skripsi - 156.67.221.169

INSTITUT TEKNOLOGI PLN

STUDI EKSPERIMENTAL SISTEM REFRIGERASI CASCADE

UNTUK MENINGKATKAN COEFFICIENT OF PERFORMANCE

DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R22 PADA SISI HIGH

STAGE DAN R600 PADA SISI LOW STAGE

SKRIPSI

DIRGA WIJAYA JUMAIL

2015-12-048

FAKULTAS TEKNOLOGI DAN BISNIS ENERGI

PROGRAM STUDI SARJANA

TEKNIK MESIN

JAKARTA, 2020


EXPERIMENTAL STUDY OF CASCADE REFRIGERATION

SYSTEM TO IMPROVE COEFFICIENT OF PERFORMANCE

USING REFRIGERAN R22 ON HIGH STAGE AND R600 ON LOW

STAGE

SKRIPSI

DIRGA WIJAYA JUMAIL

2015-12-048

FACULTY OF TECHNOLOGY AND ENERGY BUSINESS

UNDERGRADUATE

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

JAKARTA, 2020

i

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI

Nama : Dirga Wijaya Jumail

NIM : 201512048

Fakultas/ Program Studi : FTBE/ S1 Teknik Mesin

Judul Skripsi : Studi Eksperimental Sistem Refrigerasi

Cascade Untuk Meningkatkan Coefficient Of

Performance Menggunakan Refrigeran R22

Pada Sisi Hight Stage dan R600 Pada Sisi Low

Stage

Telah di sidangkan pada Semester Genap Tahun Akademik 2019/2020 dan

dinyatakan Lulus Sidang Skripsi pada Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi

Program Studi Sarjana Strata satu Program Studi Teknik Mesin Institut

Teknologi-PLN pada Tanggal 31 Agustus 2020

No Nama Penguji Jabatan Tanda Tangan

1 Hendri, S.T, M.T. Dosen Pembimbing

2 Eri Prabowo, Dr. Ir, M. Kom. Ketua Penguji

3 Roswati Nurhasanah, S.T., M.T. Sekretaris

4 Suhengki, A.Pi, M.T Anggota

Mengetahui,

Kepala Program Studi Sarjana Teknik Mesin

(Roswati Nurhasanah, S.T, M.T)

iii

UCAPAN TERIMAKASIH

Dengan ini saya :


Nim : 201512048

Departemen / Prodi : Teknik Mesin / Sarjana

Menyatakan mengucapkan terimakasih kepada :

Bapak Hendri, S.T, M.T

Selaku pembimbing skripsi yang penuh kesabaran memberikan arahan, saran

serta bimbinganya sehingga skripsi ini dapat di selesaikan dengan lancar.

Terimaksih saya juga saya sampaikan kepada Bapak Suhengki, A.Pi, M.T selaku

kepala laboratorium Fenomena Dasar Mesin mengizinkan dan membantu dalam

melakukan pengujian dan pengambilan data di laboratorium Fenomena Dasar

Mesin

Jakarta, 31 Agustus 2020

Dirga Wijaya Jumail

NIM : 201512048

iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Insitut Teknologi PLN, saya yang bertanda tanga

dibawah ini :


Nim : 201512048

Departemen : Teknik Mesin

Program Studi : Sarjana Teknik Mesin

Jenis Karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Institut Teknologi PLN Hak Bebas Royalti Non Ekslusif (Non-exclusive

Royalty Free Reight) Atas karya ilmiah saya yang berjudul :

“STUDI EKSPERIMENTAL SISTEM REFRIGERASI CASCADE UNTUK

MENINGKATKAN COEFFICIENT OF PERFORMANCE DENGAN MENGGUNAKAN

REFRIGERAN R22 PADA SISI HIGH STAGE DAN R600 PADA SISI LOW STAGE”

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non

eksklusif ini Institut Teknologi PLN berkak menyimpan, mengalih media /

formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan

mempublikasikan Skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis / pencipta dan sebagai Hak Cipta. Demikian Pernyataan ini saya buat

dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal : 31 Agustus 2020

Yang menyatakan

Dirga Wijaya Jumail

v

ABSTRAK

STUDI EKSPERIMENTAL SISTEM REFRIGERASI CASCADE

UNTUK MENINGKATKAN COEFFICIENT OF PERFORMANCE

DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN R22 PADA SISI HIGH

STAGE DAN R600 PADA SISI LOW STAGE SISI LOW STAGE

DIRGA WIJAYA JUMAIL

2015–12–048

Telepon : 082198541424

E-mail : [email protected]

Dibawah bimbingan Hendri, S.T, M.T

Refrigerasi secara umum adalah proses penyerapan kalor dari ruangan

bertemperatur kemudian memindahkan kalor tersebut menuju ke suatu substansi

tertentu yang memiliki suhu lebih rendah dan diharapkan mampu menjaga

kondisi tersebut sesuai dengan yang diinginkan atau dibutuhkan. Kebutuhan

akan ruang penyimpanan temperature rendah yang berada dibawah temperature

rendah kurang dari -20oC tidak bisa menggunakan sistem refrigerasi tunggal,

tetapi menggunakan sistem cascade. Sampai saat ini, system refrigerasi

cascade telah banyak diteliti untuk diuji kinerjanya guna mencari modifikasi

system cascade yang baik untuk kemudian dipasarkan. Maka dari itu penelitian

ini berfokus untuk menguji sebuah mesin refrigerasi cascade yang ada baru saja

selesai dirakit untuk diuji kinerjanya terlebih dahulu, pada sisi high stage

refrigeran yang digunakan yaitu R22 sedangkan pada sisi low stage digunakan

refrigeran R600. Mesin pendingin pada sisi low stage merupakan friser rumahan

yang hanya mampu mencapai temperatur evaporator –20oC, temperature

tersebutlah yang menjadi standar minimal dalam pengujian nantinya. Hasil

pengujian pada system low stage menunjukkan kinerja yang tergolong baik.

Namun setelah system high stage dinyalakan, terjadi keadaan abnormal berupa

terjadinya penurunan tekanan suction pada sisi low stage hingga pada posisi

dibawah 0 Psig. Hal ini menyebabkan terjadinya kenaikan temperature

evaporator dan tidak menyebabkan alat penukar kalor belum bekerja secara

optimal. Maka dari itu dibutuhkan penelitian lanjutan untuk menganalisa kejadian

tersebut.

Kata Kunci : Cascade, Refrigeran, Refrigerasi

vi

ABSTRACT

EXPERIMENTAL STUDY OF CASCADE REFRIGERATION SYSTEM TO IMPROVE COEFFICIENT OF PERFORMANCE

USING REFRIGERAN R22 ON HIGH STAGE AND R600 ON LOW STAGE

DIRGA WIJAYA JUMAIL

2015 – 12 -048

Telpon : 082198541424

E-mail : [email protected]

Guidance by Hendri, S.T, M.T

Refrigeration in general is the process of absorbing heat from a room with a temperature then transferring the heat to a certain substance that has a lower temperature and is expected to be able to maintain these conditions as desired or needed. The need for a low temperature storage room that is below a low temperature of less than -20°C cannot use a single refrigeration system, but uses a cascade system. Until now, the cascade refrigeration system has been widely researched to test its performance in order to find a good cascade system modification to be marketed later. Therefore, this study focuses on testing an existing cascade refrigeration machine that has just been assembled to test its performance first, on the high stage refrigeran used, namely R22, while on the low stage, R600 refrigeran is used. The cooling machine on the low stage side is a home frizer that can only reach the evaporator temperature -20°C, this temperature is the minimum standard in later testing. The test results on the low stage system showed relatively good performance. However, after turning on the high stage system, an abnormal condition occurs in the form of a decrease in suction pressure on the low stage until it is below 0 Psig. This causes an increase in the evaporator temperature and does not cause the heat exchanger not to work optimally. Therefore, further research is needed to analyze the incident.

Keywords : Cascade, Refrigeran, Refrigeration

vii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ............................................................. i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................. ii

UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................... iii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................................. iv

ABSTRAK ........................................................................................................... v

ABSTRACT ........................................................................................................ vi

DAFTAR ISI ..................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. x

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiii

DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xiii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2 Permasalahan Penelitian ........................................................................... 3

1.2.1 Identifikasi masalah ............................................................................. 3

1.2.2 Ruang Lingkup Masalah ...................................................................... 3

1.2.3 Rumusan masalah............................................................................... 4

1.3 Tujuan Dan Manfaat Penelitian ................................................................. 4

1.4 Sistematika Penulisan ............................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 6

2.1 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap .............................................................. 6

2.2 Sistem Refrigerasi Cascade .................................................................... 11

viii

2.2.1 Komponen Sistem Refrigerasi Cascade ............................................ 13

2.2.2 Persamaan pada Sistem Refrigerasi Cascade .................................. 16

2.3 Refrigeran ................................................................................................ 18

2.3.1 Refrigeran Alternatif yang Ramah Lingkungan .................................. 19

2.3.2 Refrigeran R22 .................................................................................. 20

2.3.3 Refrigeran R600a .............................................................................. 21

BAB III METODE PENELITIAN ......................................................................... 23

3.1 Metode Penelitian .................................................................................... 23

3.2 Lokasi Penelitian...................................................................................... 23

3.3 Kerangka Pemecahan Masalah ............................................................... 24

3.4 Alat & Bahan Pengujian ........................................................................... 25

3.4.1 Alat Pengujian ................................................................................... 25

3.4.2 Alat Ukur dan Alat Bantu ................................................................... 31

3.4.3 Bahan Pengujian ............................................................................... 36

3.4.4 Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data ...................................... 37

3.5 Teknik Pengumpulan Data ...................................................................... 40

3.5.1 Pengarahan ....................................................................................... 40

3.5.2 Pengamatan Langsung (observation methode) ................................. 40

3.5.3 Pengamatan Tidak Langsung ............................................................ 40

3.5.4 Metode Wawancara (Interview Methode) .......................................... 41

3.5.5 Metode studi literature/kepustakaan .................................................. 41

3.6 Teknik Pengolahan Data ......................................................................... 44

3.7 Teknik Analisis Data ................................................................................ 45

3.8 Software .................................................................................................. 45

ix

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 46

4.1 Hasil Pengujian ........................................................................................ 46

4.1.1 Hasil Pengujian disisi Low Stage ....................................................... 46

4.1.2 Hasil Pengujian disisi High Stage ...................................................... 47

4.2 Hasil Perhitungan Data Hasil Pengujian Sistem Refrigerasi Cascade Pada

Sisi Low Stage dan High Stage ...................................................................... 48

4.2.1 Perhitungan Mesin Pendingin Bagian Low Stage .............................. 48

4.2.2 Perhitungan Mesin Pendingin Bagian High Stage ............................. 49

4.2.3 Perhitungan COP Cascade dan Heat Rejection Ratio (HRR) ........... 50

4.3 Analisa dan Pembahasan ........................................................................ 52

4.3.1 Kinerja Mesin Pendingin Cascade Bagian High Stage dan Low Stage

................................................................................................................... 52

4.3.2 Analisa Hasil Perhitungan Coefficient of Perfomance dan Heat

Rejection Ratio ........................................................................................... 58

4.3.3 Analisis Faktor Pengaruh Naik atau Turunnya Nilai Coefficient Of

Performance (COP) Dengan Diagram Fishbone ........................................... 60

BAB V PENUTUP ............................................................................................. 66

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 66

5.2 Saran ....................................................................................................... 67

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 68

LAMPIRAN........................................................................................................ 69

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus kompresi uap ........................................................................ 6

Gambar 2.2 Kompresor ...................................................................................... 8

Gambar 2.3 Kondensor ....................................................................................... 9

Gambar 2.4 Evaporator .................................................................................... 11

Gambar 2.5 P-h Diagram sistem refrigerasi cascade ....................................... 12

Gambar 2.6 Sistem refrigerasi cascade dan T-s diagram ................................. 12

Gambar 2.7 Tabung Refrigeran R22 ................................................................. 21

Gambar 2.8 Tabung Refrigeran R600 ............................................................... 22

Gambar 3.1 Peta Lokasi Institut Teknologi PLN ............................................... 23

Gambar 3.2 Kerangka Pemecahan Masalah .................................................... 24

Gambar 3.3 Mesin Refrigerasi Cascade ........................................................... 25

Gambar 3.4 Kompresor sisi High Stage ............................................................ 27

Gambar 3.5 Kondensor sisi HS ......................................................................... 27

Gambar 3.6 Pipa kapiler sisi HS ...................................................................... 28

Gambar 3.7 Kompresor sisi LS ......................................................................... 28

Gambar 3.8 Evaporator sisi LS ......................................................................... 29

Gambar 3.9 Pipa kapiler sisi LS ........................................................................ 29

Gambar 3.10 Penukar Kalor (PHE) ................................................................... 30

Gambar 3.11 Pressure Gauge High dan Low ................................................... 31

Gambar 3.12 Thermocouple digital tipe K ......................................................... 32

Gambar 3.13 Tang Amper ................................................................................ 33

Gambar 3.14 Charging Manifold ....................................................................... 33

Gambar 3.15 Panel Kontrol .............................................................................. 34

Gambar 3.16 Pompa vacuum ........................................................................... 34

Gambar 3.17 Anemometer ............................................................................... 35

Gambar 3.18 Multimeter 6 in 1 .......................................................................... 35

Gambar 3.19 Refrigeran R22 ............................................................................ 36

Gambar 3.20 Refrigeran R600 .......................................................................... 37

Gambar 3.21 Proses Persiapan ........................................................................ 38

Gambar 3.22 Aplikasi CoolPack ....................................................................... 32

xi

Gambar 4.1 Grafik hasil perhitungan kerja kompresor LS ................................ 53

Gambar 4.2 Grafik hasil pertihungan kalor yang dibuang dikondensor LS ....... 54

Gambar 4.3 Grafik hasil perhitungan kalor yang diserap dievaporator LS ........ 54

Gambar 4.4 Grafik hasil perhitungan Coefficient Of Performance LS ............... 55

Gambar 4.5 Grafik hasil perhitungan kerja kompresi HS .................................. 56

Gambar 4.6 Grafik hasil perhitungan kerja kompresi LS ................................... 56

Gambar 4.7 Grafik hasil pertihungan kalor yang dibuang dikondensor HS ....... 57

Gambar 4.8 Grafik hasil pertihungan kalor yang dibuang dikondensor LS ....... 57

Gambar 4.9 Grafik hasil perhitungan kalor yang diserap dievaporator HS ....... 58

Gambar 4.10 Grafik hasil perhitungan kalor yang diserap dievaporator LS ...... 58

Gambar 4.11 Grafik hasil perhitungan COP cascade terhadap waktu .............. 59

Gambar 4.12 Grafik hasil perhitungan HRR terhadap waktu ............................ 60

Gambar 4.13 Diagram fishbone Coefficient Of Performance ............................ 61

xii

DAFTAR TABEL

Table 2.1 Karakteristik CFC, HFC, dan HC Refrigeran ..................................... 20

Table 3.1 Spesifikasi Peralatan Mesin Cascade ............................................... 26

Table 3.2 Tabel rencana pengujian ................................................................... 41

Table 4.1 Tabel data hasil pengujian sisi Low Stage ........................................ 47

Table 4.2 Tabel data hasil pengujian sisi High Stage ....................................... 48

Table 4.3 Tabel hasil perhitungan performa sisi LS .......................................... 49

Table 4.4 Tabel hasil perhitungan performa sisi HS ......................................... 50

Table 4.5 Tabel hasil perhitungan COP Cascade ............................................. 51

Table 4.6 Tabel hasil perhitungan Heat Rejection Ratio (HRR) ........................ 52

Table 4.7 Analisis diagram fishbone naik atau turunnya COP .......................... 62

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Daftar Riwayat Hidup ..................................................................... 68

Lampiran 2 Lembar Bimbingan Skripsi ............................................................ 69

Lampiran 3 Surat Pernyataan Pengambilan Data ............................................. 70

Lampiran 4 Data Hasil Pengujian ...................................................................... 71

Lampiran 4 Lembar Revisi ................................................................................ 73

xiv

DAFTAR NOTASI

Wc= Daya kompresor (watt)

ṁ = Laju aliran massa xivocalxivaxivant (kg/s)

h1 = Entalpi xivocalxivaxivant masuk kompresor low stage (kj/kg)

h2 = Entalpi xivocalxivaxivant keluar kompresor low stage (kj/kg)

Qc = Laju pengeluaran kalor kondensor (kW)

ṁHS = Laju aliran massa xivocalxivaxivant high stage (kg/s)

m= Laju aliran massa refrigeran low stage (kg/s)

h7 = Entalpi xivocalxivaxivant keluar kondensor high stage (kj/kg)

h6 = Entalpi xivocalxivaxivant masuk kondensor high stage (kj/kg)

Qe= Kapasitas pendinginan (kW)

h4 = Entalpi xivocalxivaxivant masuk evaporator (kJ/kg)

h1 = Entalpi xivocalxivaxivant keluar evaporator (kJ/kg)

Wtotal = Daya total kompresor high stage dan low stage(watt)

Evap Q = Energi panas yang diterima udara (kW)

COP = Coeffiecient Of Performance

HRR = Heat Rejection Ratio

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakangi

Refrigerasi secara umum ialah proses diserapnya kalor dari

ruangan/subtansi bertemperatur kemudian memindahkan kalor tersebut menuju

ke suatu substansi tertentu yang memiliki suhu lebih rendah dan diharapkan

mampu menjaga kondisi tersebut sesuai dengan yang diinginkan atau

dibutuhkan. Pada umumnya, efek refrigerasi dimanfaatkan untuk mengatur

keadaan atau suhu udara suatu ruangan. Kondisi ini dimanfaatkan untuk

menunjang kenyamanan para orang yang berada di suatu ruang perkantoran dan

industri ataupun juga dimanfaatkan untuk mendukung serta menjaga kualitas

hasil produksi. [1]

Kebutuhan akan ruang penyimpanan temperature rendah yang berada

dibawah temperature rendah kurang dari -40oC tidak bisa menggunakan sistem

refrigerasi tunggal, tetapi menggunakan sistem cascade. Secara umum sistem

refrigerasi cascade minimal terdiri atas dua system yang bekerja secara mandiri

yang dihubungkan dengan penukar kalor. Sistem refrigersi tersebut dikenal

sirkuit temperature tinggi (HTC) dan siskuit temperature rendah (LTC). [2]

Mesin refrigerasi hingga saat ini telah dan masih menjadi kebutuhan dasar

bagi masyarakat baik yang ada di perkotaan maupun di pedesaan, hal tersebut

mengacu pada fungsi mesin refrigerasi yang sangat penting. Terutama pada

kegiatan farmasi atau penelitian terhadap sampel biomedis yang membutuhkan

penyimpanan suhu rendah atau cold storage yang mampu menyimpan sampel

pada suhu sangat rendah yaitu mencapai temperature -80 oC. Namun apabila

dilihat dari sistem refrigerasi yang banyak digunakan seperti halnya

kulkas/freezer dengan sistem refrigerasi siklus tunggal hanya dapat mencapai

temperatur -40oC tapi dengan efisiensinya yang bisa semakin memburuk karna

tekanan evaporasi. Maka untuk bisa mencapai temperature yang lebih rendah

lagi maka digunakan sistem refrigerasi cascade. Penggunaan sistem refrigerasi

cascade harus lebih memperhatikan dalam hal pemakaian zat atau fluida yang

mengalir dalam sistem refrigerasi atau disebut dengan refrigeran. Pemilihan

2

refrigeran yang baik dan tepat untuk sebuah mesin pendingin dapat lebih

meningkatkan performa sistem refrigerasi itu sendiri dan dengan pemilihan

refrigeran yang ramah lingkungan akan mempengaruhi dampak terhadap

kerusakan lapisan ozon bumi dan GWP yang akan semakin berkurang. [3]

Berdasarkan hal tersebut, penulis mencari dan menggali informasi tentang

bagaimana cara untuk mendapatkan mesin refrigerasi yang mampu mencapai

temperature yang lebih rendah dibandingkan system refrigerasi tunggal seperti

kulkas atau freezer menggunakan mesin pendingin yang telah dirancang untuk

diuji coba. Penulis mempelajari dan mengaplikasikannya untuk diuji pada mesin

pendingin dengan sistem refrigerasi cascade yang dilakukan di laboratorium

Fenomena Dasar Mesin yang berada di kampus Institut Teknologi PLN. Untuk

bagian HS (High Stage) digunakan sepaket mesin pendingin berupa kondensor,

dan penukar kalor berupa PHE (Plate Heati Exchanger) serta menggunaka dua

jenis pipa kapiler dengan diameter yang berbeda di bagian LS (Low Stage)

digunakan sebuah friser rumahan bervolume 220 liter yang telah dimodifikasi

agar bisa menggunakan PHE sebagai penukar kalornya dan juga ditambahkan

sebuah evaporator tambahan kemudian juga di variasikan dengan pipa kapiler

yang memiliki diameter yang berbeda. Kemudian untuk jenis refrigerannya,

digunakan refrigeran kalangan hidrokarbon pada bagian LS yang memiliki efek

ODP dan GWP yang sangat rendah dibanding dengan refrigeran yang lain. Pada

sisi LS digunakan refrigeran R600 sebagai refrigeran yang memiliki karakteristik

yang baik dan juga kompatibel dengan spesifikasi dari kompresor LS itu sendiri,

kemudian pada sisi HS digunakan refrigeran R22 yang juga cocok dengan

kompresor bawaannya.

Berdasarkan dari pemaparan diatas maka, penulis tertarik untuk menguji

coba mesin pendingin cascade yang ada di laboratorium fenomena dasar mesin

untuk dibuktikan apakah mesin cascade tersebut mampu memcapai suhu rendah

sesuai yang diinginkan dengan menggunakan alat atau komponen yang sudah

dirakit, sehingga dari latar belakang tersebut penulis mengangkat judul “Studi

Eksperimental Sistem Refrigerasi Cascade Untuk Meningkatkan Coefficient Of

Performance Dengan Menggunakan Refrigeran R22 disisi High Stage dan R600

disisi Low Stage”

3

1.2 Permasalahan Penelitiani

1.2.1 Identifikasi Masalahi

Pengujian sistem refrigerasi cascade ini dilakukan di mesin pendingin

cascade yang telah dirakit untuk diuji kinerjanya, untuk sisi HS berupa sepaket

condensing unit yang terdiri dari kompresor, kondensor, dan akumulator yang

kemudian dimodifikasi jalur pemipaannya sehingga digunakan PHE sebagai

evaporatornya. Sedangkan pada sisi LS berupa friser rumahan dengan

temperature terendah maksimalnya -20oC yang telah di rakit dan dimodiikasi

beberapa komponenna seperti penambahan variasi pipa kapiler dan

penambahan variasi evaporator serta kondensornya yang telah dimodifikasi agar

menjadikan PHE sebagai kondensornya. Pengujian dan pengambilan data

dilakukan di laboratorium Fenomena Dasar Mesin yang berada di Institut

Teknologi PLN yang beralamat di Jl. Lingkar Luar Barat, Kelrahan Duri Kosambi,

Kecamatang Cengkareng, Kota Jakarta Barati, Provinsi DKI Jakarta, 11750,

Indonesia. Pengujian ini dilakukan secara coba-coba dengan meminta izin

kepada pihak penanggung jawab laboratorium serta di bimbing oleh kepala

laboratorium dan dosen yang menguasai bidang pendingin. Keadaan yang

dievaluasi adalah keadaan unsteady, dan pengujian dilakukan secara bertahap

sesuai SOP untuk mendapatkan kinerja yang optimal untuk membuktikan bagus

tidaknya alat yang telah dirakit. Hasil dari pengujiannya akan diolah kemudian di

analisis kelebihan dan kekurangannya kemudia pemberian solusi.

1.2.2 Ruang Lingkup Masalahi

Dalamo peneitian ini untuk mempermudah penelitian digunakan ruang

lingkup masalah, Adapun ruang lingkup masalah tersebut adalah :

1. Penelitian ini fokus untuk melihat hasil penurunan temperatur evaporator

pada sisi LS yang mana akan berpengaruh pada besarnya nilai COP.

2. Penelitian ini fokus untuk membuktikan mesin pendingin cascade yang

telah dirakit untuk dianalisa performanya.

3. Keadaan yang dievaluasi adalah keadaan unsteady

4

4. Pengaruh temperature lingkungan dianggap sama karena pengujian

dilakukan pada ruangan yang tertutup dandapat diatur suhunya

(menggunakan AC)

1.2.3 Rumusani Masalahi

Berdasarka latar belakang dan permasalashan diatas maka perumusan

masalah dalam penelitian ini, yaitu :

1. Apakah sistem refrigerasi cascade dapat meningkatkan COP yang

dievaluasi dalam keadaan unsteady?

1.3 Tujuan Dan Manfaat Penelitian

Ditinjau dari latar belakangi dan juga rumusan masalah peneltian, sehingga

tujuan dan manfaat yaitu sebagai berikut :

Tujuan:

Untuk mengetahui dan menganalisa apakah mesin refrigerasi cascade

yang telah dirakit mampu meningkatkan COP dan melebihi temperature

evaporator bawaan dari mesin pendingin sisi low stage yaitu -20°C

Manfaat:

Memberikan wawasan tentang system refrigerasi cascade dan juga

sebagai pembuktian dari mesin cascade yang telah dirakit untuk dianalisa

kekurangan serta kelebihannya.

5

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematka penulisani laporan penelitian ini dibagi menjadi Iima babm, dimana

setiap bab diuraikan sebagaii berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab in menerangkan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, 5ocal5a

masalah, tujuan dan manfaat, dan sistematika penulisan dari penelitian ini.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini menjelaskan tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan kemudian

digunakan untuk dijadikan landasan dalan memecahkan masalah, dan

menganalisia permasalahan. Bab ini juga menjelaskan beberapa teori dasar

yang diperlukan untuk mengembangkan analisis perbandingan refrigeran.

Adapun beberapa teori dasar yang dibahas antara lain: Prinsip kerja mesin

pendingin, komponen-komponen mesin pendingin, katalog refrigeran, dan lain

lain.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Babi ini menjelaskan tentng metode perancangan serta langkqh-langkah

pengoperasian dan pengujian serta pengambilan data yang dilakukan dalam

memperoleh hasil yang nantinya akan diidentifikasi performa dan efisiensinya,

serta variabel-variabel yang nantinya akan diukur

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Babl ini menjelaskan tentang hasil dari pembahasan yg berisi hasil pengujian

eksperimenatl. Bab ini juga menjelaskan tentang data-data perhitungan dan

analisis perhitungan.

BAB V PENUTUP

Bab ini menjelaskan kesimpuland dari hasil analisis yang dilakukan terhadap

permasalahani dan juga saran hasil penelitian untuk penelitian selanjutnya.

6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

Sistem refrigerasi kompresi uap ideal konsepnya mengacu kepada konsep

dari sistem carnot dimana sistem ini diperoleh dari jumlah energi masuk yang

digunakan dan akan sama dengan energi yang diperoleh untuk dimanfaatkan.

Pada kondisi semacam ini tidak terdapat perubahan yang berarti untuk

mempengaruhi unjuk kerja siklus. Akan tetapi siklus ideal ini dapat menghasilkan

efisiensi yang tinggi, yang tidak dapat dilampaui oleh siklus refrigerasi kompresi

uap actual. Untuk gambar siklus ada pada Gambar 2.1.[5]

Proses pada siklus refrigerasi kompresi uap terbagi menjadi 4 macam

yaitu :

1. Proses Kompresi

2. Proses Kondensasi

3. Proses Ekspansi

4. Proses Evaporasi

Gambar 2.1 Siklus kompresi uap [10]

7

1. Proses Kompresi

Proses kompresi sendiri lazim terjadi di kompresor yang merupakan salah

satu komponen penting dalam system pendingin, dimana fasa cair jenuh

refrigeran yang masuk ke kompresor dalam kondisi uapi jenuh. Dengan kondisi

tekanan dan suhu yang rendah. Proses kejar yang diberikan pada refrigeran

dilakukan dengan cara memompakanya agar tekanannya naik sehingga

temperaturnya pun ikut naik. Proses ini menyebabkan uap dalam kondisi jenuh

refrigeran menjadi uap superheat yang akan keluar dari kompresor dengan

kondisi bertekanan tinggi, selanjutnya uap refrigeran yang bertemperatur tinggi

atau superheat dan bertekanan tinggi masuk menuju kondensor. Proses

kompresi yang berlangsung di kompresor dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (2.1).

𝑊 = ṁ. 𝑤

𝑤 = (ℎ2 − ℎ1)

𝑊 = ṁ (ℎ2 − ℎ1) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2.1)

Dimana :

W = Kerja compresi (kW)

h1 = Entalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)

h2 = Entalpi refrigeran keluar kompresor (kJ/kg)

ṁ = Laju alira massa refrigeran (kg/s)

Jantung dari sistem kompresi uap adalah kompresor, karena pemompa

bahan pendingin keseluruh sistem dilakukan oleh kompresor . Dalam sistem

kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan refrigerasi, sehingga bahan

pendingin dapat mengalir dari satu bagian ke bagian yang lain dalam sistem [7].

Karena ada perbedaan tekanan antara sisi tekanan rendah dan sisi tekanan

tinggi, maka bahan pendingin dapat menggalir melalui alat pengatur bahan

pendingin ke evaporator.

Kompresor dalam sistem refrigerasi berfungsi untuk [10].

1. Menurunkan tekanan di dalam evaporator, sehingga evaporator dapat

membuat fluida menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap

panas lebih banyak dari ruang.

8

1

2. Memanpatkan gas dengan Menghisap bahan pendingin gas dari

evaporator dengan suhu rendah dan tekanan rendah lalu dimanpatkan

menjadi gas suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kemudian mengalirkan ke

kondensor, lalu megembun dari panasnya fluida yabng melalui.

Gambar 2.2 Kompresor [8].

Untuk menentukan beberapa suhu yang harus dicapai oleh evaporator,

Hal ini bergantung dari bahan pendingin dan macam kompresor yang dipakai

antara lain ditentukan oleh beberapa rendah suhu penguapan di evaporator. [6].

2. Proses Kondensasii[2]

Kondenser merupakan tempat berlansungnya kondensasi dalam siklus,

kondisi kondensasi yang terjadi dikarena temperature refrigeran lebih tinggi dari

pada temperature lingkungan, sehingga panas dari refrigeran akan dibuang atau

dilepas melalui permukaan pipa kondens0r ke lingkungan sekitarnya. Proses

tersebut terjadi secara konveksi, dan proses konveksi pada refrigeran tersebut

bisa dilakukan secarq konveksi alami atau natural maupun secqra konveksi

paksa dengan bantuan kipas.

Ketika uap refrigeran yg berawal dari sisi discharge kompresor masuk

kekondensor, maka uapn (superheat) itu akan didiinginkan lalu diembunkan pada

tekanan yang kontan hingga terjadi kondensasi.

Kalor yg dilepas dikondensor Qc dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan (2.2).

5

Keterangan :

1. Kompresor rotary

2. Acumulator

3. Capasitor fan

4. Capasitor compresor

5. Pengisian refrigeran

6. Terminal conect

listrik (outpuot)

4

6

3

2

9

𝑄𝑐 =. 𝑞𝑐

𝑞𝑐 = ℎ2 − ℎ3

𝑄𝑐 = ṁ (ℎ2 − ℎ3) … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.2)

Dimana :

Qc = Kalor yg dilepas di kondensor (kW)

h2 = Entalpi refrigeran keluar kompresor (kJ/kg)

h3 = Entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg)

ṁ = Laju aliran massa refrigeran(kg/s)

qc = Efek pemanasan (kondensasi) per unit massa (kJ/kg)

Ada tiga jenis tip kondensor yang sering digunakan, yaitu

1. Kondensor dengan pendinginan udara ( air cooled )

2. Kondensor dengan pendinginan air ( water cooled )

3. Kondensor dengan pendinginan campuran udara dan air ( evaporative )

Faktor penting yang menentukan kapasitas kondensor dengan

pendinginan udara adalah [7] :

1. Luas permukakaan yang didinginkan dan sifat perpindahan kalornya.

2. Jumlah udara permenit yang dipakai untuk mendinginkan.

3. Perbedaan suhu antara bahan pendingin dengan udara luar.

4. Sifat dan karakteristik bahan pendingin yang dipakai.

Gambar 2.3 Kondensor [9]

10

3. Proses Ekspansi [6]

Ekspansi merupakan proses yang terjadi pada bagian katup, setelah

refrigeran melepaskan kalor di kondensor, refrigeran dari condenser (fluida cair)

akan menuju katup ekspansi agar diturunkan tekanan dan temperaturnya.

Temperatur setelah ekspansi diharapkan lebih rendah dari pada suhu

lingkungannya, sehingga refrigeran bisa menyerap panas atau kalor secara

maksimal ketiks berada di evaporator. Proses terjadinya ekspansi dalam

keadaan entalpi kontan, sehingga h3 = h4. [6]

4. Proses Evaporasi [3]

Proses evaporasi terjadi dibagian komponen evaporat0r, kondisi

temperatur refrigeran saat didalam pipa evaporat0r lebih berada pada keadaan

rendah dari sekitar ruang refrigerasi, hingga terjadilah proses penguapan pada

fluida refrigeran karena refrigeran telah menyerap kalor dari beban pendingin

yang ada disekitar ruang refrigerasi. Setelah masuk ke bagian evaporat0r,

kondisi fluida refrigeran mengalami prubahan fasa dari fasa campuran cairan dan

uap menjadi fasa uap jenuhi kembali.

Kalor yang diserap di evaporator Qe didapat dengan persamaan (2.3) [5].

𝑄𝑒 = ṁ. 𝑞𝑒

𝑞𝑒 = ℎ1 − ℎ4

𝑄𝑒 = 𝑚 (1ℎ1 − ℎ41) … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … … … ( 2.3 )

Dimana :

Qe = panas yang diserap di evaporator (kW)

h1 = Entalphi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg)

h4 = Entalphi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg)

ṁ = Laju aliran masa refrigeran (kg/s)

qe = Efeki refrigerasi per unit masa (kJ/kg)

Evaporator berperan sebagai penyerap kalor dari udara atau benda di

dalqm lemari atau box lalu mendinginkannya. Kemudian membuang kalor

tersebut melalui kondensor diruang yang tidak didinginkan. Kompresor yang

11

sedang bekerja menghisap refrigeran dalam bentuk gas dari evaporator,

sehingga tekanan didalam evaporator menjadi rendah dan vakum [10].

Fungsi evaporator berbanding terbalik dengan kondens0r, yaitu melepas

kalor ke lingkungan atau udara sekitar tuntuk menyerap panas dari udara atau

substansi yang ada sekitarnya. Perencanaan evaporator wajib memerhatikan

hal-hal berikut ini [9] :

1. Penguapan yang efektif dari bahan pendingin dengan penurunan tekanan

yang minimumdan pengambilan panas dari zat yang didinginkan secara

efisien.

2. Perencanan evaporator tergantung dalam penempatan dan zat atau fluida

yang akan didinginkan apakah berfasa cair atau gas

3. Pada setiap keadaan beban, refrigeran akan menguap sewaktu mengalir

disepanjang pipa evaporator atau permukaan media evaporator dan

diusahakan agar fluida tetap membasahi tiap bagian-bagian dari

evaporator.

Gambar 2.4 Evaporator [9]

2.2 Sistem Refrigerasi Cascade [1]

Sistem yang menggabungkan dua sistem refrigerasi dimana uap standar

yang ada di kondensor pada siklus dengan tekanan kerja lebih rendah atau

disebut dengan kondisi High Stage, membuang kalor yang diambil langsung dari

lingkungan menuju ke evaporator siklus dengan tekanan kerja lebih tinggi dan

disebut dengan kondisi Low Stage, dimana pada eksperimen ini pertukaran kalor

terjadi pada sebuah plate heat exchanger yang berfungsi seperti kondensor pada

Low Stage dan evaporator pada High Stage yang disusun secara seri ini disebut

dengan sistem refrigerasi cascade.

12

Gambar 2.5 P-h diagram system refrigerasi cascade [1]

Sistem refrigerasi cascade dioperasikan dengan menggunakan

kompresor yang terdiri dari dua buah, kemudian satu buah evaporator Low

Stage, satu buah kondensor High Stage, dua buah katup ekspansi (Expansion

Valve) dan satu buah plate heat exchanger. Perbedaan yang mendasar dari High

Stage dan Low Stage adalah pada penggunaan refrigeran yang bekerja pada

kedua sistem tersebut dimana refrigeran temperatur menengah-tinggi di sisi High

Stage dan suhu menengah-rendah disisi Low Stage. [3]

Gambar 2.6 Sistem Refrigerasi Cascade dan T-s diagram [1]

Pada bagian cascade temperatur tinggi (HS) dihasilkan fluida refrigerasi

dengan temperatur rendah tertentu. Cascade temperatur rendah (LS)

menghasilkan refrigerasi temperatur lebih rendah dibandingkan HS. Dengan

13

menggunakan efek refrigerasi pada cascade temperatur tinggi yang mana untuk

temperatur evaporator HS digunakan untuk membuang kalor dikondensor LS.

Hal yang perlu diperhatikan pada setiap cascade mempunyai temperatur yang

berbeda. Setiap refrigeran dapat dipilih, seperti halnya refrigeran beroperasi

dengan baik dalam batas kisaran temperatur yang diperlukan. Contohnya High

temperature cascade menggunakan refrigeran dengan titik didih tinggi (high

boiling refrigeran) seperti NH3 atau R-22 sementara itu untuk low temperature

cascade menggunakan refrigeran temperatur rendah seperti CO2 , ethane,

propane,methane, dan lain-lain tergantung kebutuhan.

Sistem seperti ini, memiliki hasil temperatur yg sangat rendah, namun

dapat berdampak pada tingginya daya kompresor yg digunakan karena sistim

cascade menggunakan dua kompresor. Sehingga mengakibatkan COP yang

dihasilkan dapat menjadi rendah.Untuk itu diperlukan optimasi supaya daya

kompresor yang dibutuhkan rendah, tanpa mengorbankan tujuan awal yaitu

mencapai temperatur evaporasi yang rendah. Pada sistem refigerasi cascade,

Pada sistem refigerasi cascade, nilai kerja kompresor total didapatkan dengan

cara menjumlahkan kerja kompresor pada system HS dan LS.

2.2.1 Komponen Sistem Refrigerasi Cascadei[3]

Adapun komponen - komponen utama sistem refrigerasi cascade secara

umum yaitu sebagai berikut.

Komponen – komponen tersebut adalah :

1. Kompresori

Fungsi kompresor itu adalah untuk menekan fluida refrigeran pendingin

supaya refrigeran tetap bersirkulasi di dalam sistem pendingin. Nilai

kinerja atau performa nyata kompresor dapat dilihat dari daya yang

diberikan pada kompresor dengan persamaan:

W = ṁ x (h2 – h1) (2.4)

Adapun untuk daya kompresor dapat dicari dengan menggunakan

rumus :

Wc = P = V × I × cos φ (2.5)

14

2. Kondensor

Kondensor merupakan salah satu komponen yang berada pada daerah

tekanan tinggi dari sistem pendingin. Fungsi dari kondensor sendiri

merupakan alat pembuangan kalor (heat rejection) yang dari dalam

sistem ke luarsistem. Pada saat refrigeran memasuki kondensor maka

uap refrigeran tersebut akan mengembun (kondensasi) dan berubah

fasa dari uap menjadi cair (terkondensasi). Tipenya compact heat

exchanger. Menjadi alat penukar panas yang sering digunakan sebagai

kondensor pada high stage.

Qcond = ṁ x (hin – hout) = ṁHS x (h6 – h7) (2.6)

Subcool = Tkondensasi – Toutkondensor

3. Ekspansi

Refrigeran yang telah dikondensasi dikondensor,masuk melalui

ekspansi guna mengatur banyaknya refigeran yang akan menuju ke

evaporat0r. Ekspansi sendiri memiliki banyak jenis, diantaranya adalah

pipa kapiler,katup ekspansi 0tomatis dan katup ekspansi termostatik.

Dalam eksperimen kali ini digunakan ekspansi pipa kapiler yang dinilai

efisien.

4. Evaporator

Evaporator menyerap kalor dari substansi yang didinginkan.

Penyerapan kalor tersebut menjadikan refrigeran menguap kemudian

berubah nilai tekanannya sehingga refrigeran menjadi uap (kalor / panas

laten). Panas yang dipindahkan berupa :

1. Panas sensibel (perubahan temperatur)

Kondisi temperatur refrigeran yang masuk ke evaporator dari ekspansi

harus sampai pada kondisi temperature jenuh penguapan (evaporator

saturation temperatur). Kemudian setelah terjadi proses penguapan,

refrigeran berfasa uap dari evaporator dinaikkan temperaturnya untuk

mencapai kondisi uap panas lajut (super heated vapor).

15

Superheat = Tout evaporator – Tevaporasi

2. Panas laten (perubahan wujud)

Untuk terjadinya perubahan wujud pada fluida refrigeran, diperlukan

panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut adalah dari cair

menjadi uap atau menguap (evaporasi). Lalu refrigeran akan menyerap

kalor dari subtansi disekelilingnya.

Terjadinya proses perpindahan kalor pada komponen evaporat0r yang

menghasilkan perubahan wujud cair menjadi uap. Kemampuan

evaporator untuk menyerap panas dalam periode waktu tertentu dan

sangat ditentukan oleh perbedaan temperatur evaporator disebut

dengan kapasitas evaporator. Kapasitas evaporator sangat dipengaruhi

oleh kemampuan menyerap atau memindahkan panas serta dari

kontruksi evaporator itu sendiri seperti tebal,Panjang,dan sirip. Alat

penukar kalor yang sering dijadikan sebagai evaporat0r pada sisi low

stage yaitu plate heat exchanger.

Qevap = ṁ x(hin–hout) = ṁLS x(h1 – h4) (2.7)

5. Plate Heat Exchanger (PHE)

Plate Heat Exhcanger adalah salah satu jenis HE yang mengguanakan

plat tipis sebagai komp0nen intinya. Plat yg dipakai berbentuk polos atau

bergelombang sesuai dengan desain yang dikembangkan. Intermediate

tipe plate ( Plat ) dimana plat tipis sebagai komponen utamanya. Jenis

intermediate HE yang digunakan pada eksperimen kali ini yaitu tipe plat.

Tipe Intermediate ini menjadi pilihan yang banyak digunakan pada dunia

industri, baik sebagai pendingin air, pendingin oli, dan sebagainya.

Dengan prinsip kerjanya dimana adanya gasket-gasket yang didesain

sedemikian rupa sehingga aliran dua atau lebih fuida kerja diatur oleh

masing-masing fluida kerja dapat mengalir di plat-plat namun

terdapatnya perberdaan pada saluran disetiap plat didesain sedemikian

rupa sehingga refrigeran akan terbagi ke setiap bagian plat. Plat dibentuk

16

tersusun berderet menghasilkan susunan batasan saluran bagian antara

low stage dan high stage secara berurutan yang merupakan pembatas

sekaligus ruang area perpindahan panas antara low stage dan high

stage.. Maka dapat digunakan kesetimbangan energi di bawah ini.

QcondensorLS = QevaporatorHS (2.8)

ṁLS x (h2 – h3) = ṁHS x (h5 – h8) (2.9)

2.2.2 Persamaan pada Sistem Refrigerasi Cascade

1. Coeficient of Performance (COP) Sistem Refrigerasi Cascadei[3]

Coeficient of performance pada system refrigerasi digunakan untuk

menemukan nilai efisiensi system atau rasio ketetapan dari

perbandingan kalor yg diserap sebagai energi yangtermafaatkan dengan

energi yg digunakan sebagai kerja,atau berdasarkan teori sederhananya

ditulis:

𝐶𝑂𝑃 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑓𝑎𝑎𝑡𝑘𝑎𝑛

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑔𝑢𝑛𝑎𝑘𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑏𝑎𝑔𝑎𝑖 𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎 (2.10)

Secara aktualnya pada system pendingin cascade, COP dihasilkan dari

perbanndingan diantara efek refrigerasi dengan kerja total

16ocal16a16an atau:

COPrefrigerasi = 𝐸𝑓𝑒𝑘 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑠𝑖

𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=

𝑄𝑒

𝑊𝐿𝑆+𝑊𝐻𝑆 (2.11)

2. Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ) Sistem Refrigerasi Cascade [2]

Laju aliran massa refrigeran adalah jumlah berat reffrigeran yang

bersirkulasi didalam system persatuan waktu. Untuk system refrigerasi

cascade laju aliran massa refrigeran pasa sisi HS dan LS berbeda, pada

sisi HS dapat digunakan rumus kesetimbangan termal sebagai berikut:

Qref = Qudara ……………………………………………………… (2.12)

Qref = ṁref . RE ……………………………………………………. (2.13)

Q Ud = ṁud (kg/s).Cp ud (kj/kg °C).( Δt Ud ) °C …………………(2.14)

17

Dimana :

• Q ud adalah kalor yang dilepaskan oleh udara ( kJ/s )

• Q C adalah panas yang dibuang kondensor ( kJ/s )

• ṁud adalah massa laju alir udara pendingim (kg/s)

• CpUd adalah panas jenisnya udara pendingiin ( kJ/kg °C )

• Δt Ud adalah selisih 17ocal17a17ant gas udara pendingin keluar dan

masuk evaporator (°C)

ṁud = A (m2). V (m/s). ρud(kg/m3) ……………………… (2.15)

Dimana :

• A = luas fan evaporator (m2)

• V = kecepatan udara evaporator (m/s)

• ρud = massa jenis udara ( kg/ m3 )

ṁHS = 𝑄𝑢𝑑

𝑅𝐸…................................................................. (2.16)

Sedangkan untuk menghitung laku aliran massa pada sisi LS dapat

digunakan rumus sebagai berikut:

ṁLS = 𝑊𝑐

( ℎ2−ℎ1 ) …………………………………………(2.17)

3. Persamaan Heat Rejection Ratio (HRR) Sistem Refrgerasi Cascadei[2]

Rasioi Pelepasan Kalori atau disebut jugas Heati Rejection Ratioi (HRR)

ialah lajui perpindahan kalor pada kondensor yang berkaitan dengan

kapasitasi pendinginan.i

𝐻𝑅𝑅 = Qcond HS

QevapLS

𝐻𝑅𝑅=ṁ𝐻𝑆 x ( h6−h5)

ṁ𝐿𝑆 x ( h1−h4 )… … … ….......................................(2.18)

18

2.8 Refrigeran[9]

Pada hakekatnya proses pendinginan atau refrigerasi merupakan proses

pemindahan energi panas yang terkandung di dalam ruangan tersebut.

Berdasarkan dari hukum kekekalan energi, kita tidak dapat menghilangkan

energi tetapi hanya dapat memindahkannya dari satu substansi ke substansi

lainnya. Untuk keperluan pemindahan energi panas ruang, dibutuhkan suatu

fluida penukar kalor yang selanjutnya disebut refrigeran.

Untuk keperluan mesin refrigerasi maka refrigeran harus memenuhi

persyaratan tertentu agar diperoleh performa mesin refrigerasi yang efisien.

Disamping itu refrigeran juga tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Oleh

karena itu, pada masa lalu pemilihan refrigeran hanya didasarkan atas sifat flsik,

sifat kimiawi dan sifat thermodinamik[2]. Sifat-sifat tersebut dapat memenuhl

persyaratan refrigeran yaitu :

-Titik penguapan yang rendah

-kestabilan tekanan

-Panas laten yang tinggi

-Mudah mengembun pada suhu ruang

-Mudah bercampur dengan oli pelumas dan tidak korosif

-Tidak mudah terbakar

-Tidak beracun

2.6.3 Refrigeran Alternatif yang Ramah Lingkungan[9]

Sejak tahun 1916, kelurga hydrocarbon seperti propan dan isobutane

telah diperkenalkan sebagai refrigeran, walaupun dikenal sebagai senyawa yang

mudah terbakar akan tetapi sifat termodinamikanya sangat bagus. Maka karna

ltu kejayaannya seketika hilang ditelan masa bersamaan dengan ditemukannya

CFC pada tahun 1930. Keluarga refrigeran CFC yg dulu ditemukan 60 tahun lalu,

adalah refrigeran yg memiliki sifat unik disamping memiliki sifat termodinamika

yang bagus juga dan tidak beracun serta tidak mudah terbakar. Tetapi setelah

19

beredar selama setengah abad lebih, dominasi CFC di pasaran refrigeran harus

menuai kenyataan yang pahit yaitu dihapus dari peredaran karena sudah terbukti

bahwa kandungan klor sebagai refrigeran tinggi terhadap rusaknya Iapisan ozon

dan terjadinya penemasan global. Maka dari itu diperlukan peninjauan

penggunan refrigeran alternatip yg ramah lingkungani.

Saat ini telah ditemukan beberapa refrigeran yg bisa digunakan sebagai

pengganti CFC dan HCFC. Refrigeran alternatif tersebut diambil dari keluarga

HFC (hidrofluorokarbon) dan HC (hidrokarbon) serta carbondioksida. Dari hasil

penelitian para ahli kita yang sudah dipublikasikan, dapat diketahui bahwa

keluarga HFC mempunyai sifat thermodinanik yang sama dengan keluarga CFC.

Disamping itu HFC mempunyai kandungan toxic (racun) yg juga rendah dan juga

tidak mudah terbakar [2].

Penelitian tentang refrigeran alternative refrigeran membutuhkan

pendalaman dalam pengembangannya yang tentu saja membutuhkan biaya yg

lumayan besar. Oleh karenanya refrigeran keluarga HFC jadi mahal biayanya

bila disandingkan dengan refrigeran keluarga CFC. Selain dari ltu walau

kontribusinya trhadap kerusakan ozon nol (0), namun HFC tetap memilikii

kontribusi yang lumayan besar pada pemanasn global sebesat 0,285. Maka

karena itu HFC masih belum sempurna untuk dikatakan alternative pengganti

refrigeran CFC dan HCFC dan menjadi refrigeran masa dapan. Sebenamya

HCFC-22 atau R-22 sebagai refrigeran alternatif juga memberikan peluang

cukup besar karena kontribusi terhadap perusakan ozon relatif sangat kecil

(0,05) dan kontribusinya terhadap efek rumah kaca sebesar 0,37. Akan tetapi

penggunaan senyawa ini sebagai refrigeran masa depan juga tidak dapat

diimplementasikan.

20

Tabel 2.1 Karakteristik CFC, HFC dan HC Refrigeran [2]

2.6.4 Refrigeran R22 [9]

CFC (Chloro-Flouro-Carbon) R22 memegang peranan penting dalam

system refrigerasi sejak ditemukan pada tahun 1930. Hal ini dikarenakan CFC

sifat fisika dan termal yang baik sebagai refrigeran stabil, tidak mudah terbakar,

tidak beracun, dan kompatibel terhadap sebagian besar bahan atau komponen

dalam system refrigerasi. Akan tetapi setelah kita mengetahui hipotesa bahwa

CFC termasuk Ozone Depleting Substance (ODS) atau zat yang menyebabkan

kerusaka pada ozon. Maka dari itu sebagai masyarakat yang baik,kita mulai

mencoba menghentikan pengunaannya dengan pembatasan secara bertahap

dengan cara berhentinya penggunaan refrigeran CFC pada unit atau mesin

pendingin yang baru dan kemudian digantikan dengan refrigeran yang lebih

ramah lingkungan. Adapun penghentian pemakaian bahan ODS telah

dituangkan kedalam beberapa konvensi, seperti Vienna Convention pada Maret

1985, Montreal Protocol pada September 1987 dan beberapa amandemen

lainnya. Pemerintah Indonesia telah meratifikasi hal tersebut melalui Keppres Ri

No.23 tahun 1992

Jenis Suhu

Uap oC

Tekanan Uap

Bar (55oC)

Tekanan Uap

Bar (-25oC)

Enthalpi

KJ/kg

CFC – 12

HFC – 134a

HCFC – 22

HC – 600

HC – 600a

HC – 290

- 29,8

- 26,2

- 40,7x

- 0,5

- 11,7

- 42,1

13,7

14,8

-

5,6

7,8

19,1

1,24

1,06

-

0,36

0,59

2,0

120,9

153

159,8

306

209,6

290

21

Gambar 2.7 Tabung Refrigeran R22

2.6.5 Refrigeran R600a [9]

Refrigeran hidrokarbon R600 dikenal juga dengan butana karena

senyawanya yang hampir 100% butana serta merupakan refrigeran yang

memiliki tingkat kemurnian paling tinggi. Refrigeran ini dapat beroperasi pada

tekanan yang rendah, dan memiliki efek pendinginan yang tinggi sehingga cocok

digunakan untuk bahan pendinginan AC. Bahan pendingin ini cocok digunakan

hampir semua mesin pendingin dan pelumas. Refrigeran digadang

tidakmenyebabkan rusaknya lapisan ozon dengan nilai ODP (Ozone Depleting

Potential) sama dengan nol (0) dan nilai GWP (Global Warming Potential ) yang

sangat rendah.

22

Gambar 2.8 Tabung Refrigeran R600

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Metode penelitian sangat membantu penulis dalam melakukan

penyusunan laporan penelitian atau skripsi. Penulis mampu melakukan

penelitian dengan baik dan benar karena telah terdapat langkah - langkah yang

akan digunakan dalam melaksanakan penelitian. Dalam penelitian ini penulis

menggunakan metode gabungan yaitu metode studi kasus dan metode

observasi langsung atau dengan pola kuantitatif-interaktif, yang mana

kebanyakan metode ini digunakan dalam penulisan laporan atau skripsi fakultas

teknik. Penelitian ini berdasarkan studi kasus dan di perkuat dengan beberapa

dasar teori yang di peroleh melalui studi literature serta dari buku maupun jurnal

yang berkaitan sebagai referensi pendukung dalam penelitian kemudian

dibuktikan melalui observasi langsung dengan cara meneliti langsung kepada

objek yang akan diujikan untuk kemudian diambil data-data yang diperlukan

kemudian diolah serta dianalisa.

3.2 Lokasi Penelitian

Penelitian dan uji coba dilakukan di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin

yang berada di Institut Teknologi PLN Jakarta, Yang beralamat di Menara PLN,

Jl. Lingkar Luar Barat, Duri Kosambi, Cengkareng, Jakarta Barat 11750.Telp.

(021)-5440342, Fax. (021) 5440343.

Gambar 3.1 Peta Lokasi Institut Teknologi PLN

24

3.3 Kerangka Pemecahan Masalah

Untuk mempermudah peneliti untuk memahami apa dilakukan dalam

penelitian ini,maka digunakanlah flow chart sebagai berikut:

Gambar 3.2 Kerangka Pemecahan Masalah

Temperatur

Evaporator LS < -20°C

Pengolahan Data PENGOLAHAN DATA

Nilai COP Naik

Ya

25

3.4 Alat & Bahan Pengujian

Alat serta bahan yg digunakan didalam pengujian ini mencakup alat utama

berupa mesin pendingin cascade serta alat pembantu dan alat ukur lainnya yang

digunakan pada saat proses pengambilan data, kemudian bahannya berupa dua

jenis refrigeran hidrokarbon. Adapun Alat dan bahannya sebagai berikut:

3.4.1 Alat Pengujian

Alat utama yang digunakan yaitu berupa mesin pendingin cascade yang

ada di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin IT-PLN, pada sisi LS didesain

dengan temperature evaporasi mencapai -20°C. Mesin pengujian utama berupa

25ocal25a25an, kondensor, evaporator, expantion valve,dan heat exchanger tipe

plat atau PHE. Sedangkan komponen pendukung serta alat pengukur berupa

akumulator,oil separator,filter dryer, pressure gauge, thermocouple, hand valve,

dan sight glass. Pada sisi HS merupakan satu paket condensing unit yang

ditargetkan mampu membantu menurunkan temperature evaporasi sesuai

desainnya.

Gambar 3.3 Mesin Pendingin Cascade

Adapun spesifikasi mesin pendingin cascade adalah sebagai berikut :

26

Tabel 3.1 Spesifikasi Peralatan Mesin Cascade

Sisi High Stage Penukar Kalor Sisi Low Stage

Kompresor

-Jenis : Hermetic (torak)

-Made in : France

-Daya : ¾ HP

-Refrigeran : R22/R502

-Tegangan : 220-240 V

-Frekuensi : 50Hz

Heat Exchanger

-Jenis : Plate Heat

Excahnger (PHE)

Friser rumahan

-Merk: RSA

-Model: CF-220

-Volume: 220 L

-Arus : 0,74 A

-Tegangan : 220/1/50

-Suhu : -15 ~ -20°C

-Refrigeran : R600a

-Massa refrigran: 42gram

-Berat bersih : 34 Kg

-Made in : China

Kondensor

-Model:Embapast

M4Q045-EA-01-A4/C0.

-Jenis : Shell and Coil Air

Cooled Condensor

-Material : Pipa tembaga

Ekpansi

-Model : Pipa kapiler

-Material : pipa tembaga

-Dimensi :

27

Komponen-komponen utama pada mesin pendingin cascade ialah

sebagai berikut:

A. Sisi High Stage

1. Kompresor

Kompresor pada sisi HS berjenis 27ocal27a27 dan memiliki daya ¾ PK

yang mampu diisi refrigeran sekitar 500 gr dan memiliki tekanan kerja

sekitar 25 Psia pada sisi suction dan 180 Psia pada sisi discharge.

Gambar 3.4 Kompresor sisi High Stage

2. Kondensor

Kondensor pada sisi HS juga memiliki kapasitas yang sama seperti

kompresornya yaitu ¾ PK dan berjenis shell and coil air cooled condenser.

Gambar 3.5 Kondens0r sisi HS

28

3. Ekspansi

Ekspansi yg ddipakai dipengujian ini berjenis pipa kapiler dengan

28ocal28a 100 cm dan berdiameter 0,70

Gambar 3.6 Pipa Kapiler sisi HS

B. Sisi Low Stage

1. Kompresor

Kompresor pada sisi LS menggunakan kompresor bawaan dari sebuah

friser rumahan berkapasitas 220L, kompresor sisi LS memiliki daya 1/6 PK

atau lebih kecil dari kompresor yang ada pada sisi HS. Kompresor low

stage di isi dengan refrigeran R600 sebanyak 45 gram.

Gambar 3.7 Kompresor sisi LS

29

2. Evaporator

Evaporator pada sisi LS menggunakan evaporator evaporator kulkas

nofrost 6U berukuran 30 cm x 18 cm dan sudah sepaket dengan filter

dryer serta sirip evaporator. Evaporator ini diletakkan di dalam kabin

sebua friser box rumahan berkapasitas 220 L

Gambar 3.8 Evaporator sisi LS

3. Ekspansi

Ekspansi pada sisi LS memiliki jenis yang sama dengan ekpansi yang

ada pada sisi HS yaitu berjenis pipa kapiler, Panjang pipa kapilernya pun

sama dan yang membedakan yaitu diameternya yang berukuran 0,28

atau lebih kecil dari sisi HS

Gambar 3.9 Pipa Kapiler sisi LS

30

4. Penukar Kalor / Heat Exchanger

Penukar kalor yang digunakan pada pengujian ini berjenis Plate Heat

Exchanger (PHE), jenis ini telah banyak digunakan dalam skala

laboratorium. PHE inilah yang berperan penting dalam system refrigerasi

cascade karena komponen ini merupakan evaporator untuk sisi HS dan

kondensor untuk sisi LS

Gambar 3.10 Penukar Kalor (PHE)

31

3.4.2 Alat Ukur dan Alat Bantu

Dalam pengujian ini terdapat alat ukur sebagai parameter dari data yang

akan di dapatkan serta alat bantu yang berfungsi untuk membantu proses retrofit

refrigeran. Adapun alatnya sebagai berikut :

1. Pressure Gauge

Alat ini merupakan parameter untuk melihat nilai tekanan yang ada pada

system pendingin dengan satuan Psig, alat ini terdiri dari pressure gauge

low dan pressure gauge high yang mana perbedaannya ada pada range

tekanan yang mampu diukur. Untuk pressure gauge low, mampu

mengukur tekanan dari 0-230 psig sedangkan pressure gauge high

mampu mengukur tekanan dari 0-550 psig. Kedua alat ini masing-

maasing dipasang pada sisi LS dan HS

Gambar 3.11 Pressure Gauge High dan Low

2. Thermocouple

Thermocouple merupakan alat ukur temperatur yang banyak digunakan

dalam skala industri, dan ada beberapa tipe thermocouple contohnya

thermocouple tipe K dan tipe J. Thermocouple tipe K lebih banyak

digunakan dan lebih populer dibanding tipe J karena range yang tipe K

mampu dapatkan lebih bagus dibanding tipe J, maka dari itu jenis

32

thermocouple yang digunakan pada pengujian ini adalah thermocouple

digital tipe K

Gambar 3.12 Thermocouple digital tipe K

3. Clamp Meter / Tang Amper

Alat ini digunakan sebagai alat ukur untuk mengukur nilai arus pada

kompresor HS dan LS. Alat ini juga bisa digunakan untuk mengukur

tegangan AC dan DC.

33

Gambar 3.13 Tang Amper

4. Charging Manifold

Alat ini merupakan alat bantu yang digunakan untuk mengisi refrigeran

melalui pentil sisi suction dari kompresor, alat ini juga dapat digunakan

sebagai media penyambung untuk dilakukannya vacum.

Gambar 3.14 Charging Manifold

5. Panel Kontrol

34

Alat ini digunakan sebagai pengatur power dari berbagai komponen mesin

pendingin dan didalamnya telah dilengkapi dengan MCB untuk melindungi

kelistrikan komponen dari arus berlebih.

Gambar 3.15 Panel Kontrol

6. Pompa Vakum

Alat ini merupakan alat bantu sangat penting, pompa vacuum berfungsi

untuk mengeluarkan udara atau oksigen yang ada didalam instalasi mesin

pendingin dan juga yang ada di dalam instalasi pemipaan, udara tersebut

dikeluarkan dari system agar tidak bercampur dengan refrigeran yang

dapat menurunkan performa mesin

Gambar 3.16 Pompa vacuum

35

7. Anemometer

Anemometer atau pengukur kecepatan udara digunakan untuk mengukur

kecepatan angin yang dihembuskan dikondensor pada sisi HS.

Gambar 3.17 Anemometer

8. Multimeter Arus AC 6 in 1

Alat ini digunakan untuk mengukur cosphi atau power factor pada sisi LS,

namun alat ini juga bisa mengukur tegangan, arus, frekuensi, kapasitas

penggunaan listrik, dan daya yang digunakan.

Gambar 3.18 Multimeter 6 in 1

36

3.4.3 Bahan Pengujian

Adapun dalam penelitian ini digunakan dua jenis 36ocal36a36ant yang

berbeda yang mana pada sisi HS menggunakan refrigeran R22 dari kelas CFC

sedangkan pada sisi LS menggunakan refrigeran R600a dari kelas hidrokarbon

menggakan tetapi masih compatible berdasarkan spesifikasi alat yang akan

menjadi media penguji kemudian akan diujikan pada satu alat penelitian yang

sama dan tanpa ada mengubah apapun. Tiga jenis 36ocal36a36ant tersebut

ialah :

1. Refrigeran R22

R22 merupakan refrigeran yang sangat baik dari segi termodinamikanya,

akan tetapi CFC yang menjadi unsur senyawanya menyebabkan

kerusakan pada lapisan ozon. Refrigeran R22 mayoritas digunakan pada

AC komersil dan beberapa system air conditioning lainnya.

Gambar 3.19 Refrigeran R22

37

2. Refrigeran R-600

Gambar 3.20 Refrigeran R600

Pemakaian refrigeran R-600 mayoritas digunakan pada sistem refrigerasi

dengan tekanan kerja yg rendah seperti misalnya freezer, cold storage, display

cases dan banyak lagi pada pemakaian sistem refrigerasi suhu rendah.

.

3.4.4 Prosedur Pengujian dan Pengambilan Data

Prosedur pengujian dan pengambilan data terdiri dari proses persiapan,

proses pengujian, dan proses pengambilan data, penjelasannya dapat dilihat

dibawah ini :

1. Proses Persiapan

Proses persiapan diawali dengan pengecekan kondisi alat penelitian

berupa mesin pendingin cascade beserta komponen pendukungnya,

pengecekan dilakukan dengan running test, instalasi kelistrikan dan tes

38

kebocoran untuk melihat kondisi dan performa mesin yang kemudian akan

dilakukan perbaikan jika ditemukan kerusakan atau kegagalan. Kemudian

setelah itu dilakukan pengecekan alat pengukuran yang telah terpasang pada

alat penelitian dan yang telah disediakan di dalam laboratorium. Setelah alat

sudah dianggap siap dan layak untuk digunakan maka akan dilanjutkan untuk

proses pengujian serta pengambilan data.

Gambar 3.21 Proses Persiapan

2. Proses Pengujian

Pengujian dilakukan dengan mempertimbangkan SOP dan K3 yang

berlaku umum di bidang refrigerasi untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan

dikarenakan salah satu bahan yang digunakan merupakan refrigeran yang

memiliki katakteristik mudah terbakar. Kemudian kondisi lingkungan dilakukan

pada kondisi yang sama dikarenakan alat penelitian berada di dalam ruangan

ber-AC sehingga ruangan tersebut dapat diatur temperaturnya. Pengujian

dimulai dengan menentukan tekanan pengisian refrigeran optimum dan rasio

kompresi minimum yang menghasilkan COP maksimum sesuai dengan tekanan

kerja masing-masing refrigeran. Pengujian dilakukan secara bertahap dengan

cara menyalakan sisi LS terlebih dahulu hingga mencapai temperatur evaporator

rendah maksimalnya kemudian menyalakan sisi HS untuk kemudian dilihat

efeknya.

39

3. Proses Pengambilan Data

Pengambilan data dilakukan seperti yang telah dijelaskan dalam proses

pengujian yaitu dengan cara menyalakan sisi LS terlebih dahulu kemudian

menyalakan sisi HS ketika suhu terendah evaporator sisi LS telah tercapai,

Adapun untuk detail proses pengambilan datanya dijelaskan dengan langkah

sebagai berikut:

A. Pengambilan data pada sisi LS

- Catat temperatur lingkungan

- Pastikan pembukaan katup telah benar sesuai jalur pemipaan

- Nyalakan mesin

- Catat tekanan suction dan tekanan discharge yang ada pada alat

ukur pressure gauge di awal dan selanjutnya setiap 10 menit

selama dua jam

- Catat temperatur masuk PHE dan temperatur keluar PHE yang

ada pada alat ukur themocouple digital di awal dan selanjutnya

setiap 10 menit selama dua jam

- Catat temperatur evaporator, temperatur kabin dan temperatur

PHE yang ada pada alat ukur themocouple digital di awal dan

selanjutnya setiap 10 menit selama dua jam

- Catat Arus listrik kompresor, tegangan dan cosphi yang ada

pada alat ukur clamp meter (tang amper) dan alat multimeter

B. Pengambilan data pada sisi HS

- Catat temperatur lingkungan

- Pastikan pembukaan katup telah benar sesuai jalur pemipaan

- Nyalakan mesin

- Catat tekanan suction dan tekanan discharge yang ada pada alat

ukur pressure gauge di awal dan selanjutnya setiap 10 menit

selama satu jam

40

- Catat temperatur masuk PHE dan temperatur keluar PHE yang

ada pada alat ukur themocouple digital di awal dan selanjutnya

setiap 10 menit selama satu jam

- Catat temperatur evaporator, temperatur kabin dan temperatur

PHE yang ada pada alat ukur themocouple digital di awal dan

selanjutnya setiap 10 menit selama satu jam

- Catat Arus listrik kompresor dan tegangan yang ada pada alat

ukur clamp meter (tang amper) dan alat multimeter

Adapun untuk lebih ringkasnya dapat dilihat pada tabel dibawah

ini yang memaparkan tentang rencana pengujian

3.5 TEKNIK PENGUMPULAN DATA

Supaya tujuan seperti yg telah diutarakan diatas dapat dicapai

secara baik dan akurat, oleh karena itu dibutuhkan data-data yang akurat

untuk dijadikan dasar penelitian dan analisa. Data yang dijadikan dasar

untuk penelitian ini penulis dapatkan dengan melalui cara-cara berikut ini:

3.5.1. Pengarahan

Peneliti mendengarkan penjelasan mengenai mesin pendingin dan

jenis pengunaan refrigeran secara umum, mendengarkan masukan dan

anjuran bagaimana mendapatkan data yang baik dan benar dengan

dosen pembimbing sebelum melakukan penelitian.

3.5.2. Pengamatan langsung ( observation methode )

Peneliti melakukan pengamatani secara langsung pada

komponen-komponen pengujian serta bahan refrigent yang akan diujikan

guna mendapatkan data harian yang akan diolah .Pengamatan dilakukan

secara lamgsung dengan pembimbing lab dan dosen yang berkaitan.

Penulis juga ikut langsung membantu dalam perakitan alat pendingin

41

cascade ini agar dapat lebih memahami prinsip kerja dan konsep

penelitian yang akan penulis bahas nantinya.

3.5.3 Pengamatan Tidak langsung

Pada metode ini penulis melakukan pengamatan secara tidak

langsung yaitu mengambil data sheat bahan dari refrigent guna

perbandingan sifat dan kandungannya yang didapat dari jurnal maupun

artikel ilmiah.

3.5.4 Metode Wawancara ( Interview Methode )

Mengajukan pertanyaan kepada mentor serta dosen dalam

melakukan penelitian uji coba ini di laboratorium Fenomena Dasar Mesin.

3.5.5 Metode studi literature/kepustakaan

Mempelajari buku-buku dari perpustakaan serta, Jurnal ilmiah yang

berkaitan dengan system refrigerasi cascade dan materi pendukung

lainnya yang pasti dapat membantu penulis dalam memudahkan

penyelesaian penelitan ini.

Adapun rencana pengujian dapat dilihat pada tabel dibawah ini;

Tabel 3.2 Tabel rencana pengujian

Tanggal Kegiatan Keterangan

22 s/d 28

Juli

Studi literatur Penyusunan BAB I dan BAB II, Studi

literatur mengenai sistem refrigerasi

cascade melalui jurnal dan literatur lain

yang ditemukan di perpustakaan dan

internet

29 Juli–7

Agustus

Pegecekan dan

perakitan alat uji

Penyusunan BAB III, pemasangan

masing-masing komponen, pengelasan

pemipaan, pemasangan insulasi,

pemasangan kelistrikan, dan tes running

8-17

Agustus

Persiapan

Pengujian

Cek kebocoran, pemasangan alat ukur

tekanan, temperatur, dan arus

42

27

Agustus

Proses Pengujian

dan Pengambilan

Data

Pengujian sisi low stage selama tiga jam

kemudian data dicatat setiap 10 menit,

pengujian sisi high stage selama satu

jam kemudian data dicatat setiap 10

menit. Parameter pengambilan data

berupa temperatur lingkungan,

tegangan, arus, cosphi, tekanan suction

dan discharge LS dan HS, temperatur

evaporator, PHE dan kabin, temperatur

keluar kompresor HS, temperatur keluar

dan masuk kondensor (PHE) LS,

temperatur keluar dan masuk evaporator

(PHE) HS.

28

Agustus

Perhitungan data

hasil pengujian

Dengan bantuan aplikasi CoolPack

dapat diketahui nilai entalpi dari setiap

data kemudian dihasilkan perhitungan

kerja kompresor, kalor yang diuang

dikondensor, kalor yang diserap

dievaporator, nilai COP, dan nilai HRR

29-30

Agustus

Analisis hasil

perhitungan

menggunakan

grafik serta

penarikan

kesimpulan serta

saran

Analisis grafik hasil perhitungan data

terhadap waktu berupa analisis kerja

kompresi, analisis kalor yang dibuang

dikondensor, analsis kalor yang diserap

dievaporator, analisis COP, analisis COP

cascade, analisis HRR, dan Analsis

diagram fishbone nail turunnya nilai

COP. Kemudian penarikan kesimpulan

dan saran dari hasil analisa.

43

3.1 Teknik Pengolahan Data

Didalam tekhnik pengolahan data in, peneliti ingin memaparkan tntang

pengolahan data yg didapatkan oleh peneliti sebagai acuan dalam mengerjakan

laporan penelitian ini, dan pengolahan data ini dilakukan untuk mengetahui hasil

uji coba mesin pendingin cascade yang telah dirakit. Adapun penulis disini

menjelaskan tentang pengolahan data sebagai berikut :

1. Pembacaan P-h diagram serta data karatkeristik refrigeran dari

aplikasi coolpack

2. Menghitung daya kompresor pada sisi LS menggunakan rumus 2.5

3. Menghitung laju aliran massa refrigeran pada sisi HS menggunakan

rumus 2.12 – 2.16

4. Menghitung laju aliran massa refrigeran pada sisi LS menggunakan

rumus 2.17

5. Menghitung kerja kompresor pada sisi LS dan HS menggunakan

rumus 2.5

6. Menghitung kalor yang dilepas di kondensor pada sisi LS dan HS

menggunakan rumus 2.6

7. Menghitung kalor yang diserap di evaporatorpada sisi LS dan HS

menggunakan rumus 2.7

8. Menghitung kesetimbangan thermal yang terjadi di heat exchanger

menggunakan rumus 2.8 dan rumus 2.9

9. Menghitung COP system cascade menggunakan rumus 2.11

10. Menghitung HRR pada system refrigerasi cascade menggunakan

rumus 2.18

3.7 Teknik Analisis Data

Dari data harian hasil pengujian refrigeran serta data ukuran parameter

pendukung pada mesin pendingin Cascade yang didapat dan literatur dimana

berkaitan dengan permasalahan, seperti buku-buku literatur atau buku manual

Analisis datai dilakukan secarai langsung dan tidakn langsung.

1. Analisis grafik hasil perhitungan kerja kompresor LS

44

2. Analisis grafik hasil perhitungan kalor yang dibuang dikondensor LS

3. Analisis grafik hasil perhitungan kalor yang diserap dievaporator LS

4. Analisis grafik hasil perhitungan coefficient of performance LS

5. Analisis grafik hasil perhitungan kerja kompresi HS

6. Analisis grafik hasil perhitungan kalor yang dibuang dikondensor LS

7. Analisis grafik hasil perhitungan kalor yang diserap dievaporator LS

8. Analisis grafik hasil perhitungan COP cascade

9. Analisis grafik hasil perhitungan HRR

10. Analisis diagram fishbone naik atau turunnya nilai coefficient of

performance

3.8 Software

Untuk mempermudah pengerjaan tugas akhir ini, peneliti menggunakan

sebuah aplikasi bernama CoolPack. Aplikasi ini membantu peneliti dalam

menyelesaikan perhitungan – perhitungan dari data yang telah

didapatkan untuk mengetahui nilai performa dari sebuah mesin

pendingin.

Gambar 3.22 Aplikasi CoolPack

CoolPack merupakan aplikasi yang salah satu kegunaannya untuk

mengetahui nilai-nilai entalpi pada performansi suatu alat yang sering

digunakan para engineer atau mahasiswa yang sedang mendalami ilmu

refrigerasi dan tata udara.

45

Fitur di Cool Pack berupa simulasi sebagai berikut:

- Perhitungan serta perbandingan sifat refrigeran (property plot,data

thermodinamika & thermophysical,serta perbandingan refrigeran)

- Analisis siklus, contohnya perbandingan satu atau dua tahap analisis

- Sistem dimensioning, perhitungan ukuran komponen dari kriteria dimensi

umum

- Sistem simulasi, kondisi operasi perhitungan dalam suatu system dengan

komponen yang dikenal

- Evaluasi operasi, evaluasi efisiensi system dan saran untuk mengurangi

konsumsi energi

- Komponen perhitungan, perhitungan efisiensi komponen

- Simulasi transien pendinginan suatu objek, misalnya untuk evaluasi

periode pendinginan

46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Berdasarkan data hasil pengujian pada system refrigerasi cascade sisi LS

dan HS pada range waktu selama 180 menit maka diperoleh nilai dari masing-

masing letak pemasangan sensor berupa temperature, tekanan, arus, tegangan,

dan cosphi. Maka hasil pengujian dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian LS dan

HS.

4.1.1 Hasil Pengujian disisi Low Stage

Disisi LS, mesin dinyalakan terlebih dahulu hingga mencapai suhu terendah

maksimalnya dan hal tersebut di dapatkan setelah mesin pendingin bagian LS

dijalankan selama 120 menit dengan suhu terendah -38,9 °C. Pengambilan data

dicatat setiap 10 menit selama dua jam dan Adapun hasil data pengujian pada

sisi LS dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Tabel data hasil pengujian sisi Low Stage

Menit

(m)

P suction

(Psia)

P discharge

(Psia)

Tin HE

(°C)

Tout HE

(°C)

Tevap

(°C)

Arus listrik

(A)

0 6 135 26,6 27,2 26,7 0,92

10 5 135 34,4 34,0 -9,3 0,75

20 5 135 35,3 34,8 -21,8 0,75

30 5 135 34,3 34,2 -27,9 0,72

40 4,5 135 33,5 33,4 -31,0 0,72

50 4,5 135 32,7 32,5 -32,6 0,71

60 4 135 31,9 31,8 -34,6 0,71

70 4 135 31,5 31,3 -35,8 0,70

80 4 130 30,9 30,7 -37,0 0,69

90 3 130 30,4 30,3 -37,9 0,68

100 3 130 30,0 29,9 -38,3 0,68

110 3 130 29,9 29,8 -38,9 0,69

47

120 3 130 29,7 29,6 -38,9 0,69

130 0 100 22,8 11.1 -24,6 0,98

140 0 95 22,1 12,5 -18,3 0,74

150 0 95 20,5 11,1 -15,2 0,68

160 0 95 18,2 13,1 -11,4 0,66

170 0 93 18,1 12,3 -8,1 0,64

180 0 93 17,5 9,6 -5,6 0,62

Keterangan : - Menggunakan refrigeran R600 dengan berat 40 gram

- Menggunakan pipa kapiler berukuran 0,28

- Cosphi stabil diangka 0,78

- Tegangan listrik stabil diangka 225 Volt

- Suhu ruangan laboratorium di setting menjadi 26 °C

4.1.2 Hasil Pengujian disisi High Stage

Disisi HS, mesin dinyalakan setelah sisi LS mencapai suhu terendah

maksimalnya terlebih dahulu kemudian mesin pendingin HS baru dinyalakan.

Mesiin pendingin sisi HS beroperasi selama satu jam dan ikut beroperasi

bersamaan dengan mesin pendingin sisi LS. Pengambilan data dicatat setiap 10

menit dan adapun hasil data pengujian pada sisi HS dapat dilihat pada tabel 4.2

Tabel 4.2 Tabel data hasil pengujian sisi High Stage

Menit

(m)

P suction

(Psia)

P discharge

(Psia)

Tin HE

(°C)

Tout HE

(°C)

Kecepatan

udara fan

(m/s)

Arus

listrik

(A)

0 25 180 28,4 29,1 5,7 2,70

10 25 180 -3,3 -4,5 5,7 2,45

20 25 180 -2,8 -2,4 5,7 2,23

30 25 180 -2,2 -1,9 5,7 2,24

48

40 25 180 -0,6 -1,1 5,7 2,23

50 25 180 -2,9 -3,1 5,7 2,20

60 25 180 -3,4 -5,2 5,7 2,23

Keterangan : - Menggunakan refrigeran R22 dengan berat 550 gram

- Menggunakan pipa kapiler ukuran 0,70

- Tegangan listrik stabil di angka 225

- Luas kipas kondensor 810 cm2

- Suhu ruangan masih tetap 26 °C

4.2 Hasil Perhitungan Data Hasil Pengujian Sistem Refrigerasi Cascade

Pada Sisi Low Stage dan High Stage

4.2.1 Hasil Perhitungan Data Hasil Pengujian Bagian Low Stage

Dari data hasil pengujian bagian LS diperoleh kinerja sistem dengan cara

memasukkan data pengukuran ke aplikasi CoolPack, kemudian didapatkan data

hasil perhitungan sebagai berikut :

Tabel 4.3 Tabel hasil perhitungan performa sisi LS

Menit

Kerja

Kompresi

(Qw)

Kalor yang

dibuang

dikondeor

(Qk)

Kalor yang

diserap di

evaporator

(Qe)

Coefficient

Of

Performance

LS

0 84,084 445,006 360,922 4,29

10 84,012 428,058 344,045 4,10

20 88,424 452,852 364,427 4,12

30 90,533 467,536 377,003 4,16

40 94,084 471,499 377,415 4,01

50 94,647 477,186 382,539 4,04

60 96,411 481,289 384,878 3,99

49

70 96,840 485,134 388,293 4,01

80 95,694 487,659 391,965 4,10

90 97,960 487,060 389,100 3,97

100 98,107 488,902 390,795 3,98

110 98,322 490,458 392,136 3,99

120 98,322 490,943 392,621 3,99

130 88,729 483,471 294,742 4,45

140 84,580 465,120 380,540 4,50

150 83,497 462,065 378,568 4,53

160 82,160 449,538 367,378 4,47

170 80,289 444,020 363,731 4,53

180 79,409 445,350 365,941 4,61

4.2.2 Hasil Perhitungan Mesin Pendingin Bagian High Stage

Dari data hasil pengujian bagian HS diperoleh kinerja sistem dengan cara

memasukkan data pengukuran ke aplikasi CoolPack, kemudian didapatkan data

hasil perhitungan sebagai berikut :

Tabel 4.3 Tabel hasil perhitungan performa sisi HS

Menit

Kerja

Kompresi

(Qw)

Kalor yang dibuang

dikondeor

(Qk)

Kalor yang diserap

di evaporator

(Qe)

COP

HS

0 49,252 246,546 197,294 4,01

10 48,536 243,159 194,622 4,01

20 42,888 218,276 175,387 4,09

30 43,397 219,506 176,109 4,06

40 43,553 220,322 176,769 4,06

50 43,163 218,851 175,688 4,07

60 42,751 217,546 174,795 4,09

50

4.2.3 Perhitungan COP Cascade dan Heat Rejecion Ratio (HRR)

A. Menghitung COP Cascade

➢ Data hasil perhitungan kinerja sisi high stage dan low stage pada

menit 130

COPrefrigerasi = 𝐸𝑓𝑒𝑘 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑠𝑖

𝐾𝑒𝑟𝑗𝑎 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=

𝑄𝑒

𝑄𝑤𝐿𝑆+𝑄𝑤𝐻𝑆

= 394,742

48,536+88,729

= 2,87

Untuk hasil perhitungan setiap menit COP Cascade dapat dilihat pada tabel

yang ada dibawah ini:

Tabel 4.4 Tabel hasil perhitungan COP Cascade

B. Menghitung Heat Rejection Ratio

➢ Data hasil perhitungan kinerja sisi high stage dan low stage pada

menit 130

𝐻𝑅𝑅 = Qcond HS

QevapLS

= 243,159

394,742

Menit COP Cascade

10 2.87

20 2.98

30 2.98

40 2.92

50 2.94

60 2.99

51

= 0,61 kJ/kg

Untuk hasil perhitungan setiap menit Heat Rejection Ratio (HRR) dapat

dilihat pada tabel dibawah ini:

Tabel 4.4 Tabel hasil perhitungan Heat Rejection Ratio (HRR)

Menit HRR

10 0.61

20 0.57

30 0.57

40 0.59

50 0.60

60 0.59

52

4.3 Analisa dan Pembahasan

4.3.1 Kinerja Mesin Pendingin Cascade Bagian High Stage dan Low Stage

A. Kinerja Mesin Pendingin Cascade Bagian Low Stage Menit

Dalam hal ini akan diuraikan beberapa grafik tentang kinerja mesin

pengingin cascade bagian low stage (LS) berupa kerja kompresi, kalor yang

dibuang di kondensor, kalor yang diserap di evaporator dan coefficient and

performance (COP). Data hasil perhitungan yg dibuat grafik adalah data hasil

perhitungan dari menit pertama hingga menit sebelum bagian HS beroperasi,

hal ini dilakukan terlebih dahulu guna mengetahui terlebih dahulu kinerja dari

mesin bagian LS yang telah dirakit

Gambar 4.1 Grafik hasil perhitungan kerja kompresi kompresor LS

Dari grafik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa kerja kompresi pada

kompresor LS sudah baik, hal ini dibuktikan dari kenaikan grafik yang cukup

signifikan mulai dari menit 30 hingga akhir. Adapun nilai tertinggi dari kerja

kompresinya yaitu terjadi pada menit 120 dengan angka 98,322 kJ/kg

75,000

80,000

85,000

90,000

95,000

100,000

menit 0 menit10

menit20

menit30

menit40

menit50

menit60

menit70

menit80

menit90

menit100

menit110

menit120

Kerja Kompresi LS (Qw)

53

Gambar 4.2 Grafik hasil perhitungan kalor yang dibuang dikondensor LS

Dari graifik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa kalor yang dibuang

di kondensor juga baik, adanya penurun dari menit 10 ke menit 20 terjadi

dikarenakan mesin belum beroperasi dengan baik saat proses pengambilan

data serta data pada menit satu diambil pada saat mesin baru saja

dinyalakan

Gambar 4.3 Grafik hasil perhitungan kalor yang diserap dievaporator LS

390,000

400,000

410,000

420,000

430,000

440,000

450,000

460,000

470,000

480,000

490,000

500,000

menit 0 menit10

menit20

menit30

menit40

menit50

menit60

menit70

menit80

menit90

menit100

menit110

menit120

Kalor yang dibuang dikondensor LS (Qk)

310,000

320,000

330,000

340,000

350,000

360,000

370,000

380,000

390,000

400,000

menit0

menit10

menit20

menit30

menit40

menit50

menit60

menit70

menit80

menit90

menit100

menit110

menit120

Kalor yang diserap di evaporator LS (Qe)

54

Dari grafik diatas, dapat diambil kesimpulan bahwa sama halnya

dengan kalor yang dibuang di kondensor, kalor yang diserap di evaporator

juga memiliki kenaikan yg signifikan. Dua komponen penukar kalor pada

mesin cascade bagian LS telah memiliki kinerja yang baik untuk selanjutnya

digunakan pada pengujian cascade.

Gambar 4.4 Grafik hasil perhitungan Coeffiecient Of Performance LS

Dari grafik hasil perhitungan COP, ditemukan kenaikan dan penurunan

nilai COP dari menit pertama hingga menit 10 akan tetapi COP mulai stabil

pada menit selanjutnya. Hal ini dapat disebabkan karena evaporator yang

digunakan merupakan evaporator modifikasi atau bukan evaporator bawaan

asli dari kompresor, sehingga perbandingan antara efek refrigerasi dengan

kerja kompresi masih kurang maksimal.

3.8

3.9

4

4.1

4.2

4.3

4.4

menit0

menit10

menit20

menit30

menit40

menit50

menit60

menit70

menit80

menit90

menit100

menit110

menit120

Coefficient of Performance LS

55

B. Kinerja Mesin Pendingin Cascade Bagian HighStage dan Low

Stage

Dalam hal ini akan diuraikan beberapa grafik tentang kinerja mesin

pengingin cascade bagian high stage (HS) berupa kerja kompresi, kalor yang

dibuang di kondensor, kalor yang diserap di evaporator dan coefficient and

performance (COP). Data hasil perhitungan yang digunakan adalah saat

mesin low stage dan high stage beroperasi secara bersamaan di waktu yang

sama yaitu HS mana menit 0-60 dan LS pada menit 130-180.

Gambar 4.5 Grafik hasil perhitungan kerja kompresi HS

Gambar 4.6 Grafik hasil perhitungan kerja kompresi LS

38,000

40,000

42,000

44,000

46,000

48,000

50,000

menit 0 menit 10 menit 20 menit 30 menit 40 menit 50 menit 60

Kerja Kompresi HS (Qw)

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000


Kerja Kompresi LS (Qw)

56

Dari dua grafik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa kerja kompresi

pada kompresor sisi HS mengalami penurunan, penurunan angka terbesar

ada pada menit 10 ke 20 yaitu dari angka 48,536 kJ/kg menjadi 42,888 kJ/kg.

Sama halnya dengan kerja kompresi pada HS, kerja kompresi pada sisi LS

menit 120-180 mengelami penurunan dari angka 98,322 kJ/kg menjadi

79,409 kJ/kg. Kedua penurunan kerja kompresi pada masing-masing

kompresor menunjukkan bahwa salah satu komponen belum bekerja dengan

baik.

Gambar 4.7 Grafik hasil perhitungan kalor yang dibuang dikondensor HS


200,000

205,000

210,000

215,000

220,000

225,000

230,000

235,000

240,000

245,000

250,000


Kalor yang dibuang dikondensor HS (Qk)

420,000

430,000

440,000

450,000

460,000

470,000

480,000

490,000

500,000


Kalor yang dibuang dikondensor LS (Qk)

57

Dari dua grafik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa kalor yang

dibuang di kondensor LS dan HS mengalami penurunan, hal ini diduga terjadi

karena pressure drop yang terjadi pada PHE yang mana kapasitas

kompresor pada masing-masing system berbeda.

Gambar 4.9 Grafik hasil perhitungan kalor yang dibuang dikondensor HS


Dari dua grafik diatas dapat diambil kesimpulan bahwa kalor yang

didiserap LS dan HS juga mengalami penurunan, akan tetapi ada sedikit

perbedaan pada sisi low stage yang terlihat agak stabil, hal ini diduga terjadi

karena penurunan temperature evaporator sisi LS akibat pressure drop

160,000

165,000

170,000

175,000

180,000

185,000

190,000

195,000

200,000


Kalor yang diserap di evaporator HS (Qe)

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

400,000

450,000


Kalor yang diserap di evaporator LS (Qe)

58

4.3.2 Analisa Hasil Perhitungan Coefficient Of Performance dan Heat

Rejection Ratio

Berdasarkan hasil perhitungan dari data eksperimental, dari kedua sisi

baik high stage dan low stage dibuat grafik berdasarkan dari hasil

perhitungan COP Cascade dan HRR (Heat Rejection Ratio) untuk melihat

kinerja dan efisiensi dari mesin pendignin cascade yang telah diuji dan

diambil datanya.

Gambar 4.11 Grafik hasil perhitungan COP Cascade terhadap waktu

Dri grafik diatas, dapat diambil kesimpulan bahwa nilai COP mengalami

kenaikan dan penurunan. COP meningkat artinya bahwa efek refrigerasi pada

evaporator meningkat dan kerja kompresor pada kondisi steady semakin tetap.

bahwa jika temperature evaporasi, kerja kompresor bisanya akan turun

dampaknya COP akan semakin meningkat. Hal ini disebabkan bahwa kenaikan

temperature subcooling dan kenaikan temperature superheating sebelum masuk

kompresor ada batasnya. Sehingga akan berakibat bahwa kenaikan

temperature logaritmik pada penukar kalor tidak linier dengan kenaikan COP

cascade.

.

2.8

2.82

2.84

2.86

2.88

2.9

2.92

2.94

2.96

2.98

3

menit 10 menit 20 menit 30 menit 40 menit 50 menit 60

COP Cascade

59

Gambar 4.12 Grafik hasil perhitungan HRR terhadap waktu

Heat Rejection Rasio, yakni suatu angka yang menunjukan kemampuan

berapa panas yang dibuang oleh kondensor mampu diserap oleh evaporator.

HRR semakin kecil menujukkan bahwa kondensor bekerja dengan baik untuk

menyerap panas yang dibuang oleh evaporator.

Dalam suatu system refrigerasi baik siklus tunggal maupun siklus

cascade, biasanya bahwa sebelum refrigeran masuk kompresor disarankan

selalu ada pemansan lanjut setelah keluar evaporator, demikian pula harus harus

ada pendinginan lanjut sebelum masuk katub ekspansi agar supaya refrigeran

masuk evaporator tidak dalam kondisi uap agar supaya proses perpindahan

panasnya berlangsung sempurna..

Demikian pula berdasarkan data pada diatas bahwa kenaikan

temperature logaritmik pada penukar kalor cascade akan mengakibatkan heat

rejection rasio meningkat, akan tetapi setelah mencapai nilai optimum HRR akan

menurun. Hal ini menunjukkan bahwa penukar kalor cascade yang dipasang

belum bekerja secara linier, artinya bahwa apa yang diharapkan jika terjadi

kenaikan temperature logaritmik atau kenaikan perpindahan panas, seharusnya

0.55

0.56

0.57

0.58

0.59

0.6

0.61

0.62

menit 10 menit 20 menit 30 menit 40 menit 50 menit 60

Heat Rejection Ratio

60

jumlah panas yang dibuang oleh kondensor dan yang diserap oleh evaporator

semakin meningkat. Dengan demikian penukar kalor cascade yang dipasang

belum optimal untuk memindahkan panas LS ke HS. Oleh karena itu pada kasus

ini perlu adanya penelitian lanjutan untuk menjelaskan fenomena masalah ini.

4.3.3 Analisis Faktor Pengaruh Naik atau Turunnya Nilai Coefficient Of

Performance (COP) Dengan Diagram Fishbone.

Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa mengenai coefficient of

performance baik pada sisi LS, HS dan COP Cascade didapat nilai COP yang

naik turun. Maka dari itu penulis membuat diagram fishbone untuk mengetahui

faktor apa saja yang mempengaruhi naik turunnya nilai COP pada mesin

refrigerasi cascade.

Gambar 4.13 Diagram fishbone Coefficient Of Performance

COP Rendah

Sistem

Refrigerasi

Cascade

61

Tabel 4.5 Analisis diagram fishbone naik atau turunnya COP

FAKTOR ANALISIS KETERANGAN

Lingkungan Temperatur

Lingkungan

Temperatur lingkungan yg

berubah disetiap waktunya

berdampak pada kinerja

mesin pendingin

dikarenakan temperature

lingkungan dari rendah ke

tinggi atau sebaliknya

mempengaruhi nilai kalor

yang dibuang dikondensor

sehingga untuk skala

penelitian dibutuhkan

ruangan yang mampu diatur

temperature lingkungannya

ada temperature lingkungan

tetap stabil dan tidak

mempengaruhi kinerja dari

mesin pendingin

Penyebab

SDM Kemampuan

(kompetensi)

Dalam hal ini, sumber daya

manusia dianggap telah

memiliki kompetensi atau

kemampuan dalam merakit

serta menguji alat yang

diteliti. Hal ini dikarenakan

peneliti dibimbing langsung

oleh dosen yang telah

memiliki banyak

pengalaman dalam bidang

teknik refrigerasi

Bukan Penyebab

Metode Perawatan Perawatan diperlukan guna

menjaga kinerja pada

Bukan Penyebab

62

sebuah mesin refrigerasi

seperti contohnya

pengecekan kebocoran rutin

dan pengecekan kondisi oli

kompresor serta proses

pemvakuman. Dalam hal ini

peneliti telah memiliki

pengalaman untuk

melakukan hal tersebut

sesuai SOP dan K3

Kesalahan

Operasi

Pembimbing dan peneliti

telah memiliki kompetensi

dalam pengoperasian mesin

pendingin cascade sesuai

SOP dan K3

Bukan Penyebab

Sistem

Refrigerasi

Cascade

Mesin refrigerasi cascade

yang telah dirakit yang

merupakan fokus utama uji

eksperimental pada

penelitian ini dianggap telah

beroperasi secara baik

secara garis besar, akan

tetapi ada beberapa

keadaan abnormal yang

menyebabkan performa dari

sistem ini mengalami

penurunan nilai COP

Penyebab

Material Material pipa

penukar

kalor

Dalam pengujian ini, semua

pipa dan penukar kalor

berasal dari material

tembaga yang terbukti sejak

lama memiliki kualitas yang

Bukan Penyebab

63

baik seperti contohnya

perpindahan panas material

tembaga lebih baik

dibandingkan material

aluminium yang artinya

tembaga mampu

memindahkan panas/dingin

lebih cepat dibanding

aluminium.

Mesin Ketelitian

Alat Ukur

Dalam pengujian ini

digunakan beberapa alat

ukur berupa alat ukur

temperature, tekanan, dan

tegangan serta aliran listrik.

Mayoritas dari alat tersebut

memiliki akurasi yang baik

dan posisi pemasangannya

juga telah sesuai, akan tetapi

masih ada alat ukur yang

masih berbasis analog

sedangkan alat lainnya telah

berbasis digital sehingga

tingkat ketelitian

pengambilan data pada alat

yang masih berbasis analog

akan kurang efektif dan

membutuhkan ketelitian

lebih dalam menentukan

angka yang ditunjukkan.

Penyebab

Pemilihan

Refrigeran

Meski memiliki fungsi yang

sama, akan tetapi refrigeran

memiliki karakteristik

Penyebab

64

termodinamikanya masing-

masing. Hal ini disebabkan

perbedaan senyawa dan

unsur kimia masing-masing

refrigeran, dan ada

refrigeran murni, campuran

serta natural. Dalam

penelitian ini digunakan

refrigeran yang sudah

sesuai dengan spesifikasi

kompresor mesin refrigerasi

cascade baik di sisi LS

maupun HS, meskipun

diawal sempat didapatkan

bahwa ada dua jenis

refrigeran yang sama akan

tetapi memiliki rumus kimia

yang berbeda dan bisa jadi

memiliki kemurnian yang

berbeda juga. Maka dari itu

ketelitian diperlukan dalam

pemilihan refrigeran karena

dapat mempengaruhi kinerja

dari mesin pendingin itu

sendiri.

Kapasitas

komponen

Dalam pengujian mesin

refrigerasi cascade ini

terdapat komponen yang

memiliki perbedaan

daya/kapasitas pada sisi HS

dan LS, seperti misalnya

daya kompresor pada sisi

65

HS adalah 3/4 PK

sedangkan daya kompresor

pada sisi LS adalah 1/6 PK.

Hal ini membuat kondisi

abnormal dari sisi tekanan

kompresor yang memiliki

tekanan discharge yang

tidak sama sehingga

menyebabkan terjadinya

pressure drop pada sisi

PHE. Sehingga cara

alternatif untuk membuat

mesin pendingin cascade

tetap beroperasi

sebagaimana mestinya

meski dengan daya

kompresor yang tidak sama

yaitu dengan cara

penambahan jumlah

refrigeran pada sisi LS

sehingga terjadi kenaikan

tekanan pada sisi LS yang

awalnya turun, akan tetapi

hal ini berdampak pada umur

kompresor yang sewaktu-

waktu dapat rusak akibat

tekanan yang terlalu tinggi.

66

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis diatas dapat dasimpulkan bahwa

1. Terjadi kenaikan dan penurunan pada nilai COP, pada saat sistem

pendingin bagian LS beroperasi sendiri (tanpa cascade) nilai COP

tertinggi adalah 4.29 sedangkan pada saat sistem telah beroperasi secara

bersamaan (dengan cascade) nilai COP tertinggi adalah 4.61. Hal ini

membuktikan bahwa sistem refrigerasi cascade dapat meningkatkan nilai

COP.

2. Terjadi penurunan kalor yang dibuang di kondensor pada sisi LS pada

saat system mulai dinyalakan secara bersamaan sebanyak 38,121 kJ/kg,

penurunan juga terjadi pada kerja kompresi sebanyak 18,913 kJ/kg, begitu

pula penurunan nilai kalor yang diserap oleh evaporator sebesar 26,68

kJ/kg

3. Keadaan Abnormal terjadi dikarenakan kapasitas kompresor pada sisi HS

memiliki kapasitas yang berbeda dengan kompresor yang ada pada sisi

LS sehingga menyebabkan terjadinya preesure drop pada bagian tekanan

suction LS

4. COP dan HRR memiliki hubungan yang tidak linier terhadap perubahan

temperature cascade

67

5.2 Saran

1. Hasil pengujian pada sisi low stage di awal percobaan menunjukkan hasil

yang baik sehingga mesin pendingin pada sisi low stage dianggap bisa

digunakan untuk sistem cascade, akan tetapi pada saat sisi high stage

dinyalakan malah terjadi kondisi abnormal yang menyebabkan

temperature evaporator naik dan berdasarkan hasil analisis bahwa

penukar kalor belum bekerja secara optimal sehingga diperlukan

penelitian lanjutan untuk menganalisa fenomena ini.

2. Alternatif penambahan refrigeran pada sisi LS bisa dilakukan untuk

menguji seberapa kuat kompresor dapat bertahan ketika terjadi

penurunan tekanan pada sisi suction LS.

3. Berdasarkan hasil analisis, bahwa penukar kalor belum bekerja secara

optimal, maka diperlukan penelitian lanjutan

4. Berdasarkan hasil pengujian, bahwa kapasitas kompresor sisi LS terlalu

kecil sehingga menyebabkan adanya pressure drop. Maka dari itu

dibutuhkan penelitian lanjutan untuk menganalisa fenomena ini.

5. Untuk mendapatkan hasil pengukuran dan pengujian yang baik, maka

diperlukan alat ukur yang baik berupa alat ukur digital agar menunjukkan

hasil pengukuran yang lebih akurat

68

DAFTAR PUSTAKA

[1] Subrida, Faberto. 2013. Studi Variasi Laju Pengeluaran Kalor Kondensor

High Stage Sistem Refrigerasi Cascade Menggunakan Refrigeran Mc22 Dan

R404a Dengan Heat Exchanger Tipe Concentric Tube. Surabaya

:InstitutTeknologiSepuluhNopember Surabaya

[2] Gumilar, Ismu. 2012. Studi Eksperimetal Dengan Variasi Laju Pelepasan

Kalor Pada Kondensor High Stage Terhadap Unjuk Kerja Sistem Refrigerasi

Cascade. Surabaya :InstitutTeknologiSepuluhNopember Surabaya.

[3] P.Incropera, Frank.,P.Dewitt, David.,L.Bergman, Theodore.,S.Lavine,

Adrienne. 2007. Fundamental of Heat and Mass Transfer Seventh Edition.

Asia : John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd.

[4] Trott, A. R., and Welch, T. 2000. Refrigeration and Air-Conditioning. Great

Britain :Butterworth-Heinemann

[5] ASHRAE Handbook, Refrigeration SI Edition, Atlanta, Georgia: American

Sosiaty of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineer, 2014.

[6] Cengel, Yunus. “Heat Transfer A Practical Approach Second Edition”. New

York : The McGraw-Hill Companies Inc. 2003

[7] Arismunandar, W & Saito,H, (1980), Penyegaran Udara, Edisi 1, PT.Pradnya

Paramita, Jakarta.

[8] Althouse A.D. (1982), Modern Refrigeration and Air Conditioning, The

Goodheart-Wilcot,Inc.

[9] Direktorat Mitigasi Perubahan Iklim (2018). From Montreal to

Kigali:Pengendalian Konsumsi Bahan Perusak Ozon di Indonesia.

Direktorat Mitigasi Perubahan Iklim, Direktorat Jenderal Pengendalian

Perubahan Iklim, Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan.

[10] Stoecker, W.F & Jones,J.W, (1996), Refrigerasi dan Pengkondisian Udara,

Edisi 2, Terjemahan Supratman Hara, Erlangga, Jakarta.

69

LAMPIRAN

70

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

A. Data Personal


NIM : 2015-12-048

Tempat/Tgl. Lahir : Jayapura, 12 Juli 1997

Jenis Kelamin : Laki-laki

Agama : Islam

Status Perkawinan : Belum Menikah

Fakultas/Program studi: FTBE/S1 Teknik Mesin

Alamat Rumah : BTN Pole Indah Mas, Blok A.05, Kel. Darma,

Kec. Polewali, Kab. Polewali Mandar, Sulawesi

Barat

No. Telepon : 082198541424

Email : [email protected]

Personal web : -

B. Riwayat Pendidikan

Jenjang Nama Lembaga Jurusan Tahun Lulus

SD SDN 060 Pekkabata - 2009

SMP PPM Al-Ikhlas - 2012

SMA SMAN 5 Parepare IPA 2015

Jakarta, 31 Agustus 2020

Mahasiswa Ybs,

Dirga Wijaya Jumail

mailto:[email protected]

71


LEMBAR BIMBINGAN SKRIPSI

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK MESIN


NIM : 2015-12-048

Fakultas : Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi

Program Studi : Sarjana Teknik Mesin

Dosen Pembimbing : Hendri, S.T.,M.T.

Judul Skripsi : Studi Eksperimental Sistem Refrigerasi Cascade

Untuk Meningkatkan Coefficient Of Performance

Menggunakan Refrigeran R22 Pada Sisi Hight Stage

dan R600 Pada Sisi Low Stage

No Tanggal Materi Bimbingan

1 16 Juli 2020 Konsultasi pemilihan judul dan konsep penelitian

2 17 Juli 2020 Pengecekan mesin pengujian untuk bahan

penelitian

3 18 Juli 2020 Melengkapi perlengkapan mesin pengujian dan

menyusun BAB I

4 22 Juli 2020 Studi literatur mengenai mesin pengujian dan

konsultasi BAB II

5 28 Juli 2020 Konsultasi BAB I dan BAB II

6 3 Agustus 2020 Konsultasi BAB III dan persiapan pengujian

72

7 4 Agustus 2020 Konsultasi BAB I – BAB III

8 8 Agustus 2020 Konsultasi persiapan pengujian

9 18 Agustus 2020 Konsultasi pemasangan sensor tekanan dan

temperatur

10 21 Agustus 2020 Revisi BAB I – BAB III

11 24 Agustus 2020 Konsultasi konsep pengambilan dan evaluasi data

12 27 Agustus 2020 Konsultasi hasil pengamatan Data

13 28 Agustus 2020 Konsultasi BAB IV dan BAB V

14 30 Agustus Pengecekan ulang seluruh naskah

Mengetahui,

Dosen Pembimbing

Hendri, S.T, M.T

skripsi - 156.67.221.169

Documents