Abstrak - Sistem refrigerasi cascade terdiri atas satu sistem sebagai high stage (HS) dan sistem lainnya sebagai low stage (LS). Dua sistem refrigerasi ini dihubungkan alat penukar kalor yang menghubungkan evaporator sistem high stage dan k ondenser sistem low stage. Pada studi kali ini akan dilakukan modifikasi heat exchanger tipe concentric tube yang digunakan pada s tudi sebelumnya. Dimana pada ha sil pengujian sebelumnya, terlihat sistem refrigersi cascade belum bekerja maksimal sehingga mengakibatkan kerja kompresor menjadi naik dan CO P yang didapatkan masih belum sesuia dengan yang diharapkan
Studi akan dilakukan dengan menggunakan refrigerant MC-22 pada high stage dan R-404A pada low stage. Metode yang digunakan dalam pengambilan data yaitu dengan cara melakukan 5 variasi kecepatan fan pada kondensor high, kemudian menunggu sistem dalam kondisi stedy. Proses pengambilan data dilakukan setiap 5 menit sekali, dimana lama waktu pengambilan data setiap vavriasi kecepatan adalah 20 m enit. Dalam proses pengambilan data ada beberapa inputan yang akan diperolah yaitu temperature keluaran kondensor, temperature dan t ekanan sistem, kecepatan udara keluaran kondensor. Setelah itu data yang diperoleh akan dinalisa. Proses pengambilan data dilakukan di laboratorium Pendingin dan Pengkondisian Udara jurusan Teknik Mesin ITS.
Hasil yang didapatkan dari studi eksperimen ini adalah dengan bertambahnya laju pengeluaran kalor pada kondensor HS, temperatur dan t ekanan kondensor HS semakin kecil. Hal ini mengakibatkan efek r efrigerasi, kapasitas refrigerasi, dan koefisien prestasi akan semakin naik. Pada saat variasi kecepatan fan tertinggi 2,8 m/s, nilai effectiveness alat penukar kalor tipe concentric sebesar 99,19%, COP sistem sebesar 0,91, kapasitas refrigerasi sebesar 1,612 kW, temperatur evaporator LS sebesar -40,20C, dan temperatur kabin terendah sebesar -39,8 0C. Kata kunci : coefficient of performance, efek refrigerasi, high
stage, low stage, siklus cascade. I. PENDAHULUAN
Sistem refrigerasi cascade terdiri atas satu sistem sebagai high stage (HS) dan sistem lainnya sebagai low stage (LS). Dua sistem refrigerasi ini dihubungkan alat penukar kalor yang menghubungkan evaporator sistem high stage dan kondenser sistem low stage. Pada alat penukar kalor panas yang dilepaskan kondenser di sistem low stage diserap evaporator dari sistem high stage.
Pada penelitian sebelumnya, Subrida,faberto [1]
telah melakukan studi v ariasi laju pengeluaran kondensor dengan menggunakan heat exchanger tipe concentric tube. Prinsip kerja dari heat exchanger yaitu memadukan antara kondensor high stage dan evaporator low-stage dengan arah aliran fluida yang uberlawanan. Dimana panas yang dilepas oleh kondensor akan diserap oleh evaporator sehingga temperatur dan tekanan fluida kerja s etelah keluar dari kondensor low stage menjadi turun dan membuat tempertur
pada evavorator low stage semakin rendah. Demikian pula pada evaporator high-stage penyerapan kalor dari kondensor mengakibatkan temperatur dan tekanan keluaran dari evaporator high stage menjadi naik dan membuat ke rja kompresor menjadi turun.
Pada studi kali ini akan dilakukan modifikasi heat exchanger tipe concentric tube yang digunakan pada studi sebelumnya. Dimana pada hasil pengujian sebelumnya, terlihat sistem refrigersi cascade belum bekerja maksimal. Hal ini dikarenakan spesifikasi serta ukuran heat exchanger yang digunakan belum memadai, sehingga kondisi fluida kerja sebelum masuk kompresor high stage masih berada pada area saturated vapor. Hal ini mengakibatkan kerja kompresor menjadi naik dan COP yang didapatkan masih belum sesuia dengan yang diharapkan. Dari hal tersebut diharapkan dengan melakukan modifikasi pada heat exchanger t ipe concentric tube pada sistem refrigerasi cascade mampu menghasilkan temperatur yang lebih rendah, meninggkatkan efisiensi de ngan mengurangi besarnya pemakaian daya akibat kerja kompresor yang besar, serta COP yang lebih baik.
pada studi kali ini akan dilakukan pengujian pengaruh modifikasi heat exchanger tipe concentric tube sistem refrigerasi cascade dengan melakukan variasi laju pengeluaran kalor pada kondensor high-stage. Sehingga dapat diketahui pengaruh modifiksi heat exchanger tipe concentric tube, karateristik sistem refrigerasi cascade dan karateristik heat exchanger tipe concentirc terhadap laju pengeluaran kalor dikondensor high stage.
II. URAIANPENELITIAN
A. Siklus Refrigerasi Cascade
Sistem refrigerasi cascade terdiri dari dua sistem refrigerasi s iklus t unggal. Sistem pertama disebut high stage dan sistem kedua disebut low stage. Pada prinsipnya efek refrigerasi yang dihasilkan oleh evaporator high stage dimanfaatkan untuk menyerap kalor yang dikeluarkan oleh kondensor low stage sehingga didapatkan temperatur yang sangat rendah pada evaporator low stage. Secara skematis dapat digambarkan sebagai berikut :
PENGARUH MODIFIKASI HEAT EXCHANGER TIPE CONCENTRIC
TUBE TERHADAP PERFORMANCE SISTEM REFRIGERSI CASCADE
DENGAN VARIASI LAJU PENGELUARAN KALOR PADA KONDENSOR
HIGH – STAGE DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN MC-22 DAN
R-404A
Leo Kurniawan dan Ary Bachtiar Krishna Putra
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
.
Gambar 2.1 Siklus refrigerasi cascade dan diagaram T-s
Gambar 2 diagram P-h sikslus refrigersi cascade. Sistem seperti pada gambar 2.1 digunakan untuk menghemat pemakaian daya kompresor dan mendapatkan kapasitas pendinginan yang lebih baik dari sistem refrigerasi tunggal. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar diagram T-s dan gambar diagram P-h dimana untuk mencapai kapasitas pendinginan yang lebih baik digunakan dua buah kompresor dengan daya total pemakaian kedua kompresor hampir sama dengan jumlah daya yang digunakan pada sistem refrigersi tunggal.
B. Komponen Sistem Refrigerasi Cascade
1. Kondensor
Kondensor berfungsi sebagai pembuang panas (heat rejection) dari dalam sistem ke luar sistem. Pada saat refrigeran memasuki kondensor, maka refrigeran akan mengalami perubahan fase dari gas menjadi cair (terkondensasi). Perubahan ini mengakibatkan pengecilan entalpi refrigeran. Perubahan tersebut dapat dilihat persamaan berikut :
hin hout
Gambar 3 Model sistem pada kondensor
𝑄𝑄̇𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 =ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑥𝑥 (ℎ𝑖𝑖𝐶𝐶 − ℎ𝐶𝐶𝑜𝑜𝑜𝑜) (2.1) 2. Evaporator
Komponen ini berfungsi untuk menyerap panas dari ruangan. Panas tersebut diserap dan dialirkan melalu heat exchanger kemudian dipindahkan ke refrigeran. Pada saat refrigeran menyerap panas, maka enthalpi refrigeran akan meningkat. Semakin banyak kenaikan entalpi pada refrigeran selama di evaporator maka semakin baik pula kinerja perangkat pendinginan udara yang terpasang. Berikut gambaran sistem dan perumusan pada evaporator :
hin hout
Gambar 4 Model sistem pada evaporator
𝑄𝑄̇𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 =
m
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 (ℎ𝑖𝑖𝐶𝐶 − ℎ𝐶𝐶𝑜𝑜𝑜𝑜) (2.2) 3. Katup expansiExpansion device menjadi komponen penentu dalam sistem pendinginan udara. Komponen ini fungsinya menurunkan tekanan serta mengatur laju aliran massa refrigeran. Terdapat berbagai macam tipe dan jenis dari expansion device, beberapa diantaranya adalah :
a) Capillary tube
Pipa kapiler merupakan pipa berdiameter kecil, yang ditempatkan antara bagian sistem bertekanan tinggi dan bagian sistem bertekanan rendah. Fungsinya adalah untuk menurunkan tekanan refrigeran sehingga terjadi penurunan temperatur di evaporator.
Gambar 5 Pipa kapiler
b) Thermostatic expansion valve (katup ekspansi thermostatik)
Katup ekspansi thermostatik (TXV) digunakan pada sistem pendingin yang kompleks, katup ini terdiri atas elemen (sensor), bola kecil yang diisi cairan khusus dengan ukuran yang tepat, elemen tersebut dihubungkan ke bodi melalui pipa kapiler, bodi dibuat dari kuningan , menjadi tempat pertemuan pipa cairan dan pipa evaporator, jarum dan dudukan (seat)terletak dalam bodi, jarum dihubungkan dengan balon metal yang fleksibel atau diafragma, balon tersebut di buat bergerak oleh batang yang dihubungkan pada sisi lain pada balon yang diberi seat atau diafragma (elemen power) yang dihubungkan dengan bola sensor melalui pipa kapiler.
Gambar 6 Gambar katup ekspansi thermostatik (TXV). 4. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk mengkompresi refrigeran uap agar mempunyai tekanan yang tinggi untuk memasuki kondensor. Dengan adanya kompresi ini maka terjadi perbedaan tekanan antara sisi keluar (discharge line) dengan sisi hisap (suction line) yang menyebabkan refrigeran dapat mengalir dalam sistem refrigerasi. Berikut skema dan perumusan kompresor pada high stage dan low stage : Condensor 𝑄𝑄̇𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 Evaporator 𝑄𝑄̇𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
hout ṁ
W
c
hin ṁ
Gambar 7 Model sistem pada kompresor
)
(
h
2h
1m
c
W
lS=
−
(2.3))
(
h
6h
5m
c
W
HS=
−
(2.4)5. Alat penukar panas
Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Berikut model sistem dan persamaan heat exchanger yang digunakan :
Gambar 8 Model sistem pada concentricheat exchanger
𝑄𝑄̇𝐾𝐾𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑟𝑟𝐶𝐶𝐾𝐾𝐶𝐶𝑟𝑟𝐾𝐾𝑟𝑟 =𝑄𝑄̇𝐸𝐸𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐶𝐶𝑟𝑟𝑒𝑒𝑜𝑜𝐶𝐶𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 (2.5)
𝑚𝑚𝐾𝐾𝐾𝐾̇ (ℎ2− ℎ3) =𝑚𝑚𝑟𝑟𝐾𝐾̇ (ℎ5− ℎ8) (2.6)
C. laju aliran massa refrigeran pada high stage
Untuk menghitung besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan kesetimbangan energi yang terjadi pada kondensor high stage.
Gambar 9 Model sistem pada ducting dan kondensor HS
(Subrida, Faberto [1] ) Q 𝑐𝑐𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 =𝑄𝑄̇𝑜𝑜𝐶𝐶𝑒𝑒𝑟𝑟𝑒𝑒 + 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝐶𝐶𝐾𝐾𝐾𝐾 (2.7) Q 𝑐𝑐𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 =�
m
𝑜𝑜𝐶𝐶𝑒𝑒𝑟𝑟𝑒𝑒𝑥𝑥𝐶𝐶𝑒𝑒𝑜𝑜𝐶𝐶𝑒𝑒𝑟𝑟𝑒𝑒𝑥𝑥(𝑇𝑇𝐶𝐶𝑐𝑐− 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑐𝑐)�+ 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝐶𝐶𝐾𝐾𝐾𝐾 (2.8) �m
𝑜𝑜𝐶𝐶𝑒𝑒𝑟𝑟𝑒𝑒𝑥𝑥𝐶𝐶𝑒𝑒𝑜𝑜𝑥𝑥(𝑇𝑇𝐶𝐶𝑐𝑐− 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑐𝑐)�+𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝐶𝐶𝐾𝐾𝐾𝐾 =m
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑥𝑥(ℎ6− ℎ7) (2.9)m
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 =m
𝑜𝑜𝐶𝐶𝑒𝑒𝑟𝑟𝑒𝑒 𝑥𝑥𝐶𝐶𝑒𝑒𝑜𝑜𝑥𝑥(𝑇𝑇𝐶𝐶𝑐𝑐−𝑇𝑇𝑖𝑖𝑐𝑐) + 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝐶𝐶𝐾𝐾𝐾𝐾 (ℎ6−ℎ7) (2.10)D. Coefficient of Performance (COP) perangkat
pendinginan udara
Performansi dari sistem pendinginan udara dinyatakan dalam coefficient of performance (COP). Nilai COP ideal didapatkan dari perbandingan kalor yang diserap oleh evaporator dengan energi yang dibutuhkan kompresor :
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶= 𝑄𝑄𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒
𝑊𝑊𝑜𝑜𝐶𝐶𝑜𝑜𝑒𝑒𝑙𝑙 (2.11)
E. Rasio pengeluaran kalor (Heat Rejection Ratio)
(HRR)
Laju perpindahan panas pada kondensor dalam kaitannya dengan kapasitas pendinginan dinyatakan sebagai
“Rasio Pengeluaran Kalor“ atau Heat Rejection Rasio ( HRR). 𝑟𝑟𝐻𝐻𝐻𝐻=𝑄𝑄̇𝑐𝑐𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 −𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑄𝑄̇𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 −𝐾𝐾𝑟𝑟 = ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑥𝑥 (ℎ7−ℎ6) ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝐾𝐾𝑟𝑟𝑥𝑥 (ℎ1−ℎ4) (2.12) F. PENILITIAN TERDAHULU
Subrida, Faberto.[1] melakukan studi variasi laju
pengeluaran kalor kondensor high-stage sistem refrigerasi cascade menggunakan refrigeran MC-22 dan R-404A dengan heat exchanger tipe concentric dimana hasil analisanya pada gambar 2.21 grafik pengaruh temperatur kondensor terhadap COP dan gambar 2.22 garfik Grafik pengaruh l aju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap RE pada evaporator LS.
Gambar 10 Grafik pengaruh temperatur kondensor HS terhadap
COP.
Pada grafik diatas terlihat tren yang cenderung semakin turun, nilai COP sistem cascade semakin kecil seiring dengan naiknya temperatur pada kondensor high stage.
Nilai koefisien prestasi yang semakin besar menunjukkan bahwa kerja mesin tersebut semakin baik. Besarnya COP dipengaruhi oleh efek refrigerasi dan kerja kompresi. Kenaikan kecepatan udara pendingin kondensor menyebabkan efek refrigerasi meningkat, sedangkan kerja kompresi mengalami penurunan sehingga nilai koefisien prestasi (COP) akan menjadi semakin naik.
Gambar 11 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada
kondensor HS terhadap RE pada evaporator LS.
Pada grafik di atas terlihat bahwa grafik memiliki tren yang cenderung naik, nilai efek refrigerasi (RE) naik seiring dengan naiknya nilai laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage.
Beban di dalam ruangan yang diisolasi akan memberikan kalornya kepada refrigeran pada evaporator. Refrigeran akan mengalami proses penguapan yang akan mengakibatkan perubahan entalpi dari sebelum masuk evaporator dan setelah keluar. Perubahan entalpi ini dapat disebut sebagai efek refrigerasi. Nilai efek refrigerasi
0.951 1.051.1 1.151.2 34 36 38 40 42 44 46 CO P temperatur kondensor HS (°C) COP=f(temperatur kondensor … 121 123 125 127 129 131 133 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 RE ( kJ /kg )
Laju pengeluaran kalor kondensor HS (kW) RE=f(Laju pengeluaran kalor …
cenderung semakin besar seiring dengan adanya kenaikan nilai laju aliran udara pendingin pada kondensor.
Tzong-Shing Lee tahun 2006, Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser
in CO2/NH3 cascade refrigeration systems
Eksperimen ini mempelajari hu bungan maximum coefficient of performance COPmax untuk CO2/NH3 cascade refrigeration systems terhadap co ndensing temperature TC, evaporating temperature TE, dan perbedaan temperatur pada cascade-condenser. Hasil dari eksperimen ini digambarkan dalam grafik sebagai berikut.
Gambar 12 Grafik hubungan TC dan TE terhadap COP
(Tzong-Shing Lee. [9] ).
Dari grafik Tc vs COP menunjukan tren grafik yang turun, semakin tinggi temperatur kondensor semakin turun nilai COP. Berbeda dengan grafik Te vs COP menunjukan tren grafik yang naik, semakin tinggi temperatur evaporator semakin tinggi pula COP.
III. METODOLOGI A. Skema sistem refrigerasi cascade
High Stage Condenser
Low Stage Evaporator
High Stage Compressor Low Stage Compressor Cascade heat Exchanger TXV Capilary Tube T5 P5 T6 P6 T2 P2 T1 P1 T4 P4 T3 P3 T7 P7 T8 P8 Liquid Receiver Liquid Receiver
High Stage Circuit
Low Stage Circuit T Ruang Pendinginan T Lingkungan Keterangan: T = Thermocouple P = Pressure Gauge Filter Dryer Filter Dryer Globe valve Globe valve Globe valve Globe valve
Gambar 13. Skema sistem refrigerasi cascade
B. Prosedur pengujian
1. Langkah Persiapan yang meliputi :
pemeriksaan kondisi kelistrikan dan alat ukur, proses pemvakuman selama 20 menit dengan menggunakan pompa vakum, pengisian refrigeran dan persiapan pengaturan laju pengeluaran kalor pada kondensor. 2. Langkah pengujian yang meliputi :
Pengoprasian kompresor hingga kondisi steady state, pengaturan kecepatan aliran udara fan dimulai dari 0,7 m/s, 1,7 m/s, 2 m /s, 2,4 m/s dan 2,8 m/s, setelah itu dilakukan pengamatan dalam keadaan stabil da n mencatat data output.
Iv analisa dan pembahasan
Dari hasil analisa data pengujian sistem refrigersi cascade dengan melakukan variasi kecepatan pada kondensor high stage akan dibahas beberapa grafik pengaruh kecepatan aliran udara dikondensor high-stage. Berikut pembahasan grafik hasil analisa data sistem refrigerasi cascade.
Gambar 14 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor
HS terhadap ṁ refrigeran HS
Pada gambar 14 grafik pengaruh l aju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap ṁ refrigeran -HS terlihat bahwa grafik cenderung naik , dimana nilai ṁ refrigeran HS naik seiring dengan bertambah besarnya laju pengeluaran kalor kondensor high stage, sehingga hal tersebut menunjukan bahwa nilai ṁrefrigeran-HS berbanding lurus dengan laju pelepasan kalor pada kondensor high stage.
Pada gamabar 14 terlihat pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage maksimal = 3,48 kW diperoleh nilai efek ṁ refrigeran -HS = 0,0099 kg/s, pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage = 3,04 kW diperoleh nilai ṁ refrigeran -HS = 0,00904 kg/s dan pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage minimal = 2,24 kW diperoleh nilai ṁ refrigeran -HS = 0,0071 kg/s
Gambar 15 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor
terhadap tekanan dan temperatur kondensor LS Pada gambar 15 grafik pengaruh laju pengeluaran kalor terhadap tekanan dan temperatur kondensor high stage terlihat hubungan antara tekanan dan laju aliran kondensor berbanding terbalik, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai tekanan kondensor low stage semakin kecil. Demikian pula pada hubungan temperatur dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage, dimana nilai temperatur kondensor high stage
0 0.005 0.01 0.015 2 2.5 3 3.5 ṁ Re fr ig er an -H S ( kg /s )
Laju pengeluaran kondensor-HS(Kw)
ṁ Refrigeran-HS=f(laju pengeluaran kalor kondensor-HS) 45 50 55 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2 2.3 2.6 2.9 3.2 3.5 Te ka na n ( ba r)
Laju pengeluaran kalor kondensor HS (kW) Tekanan,Temperatur kondensor-LS=f(laju
pelepasan kalor kondensor HS)
Tekanan Temperatur Te m pe ra tu r (° C)
semakin kecil seiring bertambahnya laju pengeluaran kalor kondensor low stage
Penambahan nilai laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage, mengakibatkan kalor yang dikeluarkan oleh kondensor keudara semakin banyak. Sehingga temperatur dikondensor low stage mengalami penurunan. Karena tekanan berbanding lurus dengan temperatur, maka tekanan kondensor low stage akan menurun seiring dengan turunnya temperatur.
Gambar 16 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada
kondensor HS terhadap kerja Kompresor HS dan LS.
Pada gambar 16 grafik pengaruh laju pengeluaran kalor terhadap tekanan dan temperatur kondensor high stage terlihat hubungan antara kerjakompresor high stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage berbanding lurus, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai kerja kompresor high stage semakin besar. Demikian pula pada hubungan kerja kompresor low stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage, dimana nilai kerja kompresor low stage kondensor high stage semakin besar seiring bertambahnya laju pengeluaran kalor kondensor high stage.
Hubungan kerja kompresor High stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage,sehahrusnya berbanding terbalik dimana pada grafik hubungan kerja kompresi kompresor terlihat nilai dari kerja kompresi akan turun seiring bertambahnya laju pelepasan kalor kondensor high stege. Hal disebabkan nilai kerja kompresor high stage sangat dipengaruhi oleh ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑒𝑒𝐶𝐶 −𝑟𝑟𝑟𝑟. Dengan bertambahnya nilai laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage, akan menyebabkan ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑒𝑒𝐶𝐶 −𝐾𝐾𝑟𝑟 dan ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑒𝑒𝐶𝐶 −𝑟𝑟𝑟𝑟 menjadi naik.
Gambar 17 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada
kondensor HS terhadap COP HS dan COP LS.
Pada gambar 17 grafik pengaruh laju pengeluaran kalor kondensor high stage terhadap koefisien prestasi
(COP) high stage dan koefisien prestasi (COP) low stage terlihat hubungan antara koefisien prestasi (COP) high stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage berbanding lurus, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai koefisien prestasi (COP) high stage semakin besar. Demikian pula pada hubungan antara koefisien prestasi (COP) low stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage, dimana koefisien prestasi (COP) low stage semakin besar seiring bertambahnya laju pengeluaran kalor kondensor high stage.
Gambar 18 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada
kondensor HS terhadap COP sistem.
Pada gambar 18 grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage terhadap Koefisien prestasi terlihat hubungan yang berbanding lurus. Dimana pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage naik maka nilai Koefisien prestasi semakin besar.
Pada gamabar 18 terlihat pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage maksimal = 3,48 kW diperoleh nilai koefisien prestasi (Cop) = 0,91, pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage = 3,04 kW diperoleh nilai koefisien prestasi (Cop) = 0,88 dan pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage minimal = 2,24 kW diperoleh nilai koefisien prestasi (Cop) = 0,69
Gambar 19 Grafik pengaruh temperatur kondensor HS
terhadap COP
Pada gambar 19 grafik pengaruh temperatur kondensor high stage terhadap koefisien prestasi (COP) terlihat hubungan antara koefisien prestasi (COP) dan temperatur kondensor high stage berbanding terbalik, dimana semakin besar temperatur kondensor low stage maka nilai kerja koefisien prestasi (COP) semakin kecil
Dari gambar 19 terlihat nilai koefisien prestasi (Cop) sistem tertinggi = 0,91 pada saat temperatur 0.00 0.50 1.00 1.50 2 2.5 3 3.5 W ko m pe re so r( kW)
laju pengeluaran kalor kondensor-HS (kW) W kompresor HS, LS=f(laju pengeluaran
kalor kondensor-HS) kerja komp resor-HS Kerja komp resor-LS 0.20 2.20 4.20 6.20 2 2.5 3 3.5 Ko ef is ien P res ta si (C O P)
laju pengeluaran kalor kondensor-HS (kW) COP HS, LS=f(laju pengeluaran kalor
kondensor-HS) COP HS COP LS 0.50 0.70 0.90 1.10 2 2.5 3 3.5 CO P si stem
Laju pengeluaran kalor kondensor-HS(kW)
COP sistem =f(laju pengeluaran kalor
kondensor-HS)
0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 40 50 60 70 Co p si st em Temperatur kondensor-HS (°C) Cop sistem =f(Temperature kondensor-HS)kondensor high stage = 42,1 °C, nilai koefisien prestasi (Cop) sedang = 0,88 pada saat temperatur kondensor high stage = 46,2 °C. dan nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem terkecil = 0,69 pada saat temperatur kondensor high stage = 62,9 °C.
0
Gambar 20 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor kondensor
HS terhadap effectiveness alat penukar kalor cascade Pada grafik 20 pengaruh laju pengeluaran kalor kondensor high stage terhadap evectiveness alat penukar kalor cascade terlihat hubungan antara evectiveness dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage berbanding lurus, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai effectiveness semakin naik.
Pada gamabar 20 terlihat pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage maksimal = 3,48 kW diperoleh nilai effectiveness = 0,991, pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage = 3,04 kW diperoleh nilai effectiveness = 0,975 dan pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage minimal = 2,24 kW
Gambar 21 Grafik pengaruh temperatur kondensor HS terhadap
COP sistemsebelum dan setelah modifikasi heat exchanger. Pada gambar 21 grafik hubungan temperatur kondensor high stage terhadap koefisien prestasi (Cop) sistem sebelum dan setelah modifikasi heat exchanger terlihat hubungan yang berbanding terbalik dimana semakin besar temperatur kondensor high stage didapatkan nilai koefisien prestasi (Cop) sistem baik sebelum maupun setelah dimodifikasi semakin kecil.
Dari data hasil penelitian sebelumnya (sebelum modifikasi) pada grafik 21 terlihat nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem terbesar = 1,13 pada saat temperatur kondensor high stage = 34,95 °C dan nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem tekecil = 1 ,02 p ada saat temperatur kondensor high stage = 46,52 °C . Sedangkan dari data hasil pengujian setelah dilakukan modifikasi pada heat exchanger pada grafik 4.13 terlihat nilai koefisien prestasi
(Cop) sistem tertinggi = 0,91 pada saat temperatur kondensor high stage = 42,1 °C dan nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem terkecil = 0 ,69 pada saat temperatur kondensor high stage = 62,9 °C.
IV. NONEMKLATUR
𝑚𝑚̇ = laju massa refrigerant W LS = daya teori low stage W HS = daya teori high stage W total = daya total cascade Qcond = kalor kondensasi Qevap = kalor evaporasi HRR = Heat rejection ratio
COPcascade = Coefficients Of Performance system DAFTARPUSTAKA
[1] Subrida, Faberto. (2013). Studi variasi laju pengeluaran kalor kondensor High-Stage Sistem Refrigerasi Cascade Menggunakan Refrigeran MC22 dan R404 Dengan Heat Exchanger Tipe Concentric Tube. Surabaya: Institute Teknologi Sepuluh Nopember
[2] Stoecker, Wilbert F, and Jones, Jerold W. (1982). Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Jakarta : Erlangga
[3] Michael J. Moran and Howard N. Shapiro. (2004). Fundamental of Engineering Thermodynamics. Jakarta: Erlangga
[4] F. P. Incropera, et al. (2007). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. New York: John Wiley & Sons [5] Tzong-Shing Lee, Cheng-Hao Liu, and Tung-Wei
Chen. (2006). Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems. International Journal of Refrigeration, 1101-1108 0.940 0.960 0.980 1.000 2 2.5 3 3.5 Ef fec tiv enes s ( Ɛ)
Laju pengeluaran kalor kondensor-HS (kW) Effectiveness (Ɛ)=f(laju pengeluaran lkalor
kondensor-HS) 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 30 35 40 45 50 55 60 65 CO P si stem Temperature Kondensor-LS(°C)
COP sistem =f(Temperature
Kondensor-LS)
Setelah modifikasi Sebelum modifikasi
