillers

2.2 Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap

Untuk mendinginkan suatu ruangan atau benda, kita harus mendekatkan ruang atau benda tersebut dengan suatu permukaan atau fluida yang bertemperatur lebih rendah dari temperatur yang didinginkan . Dengan demikian energi dalam bentuk panas dapat dipindahkan dari ruang/benda ke permukaan /fluida dingin. Apabila diinginkan agar fluida tidak terbuang, fluida harus didaurkan melalui sistem sedemikian rupa, sehingga energi yang diambil dari ruang dingin dapat dibuang keluar/lingkungan. Proses pengambilan energi tersebut terjadi di evaporator dengan laju perpindahan panas sebesar Qe. Sedangkan proses pembuangan energi dalam

bentuk panas ke sekeliling tersebut akan terjadi di kondensor dengan laju sebesar Qk.

Siklus kompresi uap dibedakan antara siklus kompresi uap ideal dan siklus kompresi uap nyata. Pada siklus kompresi uap ideal proses berlangsung di dalamnya dengan kondisi ideal yang tidak akan ditemukan dalam penerapannya, sedangkan siklus kompresi sebenarnya berlangsung pada siklus kompresi uap nyata.

2.2.1 Siklus Kompresi Uap Ideal

Secara umum ada dua bagian penting dalam siklus kompresi uap yaitu :

1. Bagian yang bertekanan tinggi mulai dari sisi keluar kompresor hingga sisi masuk katup ekspansi.

2. Bagian yang bertekanan rendah mulai sisi keluar katup ekspansi hingga sisi masuk kompresor.

Sebuah siklus kompresi uap memiliki empat komponen utama yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator, seperti digambarkan pada gambar 2.1. Keempat komponen tersebut sekaligus juga mewakili 4 proses termodinamika yang dialami oleh refrigeran pada siklus kompresi uap ideal, yaitu :

1. Proses 1-2 : Kompresi isentropik (adibatik dan reversibel) dari uap jenuh ke tekanan kondensasi.

2. Proses 2-3 : Pelepasan panas reversibel pada tekanan konstan sampai kondisi cair jenuh.

3. Proses 3-4 : Eskpansi irreversibel pada entalpi konstan sampai tekanan evaporasi. 4. Proses 4-1: Pemasukan panas reversibel pada tekanan konstan dari fasa campuran

ke tingkat keadaan uap jenuh.

Pada siklus kompresi uap jika pemanfaatannya adalah dari sisi evaporator dimana evaporasi berlangsung pada temperatur rendah (dingin) disebut mesin refrigerasi. Sedangkan jika pemanfaatannya adalah dari sisi kondensor dimana kondensasi berlangsung pada temperatur yang lebih tinggi (panas) disebut mesinpompa kalor. Sehingga penamaan siklus kompressi uap tersebut selalu diikuti oleh fungsi yang dibawakannya.

Gambar 2.1 Siklus Kompresi Uap Ideal

Untuk menyatakan unjuk kerja dari suatu siklus kompressi uap, yang ditinjau dampak refrigerasi, laju pelepasan kalor, kerja kompressi, Coefficient of

Performance (COP) dan Performance Factor (PF).

Kompressor Siklus Kompressi Uap standard Evaporator Alat Ekspansi 1 h 4 h 3 h h₂ 2 h 1 h 3 h K P E P ) (bars P ) / (kJkg h 1 2s 2 3 4 Kondensor Qk Qe Wk a b

2.2.2 Siklus Kompresi Uap Nyata

Siklus kompresi uap ideal yang diuraikan di atas tidak mungkin terjadi, sehingga pada siklus kompresi uap nyata terjadi beberapa terjadi. Pada kenyataannya siklus kompresi uap mengalami penyimpangan dari kompresi uap ideal. Penyimpangan dari siklus yang sebenarnya ini dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut :

Gambar 2.2 Diagram P-h siklus kompresi uap ideal dan aktual

Penyimpangan ini terjadi karena penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator sehingga proses perubahan fasa tidak lagi isobarik. Cairan mengalami proses pembawahdinginan (sub-cooling) saat meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi. Uap refrigeran mengalami proses pemanasan lanjut saat meninggalkan evaporator sebelum memasuki kompresor. Pada saat proses kompresi, terjadi kenaikan entropi (kompresi tak isentropik). Pada katup ekspansi, proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.

2.2.3 Mesin Refrigerasi Hibrida

Alasan paling umum digunakan dalam usaha memodifikasi siklus kompresi uap sederhana adalah efisiensi penggunaan energi. Pengembangan mesin kompresi uap ideal dilakukan untuk mendapatkan efisiensi penggunaan energi yang lebih baik

) (bars

P

) / (kJ kg h 1' 2' 3' 4' sub dingin 3 4 1 panas lanjut siklus ideal siklus aktual 2

sehingga dapat melayani berbagai kebutuhan untuk pendinginan dan pemanasan yang memanfaatkan energi buangan sistem. Berdasarkan keterangan ini, diambil suatu terobosan untuk meningkatkan efisiensi maka kedua sisi dingin dan panasnya dimanfaatkan sekaligus. Siklus kompressi uap seperti ini dikenal sebagai mesin refrigerasi hibrida. Mesin refrigerasi hibrida ini tentu saja memiliki keunggulan dan kekurangan salah satu yang merupakan keunggulannya adalah peningkatan efisiensi penggunaan energi tetapi karena kedua sisinya sudah dimanfaatkan maka perubahan pada suatu sisi diharapkan tidak akan menggangu proses di sisi yang lainnya, sehingga umumnya dilengkapi dengan penambahan komponen dummy.

Gambar 2.3 Siklus Kompressi Uap Ideal dengan Pendingin Air Pada mesin refrifgerasi hibrida dengan siklus ideal, jika prestasinya ditinjau dari sisi air (gambar 2.3), maka kapasitas pendinginan pada evaporator adalah :

ae ae P ae e

m

C

T

Q

=

×

_,

×

∆

. (2.1)

dimana :

Q

_e = dampak pendinginan evaporator (Watt)

. ae

m

= laju masa air masuk evaporator (kg/s)

Pae

C

= kalor jenis air (J/(kgK))

Wk evaporator k o m p re s o r kondensor a la t e k s p a n s i 2 Q Qk 3 1 4 air air

ae

T

∆

= perbedaan temperatur air di evaporator (oC) Kapasitas pemanasan pada kondensor :

ak ak P ak k

m

C

T

Q

=

×

_,

×

∆

. (2.2)

dimana :

Q

_k = dampak pemanasan kondensor (Watt)

.

ak

m

= laju masa air masuk kondensor (kg/s)

Pak

C = kalor jenis air (J/(kgK))

ak

T

∆

= perbedaan temperatur air di kondensor (oC) Daya kompressor :

I V

Wk =ηm× × (2.3)

dimana :

W

_k = daya kompresor (Watt)

m

η

= efisiensi motor = 0,8

V = tegangan motor listrik (V) I = arus motor listrik (A)

Untuk mengetahui sampai dimana tingkat keandalan sistem pendingin, dikenal beberapa besaran yang biasa dipakai, yaitu COP (coefficient of performance) dan PF (performance factor). Koefisien performansi adalah perbandingan antara efek pendinginan yang diperoleh terhadap energi yang digunakan untuk menggerakkan kompresor.

Koefisien performansi pada evaporator utama :

. . k e

W

Q

COP

=

(2.4)

PF atau faktor performansi didefinisikan sebagai perbandingan efek pemanasan di kondensor terhadap energi yang digunakan untuk menggerakkan kompresor.

k k

W

Q

PF

=

(2.5)

Di samping kedua parameter di atas (COP dan PF), untuk mesin refrigerasi kompresi uap hibrida dikenalkan parameter baru yaitu total performansi (TP). Totap performansi didefinisikan sebagai perbandingan antara dampak pendinginan ditambah dampak pemanasanan terhadap daya yang dibutuhkan kompresor.

2.3 REFRIGERAN

Refrigeran adalah fluida kerja yang digunakan untuk memindahkan panas di dalam siklus refrigerasi. Berdasarkan fungsinya selama refrigeran dibagi menjadi dua jenis yaitu refrigeran primer yang digunakan dalam siklus kompresi uap dan

refrigeran sekunder yang digunakan untuk membawa kalor bertemperatur rendah. Pada sistem kompresi uap, refrigeran menyerap kalor dari suatu ruang melalui proses evaporasi dan membuang kalor ke ruang lain melalui proses kondensasi.

Sifat-sifat yang dipertimbangkan dalam memilih refrigeran, adalah: sifat kimia,

sifat fisik dan sifat termodinamik. Berdasarkan sifat-sifat kimianya refrigeran yang baik : tidak beracun, tidak bereaksi dengan komponen refrigerasi, dan tidak mudah terbakar, serta tidak berpotensi menimbulkan pemanasan global (GWP rendah (Global Warming Potential)) dan tidak merusak lapisan ozon (ODP rendah (Ozone

Depleting Potential)).

2.3.1 Refrigreran Alternatif untuk R-22

Hidrokarbon (HC) merupakan salah satu refrigeran alternatif pengganti R-22. Refrigeran HC tidak berpotensi merusak ozon karena ODP = 0 dan GWP yang kecil.

Refrigeran HC juga tidak mengalami reaksi kimia dengan oli pelumas yang digunakan untuk refrigeran R-22.

Tabel 2.2 Refrigeran alternatif sebagai pengganti R-22

Parameter Refrigeran R-22 R-12 Propana Iso- butana Rumus kimia CHClF2 CCl 2F2 C3H8 C4H10 Temperatur kritis [oC] 97 111,8 97,0 135,1 Titik didih pada 1 atm [oC] -41,4 -26,8 -41,9 -11,6 Massa jenis

- uap jenuh pada 0oC [kg/m3] 21,2 18,2 10,39 4,56 - cair jenuh pada 45oC [kg/m3] 1108 1232 459 525 Kapasitas Panas Spesifik

- uap jenuh pada 0oC [kJ/kgK] 0,614 0,642 1,85 1,61 - cair jenuh pada 45oC [kJ/kgK] 1,46 1,02 2,8 2,58 Konduktifitas Termal

- uap jenuh pada 0oC [mW/mK] 9,4 8,3 15,6 12,98 - cair jenuh pada 45oC [mW/mK] 63,4 60 ,7 83,7 82,4

ODP 0,06 1 0 0

GWP 1700 7300 3 3

Pada Tabel 2.2 ditampilkan beberapa jenis refrigeran yaitu : R-22, R-12, propana dan isobutana. Kelemahan utama R-22, karena potensi perusakan ozon dan pemanasan globalnya relatif tinggi dari ke tiga jenis refrigeran lainnya. Berbeda dengan refrigeran hidrokarbon untuk mesin yang sebelumnya menggunakan refrigeran R-22 maka refrigeran hidrokarbon dapat langsung menggantikannya tanpa melakukan penggantian komponen.

Berdasarkan uraian di atas, maka refrigeran yang baik pengganti R-22 adalah hidrokarbon. Kelemahan hidrokarbon yang menonjol adalah mudah terbakar, namun hal ini tidak terlalu mengkhawatirkan jika prosedur keamanan penggunan hidrokarbon diterapkan dengan baik serta telah diakui dan diatur oleh berbagai standar internasional yaitu : BS4434:1995(Inggris) , AS/NZ 1677:1998 (Australia / New Zeland) dan DIN 7003 (Jerman ).

2.3.2 Hidrokarbon Sebagai Refrigeran

Beberapa kelebihan yang dimiliki refrigeran hidrokarbon, campuran propana-butana-isobutana, sebagai refrigeran alternatif pengganti R-22, yaitu :

1. Pengganti langsung (drop in substitute) tanpa penggantian komponen.

2. Ramah lingkungan, potensi perusakan ozon nol (non-ODP) dan potensi pemanasan global dapat diabaikan (non-GWP).

3. Hidrokarbon, gas alam yang mudah didapat di Indonesia.

Refrigeran campuran hidrokarbon akan mengalami kenaikan atau penurunan temperatur (temperature glide) selama terjadi perubahan fasa dalam siklus refrigerasi (lihat Gambar 2.4). Titik didih campuran berubah seiring dengan berubahnya komposisi campuran dalam fasa cair. Hal ini disebabkan karena laju penguapan komponen campuran tidak sama.

Gambar 2.4. Temperatur Glide pada Campuran HC

Akibat yang timbul karena adanya temperature glide adalah sebagai berikut: 1. Komposisi campuran mungkin berbeda antara fasa uap dan fasa cair, oleh

karena itu pengisian refrigeran ke dalam sistem refrigerasi sebaiknya dilakukan dalam fasa cair.

) (bars P ) / (kJ kg h 3 4 1 2 g ar_is is_o te_rm al Temperatur glide di Kondensor Temperatur glide di Evaporator

2. Kalau sistem refrigerasi mengalami kebocoran, ada kemungkinan komposisi kebocoran berbeda dengan komposisi refrigeran. Sebagai akibatnya komposisi refrigeran di dalam sistem berubah dan dapat mempengaruhi kinerja sistem. Refrigeran hidrokarbon dapat terbakar jika bercampur dengan udara pada komposisi yang tepat dan titik nyalanya tercapai. Komposisi yang harus dihindari ini adalah jika hidrokarbon berada pada komposisi 2% –10% volume. Kedua kondisi ini, komposisi dan titik nyalanya, tidak boleh terjadi secara serentak baik didalam sistem refrigerasi maupun diluar sistem. Agar tidak mudah terbakar refrigeran hidrokarbbon dapat diberi substansi tambahan agar sifat mampu nyalanya turun (LFS – Low

Flammable Subtance). Penelitian refrigeran hidrokarbon dengan LFS sudah mulai banyak dilakukan beberapa sudah mulai digunakan.

BAB III

METODE PENELITIAN (BAHAN DAN METODE)

Tahapan-tahapan pengerjaan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Tahap Persiapan Penelitian

Pada tahapan ini akan dilakukan studi literatur dan pendalaman pemahaman terhadap konsep mesin refrigerasi hibrida yang menggunakan refrigeran hidrokarbon subsitusi R-22 dan refrigeran halokarbon R-22, dengan mempelajari buku-buku dan jurnal-jurnal penelitian terbaru yang relefan. 2. Tahap Pembuatan Alat Uji

Pada tahapan ini dilakukan pembuatan alat uji yaitu sebuah mesin refrigerasi uap hibrida yang dapat menggunakan refrigeran hidrokarbon subsitusi R-22 dan refrigeran halokarbon R-22.

3. Tahap Pengumpulan Data

Pada tahapan ini dilakukan pengambilan data-data yang diperlukan dengan menggunakan beberapa macam alat ukur antara lain : pressure gauge, termometer, multimeter, stopwatch.

4. Tahap Analisis Data

Data yang diperoleh akan ditabulasikan dan dilakukan perhitungan sesuai prinsip-prinsip termodinamika yang berlaku, selanjutnya ditabelkan dan diplot dalam berbagai grafik yang dapat memberikan informasi-informasi mengenai pengaruh temperatur masuk dan keluar evaporator, temperatur masuk dan keluar kondensor, laju aliran air pengisi dan laju aliran massa refrigeran, tekanan pada sisi masuk kompresor, tekanan pada sisi keluar

kompresor, tekanan keluar kondensor dan tekanan masuk evaporator terhadap unjuk kerja sistem

5. Tahap Pembuatan Laporan

Laporan hasil penelitian ini dipublikasikan di jurnal-jurnal ilmiah terakreditasi, atau dipublikasikan di seminar-seminar yang relefan, sehingga dapat diperoleh masukan-masukan untuk kesempurnaan penelitian selanjutnya.

3.1 Peralatan Pengujian

Instalasi alat uji Mesin Pendingin Kompresi Uap Hibrida mempunyai komponen-komponen utama yaitu kompresor, kondensor, pipa kapiler, meja alat uji, pompa air sirkulasi, serta instrumen pengrukuran.

Kompresor Kondensor Evaporator Katup Ekspansi Air Air Qe Qk Wk

Gambar 3.1 Siklus Kompresi Uap Ideal dengan Pendingin Air

3.2 Alat Ukur

Alat ukur digunakan untuk mengukur besaran-besaran pada pengujian. Alat ukur yang diperlukan yaitu alat ukur tekanan, temperatur, tegangan listrik, arus listrik dipasang pada titik-titik yang perlu diuji dan diambil datanya.

3.2.1 Alat Ukur Temperatur

Alat ukur temperatur di pasang pada pipa saluran refrigeran, dengan tujuan agar temperatur pada masing-masing keadaan dapat diketahui.

Alat pengukur temperatur yang digunakan pada pipa saluran refrigeran adalah termokopel dengan penunjuk digital. Alat ukur temperatur juga digunakan untuk mengukur temperatur air masuk dan keluar pada kondensor dan evaporator. Selain itu juga digunakan untuk mengukur temperatur ruangan pendingin dan ruangan pemanas. Pada pengujian kali ini digunakan termometer digital.

3.2.2 Alat Ukur Tekanan

Alat ukur tekanan digunakan untuk mengukur tekanan yang terjadi pada masing-masing keadaan pipa saluran refrigeran. Alat ukur yang digunakan pada pengujian kali ini adalah tabung bourdon.

3.2.3 Alat ukur Listrik

Pengukuran daya kompressor dilakukan dengan mengetahui tegangan listrik masukan ke kompresor dan pengukuran arus listrik pada saat kompressor beroperasi. Tegangan listrik di ukur menggunakan Voltmeter dan arus listrik diukur dengan menggunakan ampermeter.

Daya kompressor dapat dihitung dengan persamaan :

I V

dimana :W_k = daya kompresor (Watt)

η_m = efisiensi motor = 0,8

V = tegangan motor listrik (V)

I = arus motor listrik (A)

3.3 Instalasi Alat Uji

Gambar 3.2 Instalasi Alat Uji Mesin Refrigerasi Hibrida

Instalasi ini merupakan instalasi mesin pendingin kompresi uap hibrida yang berfungsi sebagai mesin pendingin pada lemari pendingin dan pompa kalor pada lemari pengering. Untuk instalasi siklus primer ( siklus refrigeran) , kompressor,

sight glass, filter drier, katup ekspansi, kondensor dan evaporator ditempatkan di atas meja dudukan. Sedangkan koil pendingin, koil pemanas, pompa air sirkulasi, ditempatkan di bagian bawah meja dudukan alat.

3.4 Refrigeran Uji

Refrigeran yang digunakan dalam sistem refrigerasi hibrida ini adalah refrigeran Halokarbon R-22 dan hidrokarbon jenis Hycool HCR-22. Refrigeran hidrokarbon jenis Hycool HCR-22 ini hasil produksi PT. Citra Total Buana Biru, salah satu produsen refrigeran hidrokarbon di Indonesia. Penanganan refrigeran hidrokarbon untuk digunakan sebagai refrigeran pada mesin refrigerasi harus mengikuti petunjuk baku, dalam hal ini digunakan Petunjuk Praktis Konversi dan Perbaikan Peralatan Refrigerasi dengan Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon secara aman.

3.5 Pelaksanaan Pengujian Kinerja Mesin Refrigerasi Hibrida

Pengujian yang dilakukan adalah pengujian performansi mesin refrigerasi antara lain dampak pemanasan, dampak pendinginan, daya kompresi, COP, PF, TP. Pengaruh variasi laju massa air di kotak evaporator terhadap tekanan dan temperatur evaporasi dan kondensasi.

3.6 Variabel-Variabel Yang di Ukur

1. Temperatur saat memasuki kompresor (T1) 2. Tekanan saat memasuki kompressor (P1)

4. Tekanan saat memasuki kondensor (P2)

5. Temperatur keluaran kondensor (T3) 6. Tekanan keluaran kondensor (P3)

7. Temperatur saat memasuki evaporator (T4) 8. Tekanan saat memasuki Evaporator (P4) 9. Temperatur air masuk kotak kondensor (Th in)

10. Temperatur air keluar kotak kondensor (Th out) 11. Temperatur air masuk kotak evaporator (Tc in)

12. Temperatur air keluar kotak evaporator (Tc out) 13. Temperatur air masuk ruang pemanas (Trh in) 14. Temperatur air keluar ruang pemanas (Trh out)

15. Temperatur air masuk ruang pendingin (Trc in) 16. Temperatur air keluar ruang pendingin (Trc out) 17. Temperatur ruang pemanas (Trh)

18. Temperatur ruang pendingin (Trc)

3.7 Pengolahan Data Hasil Pengujian

Data yang diperoleh dari pengujian melalui pengukuran adalah berupa sifat-sifat dari refrigerant, air, dan data listrik. Sifat-sifat itu diantaranya adalah temperatur, tekanan, massa, waktu, kecepatan serta tegangan dan arus listrik. Untuk

mendapatkan karakteristik dan peformansi mesin, data awal tersebut harus diolah telebih dahulu.

Pada bagian analisis ini tidak semua proses pengolahan data ditampilkan, tapi cukup diwakili oleh satu contoh perhitungan. Demikian juga untuk hasil perhitungan, yang akan ditampilkan hanya hasil akhir dalam bentuk grafik. Sedangkan hasil perhitungan lainnya, yaitu dalam bentuk tabel, disajikan dalam lampiran. Untuk mengetahui kinerja mesin maka dihitung pula besarnya kerja kompresor, dampak pendinginan dan pemanasan yang bermanfaat untuk menghitung COP, PF dan TP.

3.8 Perhitungan sisi refrigeran (Siklus Primer)

Sampel data yang akan diolah diambil dari percobaan no.1 pada refrigeran R-22 kondisi stabil.

P1 = 42,5 Psi T1 = -0,8 P2 = 355 Psi T2 = -0,7

P3 = 360 Psi T3 = 52,1

P4 = 54 Psi T4 = 1

Dengan menggunakan tabel sifat termodinamika R-22 didapatkan entalpi untuk masing-masing tingkat keadaan yaitu :

h 1 = 408,9 kJ/kg

h 2 = 449,8 kJ/kg h 3 = h 4 = 265,9 kJ/kg

Laju aliran massa refrigeran dapat ditentukan dari kesetimbangan massa dan energi dari evaporator. Untuk lebih jelasnya hubungan ini dapat dilihat pada persamaan berikut : k ref 2 1 W m h h • = − (4.2) ref 0.622 m 449,8 408, 9 0.0152 • = − = dimana : mrtef •

: laju aliran massa refrigeran (kg/s)

k

W : Kerja kompresor (kW)

1

h : entalpi refrigeran yang masuk evaporator (kJ/kg)

2

h : entalpi refrigeran keluaran evaporator (kJ/kg)

2. Pelepasan kalor oleh kondensor (Qk)

Pelepasan kalor pada kondensor dipengaruhi oleh laju aliran massa refrigeran dan perubahan entalpi pada kondensor. Persamaan yang digunakan untuk pelepasan kalor pada kondensor ini dipakai persamaan sebagai berikut :

(

)

ref k 2 3 Q m h h 0.0152(449,8 265,9) 2.795 • = − = − = (4.3)

dimana : Q_k = pelepasan kalor pada kondensor (kW)

=

ref

m laju aliran massa refrigeran (kg/s)

2

3

h = entalpi keluaran kondensor (kJ/kg)

3. Penyerapan kalor oleh evaporator (Qe)

Untuk nilai penyerapan kalor pada evaporator juga dipengaruhi oleh laju massa aliran refrigeran dan perubahan entalpi pada evaporator. Persamaaan yang dipakai untuk menjelaskan hubungan antar variabel diatas adalah :

(

1 4

)

ref e m h h Q = − • (4.4)

dimana : Q_e = Penyerapan kalor pada evaporator (kW)

=

• ref

m Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

=

1

h entalpi sesudah melewati evaporator (kJ/kg)

=

4

h entalpi sebelum memasuki evaporator (kJ/kg)

Dengan memasukkan data-data yang didapatkan kedalam persamaan 4.4, maka didapatkan nilai penyerapan kalor pada evaporator, yaitu :

(

)

e

Q =0,0152kg/s 408, 9 265, 9 kJ/kg−

e

Q =2,174kW

Kedua nilai dari pelepasan kalor oleh kondensor dan penyerapan kalor oleh evaporator tersebut akan digunakan untuk perhitungan koefisien dari mesin pendingin kompresi uap.

4. Koefisien perfomansi mesin pendingin

Koefisien perfomansi pada Mesin Pendingin Kompresi Uap terdiri atas dua jenis, yaitu koefisien perfomansi mesin sebagai pendingin dan koefisien perfomansi mesin

untuk tujuan pemanasan yang biasa disebut koefisien perfomansi pompa kalor. Apabila operasi mesin dimaksudkan untuk tujuan pendinginan, maka indeks prestasi sistem sebanding dengan panas yang diserap evaporator dibanding dengan kerja kompresor sebenarnya. e k Q COP W = (4.5)

dimana : COP = koefisen perfomansi mesin pendingin (Coeffisient Of

Perfomance)

Q = penyerapan kalor pada evaporator _e (kW)

W = kerja kompresor _k (kW)

Dengan memasukan data-data yang sudah diolah di atas, maka COP dari mesin pendinginan adalah : 2,174kW COP 0,622kW = COP=3, 495

Jika operasi dimaksudkan untuk tujuan pemanasan, maka indeks prestasi sistem merupakan perbandingan antara panas yang dilepaskan kondensor dengan kerja kompresor sebenarnya. s k W Q PF = (4.6)

dimana : PF = perfomansi pompa kalor (Perfomance Factor)

k

s

W = kerja isentropik ideal kompresor (kW)

Dengan cara yang sama pada persamaan 4.6 sebelumnya maka didapat nilai dari perfomansi faktor mesin pendingin sebagai berikut :

2,795kW PF 0,622kW = PF=4, 49 k e k (q +q ) TP= =7,99 w

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Perancangan

Dari perancangan yang dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut : 1. Kompresor, kompresor yang digunakan :

- kompresor hermetik jenis rotari - daya kompresor sebesar 1 HP

2. Evaporator, menggunakan pipa tembaga ukuran diameter 3/8 in yang disusun sedemikian rupa dalam bentuk laluan dengan panjang satu laluan adalah 31 cm maka jumlah laluan seluruhnya adalah 66 laluan dan disusun dalam 11 tingkat dengan jumlah laluan pertingkat adalah 6. Data hasil perancangan evaporator :

- Temperatur permukaan, Ts adalah 9,17 oC - Luas total permukaan pipa, Ao adalah 0,6175 m2 - Panjang total pipa, L adalah 20,69 m

- Koefisien konveksi rata-rata sisi evaporator h0= 219,018 W/m2.0C

- Koefisien perpindahan kalor total, U0= 172,7496 W/m2.0C

3. Kondensor, menggunakan pipa tembaga ukuran diameter 3/8 in ini disusun sedemikian rupa dalam bentuk laluan dengan panjang satu laluan adalah 33 cm maka jumlah laluannya adalah 66 laluan dan disusun dalam 11 tingkat dengan jumlah laluan pertingkat adalah 6. Data hasil perancangan kondensor

- Temperatur permukaan, Ts adalah 40,93 oC - Luas total permukaan pipa, Ao adalah 0,6489 m2 - Panjang total pipa, L adalah 21, 74 m

- Koefisien konveksi rata-rata sisi evaporator h0= 315,738 W/m2.0C

- Koefisien perpindahan kalor total, U0= 236,469 W/m2.0C

4. Pipa kapiler, menggunakan pipa tembaga dengan diameter 1,7 mm, yang bekerja pada temperatur kondensasi 45 oC dan temperatur evaporasi 5 oC panjang pipa kapiler adalah 1,65 m

4.2 Pembahasan

4.2.1 Massa Refrigeran R22 dan HCR22

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 300340380420460500540580620660700740780820860900940980₁₀20₁₀60₁₁00₁₁44

Massa Refrigeran (gram) HCR22

P e rf o rm a n s i COPHCR22 COP R22

Poly. (COPHCR22) Poly. (COP R22)

Gambar 4.1 Grafik massa refrigeran optimum dan COP optimum R22 dan HCR22

Penggunaan refrigeran HCR 22 massa refrigeran lebih hemat 51,2 persen dari massa refrigeran R22. Pada gambar 4.1 terlihat bahwa massa refrigeran optimum R22 sebesar 860 gram pada COP 2,312. Sedangkan massa refrigeran optimum HCR22 sebesar 420 gram pada COP 2,546.

4.2.2 Dampak pendinginan, Dampak pemanasan dan Kerja Kompresor

Pada gambar 4.2 dapat dilihat dampak pendinginan rata-rata dari HCR22 adalah 1,94 kW dan dampak pendinginan rata-rata R22 1,643 kW. Dampak pendinginan

HCR22 lebih tinggi dari R22, hal ini dipengaruhi oleh kemampuan penyerapan kalor yang tinggi dari refrigeran hidrokarbon dibanding refrigeran halokarbon. Hal ini cenderung sama jika dilakukan perhitungan pada sisi refrigeran sekunder (sisi air). Namun hasil yang didapatkan tidak persis sama, hal ini disebabkan karena kerugian panas yang terjadi pada perangkat pengkondisian udara kompresi uap hibrida.

Dampak Pendinginan 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu K W HCR-22 R-22 a

Gambar 4.2 Dampak pendinginan refrigeran HCR22 dan R22

Dampak Pemanasan 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu K W HCR-22 R-22

Gambar 4.3 Dampak pemanasan refrigeran HCR22 dan R22

Pada gambar 4.3 dapat dilihat rata-rata dampak pemanasan HCR22 adalah 2,218 kW dan dampak pemanasan rata-rata R22 2,449 kW. Dampak pemanasan HCR22 lebih rendah dari R22. Hal ini diakibatkan tekanan kondensor pada R22 yang lebih tinggi dari pada dengan HCR22 seperti yang dapat dilihat pada gambar 4.8. Pada

tekanan kondensor yang lebih tinggi maka temperatur refrigeran juga lebih tinggi, sehingga kalor pemanasan air akan lebik besar pada temperatur yang lebih tinggi.

Daya Kompressor 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu K W Wk HCR-22 Wk R-22

Gambar 4.4 Daya kompresor dengan refrigeran HCR22 dan R22

Daya kompresor dengan menggunakan refrigeran HCR22 lebih rendah dari daya kompresor yang menggunakan refrigeran R22. Dimana daya kompressor rata-rata dengan HCR22 adalah 0,47 kW, sedangkan daya kompresor dengan menggunakan R22 adala 0,627 kW. COP 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu S a tu a n _HCR-22 R-22

Gambar 4.5 COP mesin refrigerasi hibrida dengan refrigeran HCR22 dan R22 Hal ini disebabkan karena jumlah massa refrigeran yang ditekan oleh kompressor dengan HCR22 lebih sedikit jumlahnya dibandingkan dengan massa refrigeran yang

ditekan kompressor yang menggunakan R22. Karena kerja kompresor dengan HCR22 lebih ringan dari R22, maka daya listrik yang digunakan untuk menggerakkan kompresor akan lebih hemat dari R22.

4.2.3 Kinerja Performansi Mesin Refrigerasi Hibrida (COP,PF,TP)

Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa COP dari refrigeran HCR22 lebih tinggi dari R22.COP HCR22 rata-rata 4,125 dan COP R22 rata-rata 2,621. Kondisi ini karena HCR22 dapat menyerap kalor yang lebih besar dari R22. Sesuai dengan persamaan

k e W

Q

COP= sehingga semakin tinggi dampak pendinginan (Qe) maka COP akan

semakin besar pula. Hal ini cenderung sama dengan COP jika dilakukan perhitungan pada sisi refrigeran sekunder. Namun hasil yang didapatkan tidak persis sama akibat rugi-rugi panas yang tejadi.

PF 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu S a tu a n _HCR-22 R-22

Gambar 4.6 PF mesin refrigerasi hibrida dengan refrigeran HCR22 dan R22 Pada gambar 4.6 terlihat bahwa Performance Factor dari HCR22 lebih tinggi dari R22, dimana PF rata-rata HCR22 4,716 dan PF rata-rata R22 3,907, meskipun dampak pemanasan (Qk) dari HCR 22 lebih rendah dari R22. Hal ini di sebabkan

karena daya kompresor yang dibutuhkan pada penggunaan refrigeran HCR22 lebih

kecil dari R22. Hal ini sesuai dengan persamaan

k k W Q

PF = . Hal ini cenderung sama

pada perhitungan sisi air, dimana terdapat kerugian panas yang menyebabkan sedikit perbedaan performance factor antara sisi refrigeran primer dan sekunder.

. TP 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu S a tu a n _HCR-22 R-22

Gambar 4.7 TP mesin refrigerasi hibrida dengan refrigeran HCR22 dan R22 Gambar 4.7 merupakan total performansi dari HCR22 dan R22. Pada gambar terlihat bahwa Total Performansi dari HCR22 lebih tinggi dari R22. Hal ini karena HCR22 memiliki COP dan PF yang lebih tinggi dari R22.

4.2.4 Tekanan Kondensor dengan Refrigeran HCR22 dan R22

Pada gambar 4.3 dapat dilihat rata-rata dampak pemanasan HCR22 adalah 2,218 kW dan dampak pemanasan rata-rata R22 2,449 kW. Dampak pemanasan HCR22 lebih rendah dari R22. Hal ini diakibatkan tekanan kondensor pada R22 yang lebih tinggi dari pada dengan HCR22 seperti yang dapat dilihat pada gambar 4.8. Pada tekanan kondensor yang lebih tinggi maka temperatur refrigeran juga lebih tinggi, sehingga kalor pemanasan air akan lebih besar pada temperatur yang lebih tinggi.

Tekanan Kondensor 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 _{10 20 30 40 50 60 70} Waktu P s i Tekanan Kondensor HCR-22 Tekanan Kondensor R-22

Gambar 4.8 Tekanan kondensor dengan refrigeran HCR22 dan R22

4.2.5 Temperatur Air pada Tangki Kondensor dengan HCR22 dan R22

Pada gambar 4.9 dapat dilihat temperatur air panas pada tangki kondensor. Temperatur air panas menggunakan R22 lebih tinggidari HCR22, hal ini karena tekanan kerja kondensor menggunakan R22 lebih tinggi dari tekanan kerja kondesor menggunakan HCR22 (gambar 4.8). . Laju Pemanasan 36 38 40 42 44 46 48 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Waktu T o u t K o n d e n s o r Hcr-22 R-22

Gambar 4.9 Temperatur air panas dengan refrigeran HCR22 dan R22 Untuk pemakaian jangka panjang penggunaan HCR22 untuk pemanas air (water heater) sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan air panas untuk berbagai

keperluan dengan temperatur kerja rata-rata 40,76 oC dan tekanan kerja kondensor rata-rata 262,33 Psi. Penggunaan R22 akan memberikan temperatur kerja rata-rata 45,76 oC dan tekanan kerja kondensor rata-rata 363 Psi.

Rekapitulasi hasil pengujian dengan HCR22 dan R22 dapat dilihat pada tabel 4.1. Tabel 4.1 menunjukkan, pemakaian refrigeran HCR22 dibanding R22 bahwa massa refrigeran lebih hemat 51,16%, COP dengan refrigeran HCR22 naik 57,38% dan PF naik 20,71%. TP dengan HCR22 naik 35,43%, dampak pendinginan naik 18,08% dan dampak pemanasan turun 29,43%. Penggunaan daya kompresor dengan HCR22 lebih hemat 25,04% dan tekanan kondensor lebih rendah 27,73%. Makin tinggi tekanan kondensor makin tinggi temperatur air yang diperoleh, namun tekanan kerja kondensor yang tinggi akan menyebabkan umur kompresor jadi lebih pendek. Temperatur air panas yang dihasilkan lebih rendah 10,9% pada penggunaan refrigeran HCR22 dibanding R22.

Tabel 4.1 Rekapitulasi Hasil Pengujian dengan HCR22 dan R22

No Deskripsi Refrigeran Nilai Satuan Hasil Penghematan%

1 Massa Refrigeran HCR22 420 gram hemat 51,16

R22 860

2 COP HCR22 4,125 satuan naik 57,38

R22 2,621

3 PF HCR22 4,716 satuan naik 20,71

R22 3,907

4 TP HCR22 8,841 satuan naik 35,43

R22 6,528

5 Dampak Pendinginan HCR22 1,940 KWatt naik 18,08

R22 1,643

6 Dampak Pemanasan HCR22 2,218 KWatt turun -9,43

R22 2,449

7 Daya Kompresor HCR22 0,470 KWatt turun 25,04

R22 0,627

8

Tekanan

Kondensor HCR22 262,33 Psig turun 27,73

R22 363,00 8 Temperatur air panas HCR22 40,760 o C turun 10,81 R22 45,7

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil kajian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Massa refrigeran hidrokarbon HCR22 dibanding refrigeran halokarbon R22 pada mesin kompresi uap hibrida lebih hemat 51,16% dengan laju pendinginan dan laju pemanasan cenderung sama.

2. Dengan refrigeran hidrokarbon HCR22 dampak pendinginan naik 18,08% sedangkan dampak pemanasan turun 9,43%. Daya kompresor dengan refrigeran HCR22 lebih hemat 25,04 % dibanding dengan menggunakan R22. 3. Kinerja performansi mesin kompresi uap hibrida meningkat dengan menggunakan Hidrokarbon HCR22. COP naik 57,38 %, PF naik 20,71 %, TP naik 35,43 %. Air panas yang dihasilkan dengan refrigeran hidrokarbon HCR22 rata-rata 40,76 oC pada tekanan kondensor rata-rata 262,33 Psi sedangkan dengan R22 rata-rata 45,70 oC pada tekanan kondensor rata-rata 363 Psi.

5.2 Saran

Untuk pengembangan lebih lanjut mengenai pengujian mesin pendingin kompresi uap hibrida agar didapatkan hasil kajian yang lebih baik disarankan menggunakan akuisisi data.

DAFTAR PUSTAKA

1. Agarwal, Radhey S., 1997, Retrofitting of Domestic and Small Capacity

Commercial Refrigeration Appliances Using Hydrocarbon Blends, Proceedings Seminar on ODS Phase-Out: Solutions for the Refrigeration Sector, Kuta. 2. Amrul, 2001, Kaji Eksperimental Karakteristik Mesin Refrigerasi Hibrid

Kompresi Uap Susunan Seri dan Paralel dengan Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon HCR-12, Tesis, Jurusan Teknik Mesin, ITB, Bandung.

3. Arora, C. P, 2001, Refrigeration and Air Conditioning, Mc. Graw-Hill International Edition.

4. Aziz, Azridjal, 2002 Penggunaan Hidrokarbon sebagai Refrigeran pada

Sistem Refrigerasi Komersil (Commercial Refrigeration) dan Pengkondisi Udara (Air Conditioning), Jurnal Sains dan Teknologi, FT Unri, Pekanbaru.

5. _{Aziz, Azridjal, 2002, Refrigeran Hidrokarbon sebagai Alternatif Pengganti}

Refrigeran Halokarbon, Jurnal Sains dan Teknologi, FT Unri, Pekanbaru. 6. Aziz, Azridjal, 2004, Kaji Eksperimental Pengaruh Perubahan Suhu pada

Siklus Sekunder dan Siklus Primer terhadap Performansi Mesin Refrigerasi Hibrid dengan Refrigeran HCR12, Jurnal Saintek (terakreditasi), UNP, Padang. 7. Hewitt, G.F., 1994, Process Heat Transfer, CRC Press Inc., Boca Raton, USA. 8. Pasek, A.D.,Tandian, N.P., 2000, Short Course on the Applications of

Hydrocarbon Refrigerants, International Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion 2000, Bandung.

9. Pasek, A.D.,Tandian, N.P., Adriansyah W., 2004 Training of Trainer Refrigeration Servicing Sector, Training Manual, ITB, Bandung

10. Stoecker, W.F. and Jones, J.W., 1994, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta.