1
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Sistem refrigerasi telah memainkan peran penting dalam kehidupan sehari-hari, tidak hanya
terbatas untuk
peningkatan kualitas dan
kenyamanan hidup, namun juga telah menyentuh hal yang esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi ini banyak diaplikasikan untuk penyimpanan, pendistribusian makanan, penyejuk udara dan untuk kenyamanan ruangan baik pada industri, perkantoran, transportasi, serta rumah tangga. Sistem refrigerasi kompresi uap merupakan sistem refrigerasi yang paling banyak dipakai dalam proses pendinginan, pembekuan, dan penyejuk udara. Mesin
refrigerasi
merupakan
peralatan
konversi
energi
yang
mentransfer kalor dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi dengan menggunakan kerja dari luar sistem. Perkembangan sistem pengkondisian udara terjadi pada sistem refrigerasi, fluida kerja atau refrigerannya. Perkembangan refrigeran didorong oleh dua masalah lingkungan, yaitu penipisan lapisan ozon (ODP) dan pemanasan global (GWP). Sifat merusak lapisan ozon yang dimiliki oleh refrigeran dalam kelompok halokarbon yang termasuk didalamnya yaitu CFC (R-12) dan HCFC (R-22). Refrigeran yang berpotensi untuk meningkatkan pemanasan global yaitu halokarbon dalam kelompok HFC (R-134a), efek lingkungan ODP dan GWP dari beberapa refrigeran dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1. 1. Efek lingkungan dari beberapa refrigeran (Hwang, Jin, and Radermacher, 2004)
2
Protokol Montreal merupakan perjanjian internasional untuk mengatur dan melarang penggunaan zat-zat perusak ozon, sedangkan protokol Kyoto adalah sebuah persetujuan untuk mengatur dan mengurangi gas-gas penyebab terjadinya efek rumah kaca yang menimbulkan pemanasan global (GWP). Apabila kedua protokol tersebut dilaksanakan secara bersama-sama maka secara umum tidak ada refrigeran komersial yang dapat dipakai kecuali refrigeran natural. Refrigeran natural adalah refrigeran yang terjadi melalui proses biokimia alam dan tidak memiliki dampak buruk terhadap lingkungan, tetapi beberapa refrigeran memiliki efek samping bagi penggunanya seperti karena kadar racun yang tinggi dan mudah terbakar. Refrigeran natural yang biasa digunakan adalah air, udara, gas mulia, hidrokarbon, amonia dan karbondioksida.
Refrigeran
sintetik
adalah
refrigeran
yang
dibuat
berdasarkan kepada unsur-unsur material buatan dan proses pengerjaannya dilaksanakan di laboratorium, yang termasuk refrigeran sintetik adalah R11, R-12, R-22, R-134 dan lain-lain. Refrigeran yang mempunyai potensi untuk mengganti refrigeran kelompok halokarbon salah satunya adalah refrigeran hidrokarbon. Musicool merupakan refrigeran kelompok hidrokarbon yang dikembangkan oleh PERTAMINA. Kelebihan refrigeran hidrokarbon Musicool jika dibandingkan dengan refrigeran R-12 dan R-22 adalah: 1.
Dapat menurunkan konsumsi tenaga listrik hingga 25%.
2.
Tidak perlu penggantian/penambahan komponen pada Mesin AC.
3.
Kerja kompresor menjadi lebih ringan.
4.
Effek pendinginan lebih baik.
5.
Ramah lingkungan (tidak merusak lapisan Ozon dan tidak meningkatkan pemanasan global).
Kelebihan-kelebihan refrigeran Musicool tersebut disebabkan oleh sifat fisika dan termodinamikanya yang lebih baik jika dibandingkan dengan refrigeran R-12 dan R-22. Musicool memenuhi persyaratan teknis sebagai refrigeran yang meliputi aspek sifat fisika dan termodinamika, diagram
3
tekanan-temperatur serta uji kinerja pada siklus refrigerasi. Hasil pengujian menunjukan bahwa dengan beban pendingin yang sama, Musicool memiliki keunggulan-keunggulan
dibandingkan
dengan
refrigeran
sintetik,
diantaranya beberapa parameter memberikan indikasi data lebih kecil, seperti kerapatan bahan (density), rasio tekanan kondensasi terhadap evaporasi dan nilai viskositasnya, sedangkan beberapa parameter lain memberikan indikasi data lebih besar, seperti efek refrigerasi, COP, kalor laten dan konduktivitas bahan. Refrigeran ini memiliki ODP nol dan GWP rendah, dan dapat digunakan langsung pada sistem refrigeran kompresi uap yang menggunakan refrigeran CFC dan HCFC, penghematan daya yang cukup signifikan, sudah diproduksi di Indonesia (Globalindo Niaga Prima). Musicool merupakan refrigeran alami dari kelompok hidrokarbon yang memiliki sifat mudah terbakar, sehingga harus dicampur dengan refrigeran yang lain supaya menurunkan tingkat mampu bakar tersebut, salah satu usaha adalah dengan mencampur hidrokarbon dengan senyawa inhibitor, yakni suatu senyawa yang dapat menghambat laju reaksi pembakaran. Gas inert, seperti nitrogen (N2) dan karbondioksida (CO2), dapat berfungsi sebagai inhibitor dalam reaksi pembakaran. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa gas N2 dan CO2 mampu menurunkan batas mampu nyala dan kecepatan pembakaran dari hidrokarbon (Liao S. , dkk., 2005). Penelitian tersebut menjelaskan bahwa CO2 memiliki kemampuan sebagai inhibitor yang lebih baik dibandingkan dengan N2, sehingga memiliki potensi untuk digunakan sebagai gas inhibitor dalam penggunaan hidrokarbon sebagai refrigeran. 1.2. Perumusan Masalah
Karbondioksida merupakan senyawa yang sangat banyak terdapat di alam sehingga mudah diperoleh dan bersifat non-toxic sehingga aman untuk digunakan, begitu juga dengan CO2 dapat digunakan sebagai refrigeran anorganik, tetapi CO2 bekerja pada tekanan kompresor yang tinggi, sehingga dibutuhkan daya yang sangat besar untuk mengalirkan CO2 dalam sistem refrigerasi. Melihat kelebihan dan kekurangan dari masing-masing
4
refrigeran tersebut memungkinkan untuk dilakukan pencampuran antara Musicool dan CO2. Pencampuran kedua refrigeran tersebut tentunya akan mempengaruhi unjuk kerja dari sistem tersebut. Berdasarkan latar belakang tersebut, maka penelitian ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh konsentrasi CO2 sebagai inhibitor (senyawa yang dapat menghambat laju reaksi pembakaran) ke dalam refrigeran Musicool terhadap performa sistem refrigerasi kompresi uap. 1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah : 1.
Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi campuran CO2 dan Musicool 134 terhadap performa dari sistem refrigerasi kompresi uap.
2.
Untuk mengetahui pengaruh variabel putaran kompresor dan beban evaporator terhadap performa dari sistem refrigerasi kompresi uap yang menggunakan refrigeran campuran Musicool 134 dan CO2.
3.
Untuk mengetahui pengaruh penambahan internal heat exchanger terhadap performa dari sistem refrigerasi kompresi uap yang menggunakan refrigeran campuran Musicool 134 dan CO2.
1.4. Batasan Masalah
Berikut ini merupakan beberapa batasan masalah yang dilakukan dalam penelitian ini diantaranya yaitu : 1.
Peralatan penelitian yang digunakan berupa sistem refrigerasi kompresi uap menggunakan R-134a.
2.
Konfigurasi siklus yang digunakan simple vapor compression cycle (baseline) dan liquid-line/suction-line HX.
3.
Refrigeran hidrokarbon adalah Musicool 134 (MC-134) produksi PERTAMINA.
4.
Analisa dan pembahasan performa sistem dalam penelitian ini menggunakan P-h diagram Musicool 134.
5
1.5. Keaslian Penelitian
Penelitian ini merupakan perkembangan aplikasi refrigeran Musicool. Analisa dilakukan untuk beberapa komposisi campuran Musicool dan CO2 dengan variabel kecepatan putar kompresor, pemasangan pemanas untuk memvariasi temperatur masuk evaporator dan konfigurasi siklus simple vapor compression cycle (baseline) dan liquid-line/suction-line HX. 1.6. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu merumuskan komposisi campuran Musicool dan CO2 dalam sistem kompresi uap sehingga mendapatkan performa yang optimal, selain itu dapat membantu mengurangi proses penipisan lapisan ozon (ODP) dan pemanasan global (GWP) yang mengakibatkan kerusakan lingkungan. Hasil penelitian ini diharapkan dapat sebagai pertimbangan dalam mengaplikasikan sistem refrigerasi kompresi uap dengan refrigeran campuran hidokarbon Musicool 134 dan CO2 dalam berbagai aplikasi seperti untuk penyimpanan
dan
pendistribusian
makanan,
penyejuk
udara
untuk
kenyamanan ruangan baik pada industri, perkantoran, transportasi dan rumah tangga.
