BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3.2. Bahan Penelitian Pada penelitian ini refrigeran yang digunakan adalah YescoolTM R-134a. 3.3. Alat Penelitian 3.3.1. Mesin Refrigerasi Peralatan yang digunakan dalam penelitian merupakan mesin refrigerasi yang terdiri dari beberapa komponen dasar yang disusun sesuai dengan Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Rangkaian alat pengujian
27
28
3.3.2. Komponen kelistrikan Penelitian ini menggunakan komponen-komponen sebagai berikut: a. Kompresor elektrik Kompresor yang digunakan dalam penelitian ini merupakan kompresor hermetik satu fasa berjenis rotary compressor. Kompresor memiliki daya input sebesar 585 W dan menghasilkan daya kompresi sebesar 0,75 pk. Kapasitas silinder dari kompresor tersebut adalah 12,2 cm3. b. Kondensor Tipe kondensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah flat tube unmixed cross flow condenser berpendingin udara dengan jumlah saluran 50 pipa dan jumlah laluan 2 passes. c. Receiver drier Receiver drier digunakan sebagai penyaring refrigeran yang keluar dari kondensor serta mengurangi kadar kelembaban refrigeran. Receiver drier juga digunakan untuk melihat aliran refrigeran yang bersirkulasi dalam sistem. d. Automatic expansion valve Katup ekspansi yang digunakan dalam penelitian ini adalah tipe block automatic expansion valve yang dibuat Denso dengan nomor seri 4475009190. e. Evaporator Evaporator yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis dry evaporator with direct-expansion cooling coil. Pertukaran kalor yang terjadi antara refrigeran dan udara berlangsung secara menyilang (cross-flow). f. Manual voltage regulator Voltage regulator berfungsi untuk mengatur besarnya tegangan keluaran dari input serta sebagai penyetabil tegangan. Voltage regulator menggunakan tipe manual, sehingga besarnya tegangan keluaran dapat diatur sesuai kebutuhan.
29
g. Transformator Transformator menggunakan tipe step-down sehingga dapat menurunkan besar tegangan dari manual voltage regulator. Transformator yang digunakan berjumlah 2 buah yang mana memiliki kapasitas kuat arus listrik 10A untuk rangkaian kipas kondensor dan 30A untuk rangkaian blower evaporator dan kompresor. h. Dioda penyearah Dioda penyearah berfungsi sebagai pengubah arus listrik bolak-balik (Alternate Current) menjadi arus listrik searah (Direct Current). i. Kapasitor Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan listrik dari rangkaian. Dalam penelitian ini kapasitor yang digunakan berkapasitas 10.000 µF. j. Saklar Saklar berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik secara manual. Pada rangkaian listrik sistem refrigerasi, saklar menghubungkan dan memutus arus listrik kompresor. k. Normally Open (NO) Relay Normally open (NO) relay berfungsi sebagai pengaman logika pada sistem kerja AC mobil. Dengan menggunakan NO relay, kompresor hanya akan menyala jika blower evaporator juga menyala. l. Sekring Sekring berfungsi sebagai pemutus arus listrik apabila terjadi hubungan arus pendek maupun arus berlebih. m. Pompa vakum Pompa vakum digunakan untuk mengeluarkan refrigeran beserta udara dan pengotor yang terdapat dalam sistem refrigerasi. Kondisi vakum diperlukan dalam rangka proses pengosongan sistem.
30
n. Manifold gauge Manifold gauge merupakan alat bantu dalam pengisian dan pengosongan refrigeran. Manifold terdiri dari tiga saluran, yaitu low pressure service, center service dan high pressure service. o. Can Tap Valve Can tap valve merupakan katup atau kran yang dipasang pada botol refrigeran yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran refrigeran yang keluar dari botol. p. Pipa Berkas perpipaan digunakan untuk sarana pengaliran fluida refrigeran. Pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 0,5 in. 3.3.3. Instrumen pengukuran Pengujian ini membutuhkan beberapa instrumen pengukuran yang akan digunakan untuk pengambilan data yang selanjutnya akan diolah dan dianalisa. Terdapat 18 titik pengukuran yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Diagram titik pengukuran pada alat uji
31
Data yang diambil akan dikelompokkan menjadi data temperatur, tekanan, kecepatan aliran udara, tegangan listrik dan kuat arus yang dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Keterangan diagram titik pengukuran dan instrumentasinya No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Notasi Keterangan Tdb1 Temperatur bola kering lingkungan Twb1 Temperatur bola basah lingkungan Tdb2 Temperatur bola kering keluar blower Twb2 Temperatur bola basah keluar blower T1 Temperatur masuk kompresor P1 Tekanan masuk kompresor T2 Temperatur keluar kompresor P2 Tekanan keluar kompresor T3 Temperatur masuk katup ekspansi P3 Tekanan masuk katup ekspansi T4 Temperatur keluar katup ekspansi V1 Tegangan listrik kipas kondensor I1 Kuat arus kipas kondensor V2 Tegangan listrik blower evaporator I2 Kuat arus blower evaporator V3 Tegangan listrik kompresor I3 Kuat arus kompresor Kecepatan aliran udara keluar blower v
Satuan Instrumen ºC Termometer ºC Termometer ºC Termometer ºC ºC psig ºC psig ºC psig ºC V A V A V A m/s
Termometer Termokopel Pressure gauge Termokopel Pressure gauge Termokopel Pressure gauge Termokopel Multimeter Clampmeter Multimeter Clampmeter Multimeter Clampmeter Anemometer
Berikut instrumen pengukuran yang digunakan dalam penilitian: a. Multimeter Besar tegangan pada komponen dibaca dengan menggunakan multimeter digital APPA 25 dengan tingkat akurasi sebesar ± (0.5% + 1 d). Multimeter juga digunakan sebagai pembaca suhu yang diukur termokopel dengan tingkat akurasi sebesar ± (1.5% + 2d). b. Clamp meter Clamp meter digunakan untuk mengukur besar kuat arus yang mengalir di sirkuit kipas kondensor, blower evaporator dan kompresor dengan tingkat akurasi sebesar ± 0.01A.
32
c. Anemometer Anemometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah Krisbow Tipe KW06-562, digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara pada fan kondensor dan saluran keluaran evaporator. Kecepatan aliran udara diukur dalam satuan m/s dengan tolerasi pengukuran sebesar ±0,05 m/s. d. Termometer Termometer yang digunakan berjenis termometer ekspansi dengan cairan di dalam kaca (liquid-in-glass expansion thermometer). Pada penelitian ini termometer diberi dua perlakuan, yaitu temperatur bola basah dan bola kering yang berfungsi sebagai pembaca suhu udara masuk dan keluar evaporator. e. Termokopel Termokopel yang digunakan dalam penelitian adalah termokopel tipe-K yang memiliki jangkauan pengukuran antara -270ºC hingga 1370 ºC. Termokopel tipe-K memiliki toleransi kesalahan sebesar 0,75%. Pembacaan termokopel tipe-K ini dibantu dengan menggunakan multimeter. f. Pressure gauge Pressure gauge adalah alat pengukur tekanan yang dipasang di sepanjang berkas perpipaan sistem refrigerasi. Pressure gauge yang digunakan memiliki tingkat akurasi sebesar ± 1psi. Tekanan yang diukur merupakan tekanan gauge lokal sesuai titik pengukuran.
33
3.4. Diagram Alir Penelitian Berikut tahapan – tahapan proses penelitian yang akan dilakukan: Mulai
Persiapan rangkaian alat
Proses Pemvakuman
Kebocoran?
Perbaikan
Y T Pengisian refrigeran
Variasi : 1. Pembuangan panas kondensor (I,II,III,IV) 2. Tingkat kecepatan blower evaporator (1,2,3,4)
Pengambilan data : 1. Temperatur 2. Tekanan 3. Kecepatan aliran udara 4. Tegangan listrik 5. Kuat arus Analisa data : 1. Dampak refrigerasi (RE) 2. Kerja Kompresi (Wc) 3. Koefisien prestasi (COP) 4. Kapasitas pendinginan 5. Energy Efficiency Ratio (EER) Kesimpulan
Selesai
Gambar 3.3. Diagram alir penelitian
34
3.5. Pelaksanaan Penelitian 3.5.1. Tahap Persiapan a. Persiapan Rangkaian Alat Menyusun rangkaian alat uji yang terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, katup ekspansi dan komponen penunjang lainnya seperti yang terlihat pada Gambar 3.1. b. Proses Pemvakuman Proses pemvakuman pada sistem bertujuan untuk mengkosongkan sistem dari udara (vacuum) dan zat pengotor. Tahapan pemvakuman alat uji adalah: 1. Mempersiapkan manifold gauge beserta selang dan pompa vakum 2. Menghubungkan selang berwarna biru pada service manifold dengan nipple pipa hisap kompresor tekanan rendah. 3. Menyambungkan selang berwarna kuning pada bagian tengah service manifold dan dihubungkan dengan pompa vakum. 4. Buka katup tekanan rendah (Lo) yang berwarna biru secara perlahan dan pastikan katup tekanan tinggi (Hi) yang berwarna merah tertutup rapat. 5. Menghidupkan mesin pompa vakum sehingga seluruh udara dan zat pengotor yang ada di dalam sistem akan terhisap hingga vacuum gauge tekanan rendah menunjukkan nilai yang turun dari 0 psi menjadi -30 in Hg. 6. Menutup katup tekanan rendah setelah proses pemvakuman selesai. 7. Cek jarum penunjuk vaccum gauge tekanan rendah, jika tetap berada di posisi -30 in Hg maka sistem telah berhasil dikosongkan dan tidak mengalami kebocoran. Jarum penunjuk vacuum gauge akan mengalami kenaikan bila tejadi kebocoran pada sistem. 8. Untuk mendeteksi letak kebocoran, kompresikan udara kedalam sistem. Percikkan air sabun di bagian yang rawan terhadap kebocoran seperti berkas perpiaan dan sambungan sambungan. 9. Melakukan
perbaikan
pada
bagian
yang
mengalami
kebocoran.
Kebocoroan ditandai dengan adanya gelembung - gelembung kecil pada komponen yang bermasalah. 10. Melakukan pemvakuman kembali setelah sistem diperbaiki.
35
c. Pengisian Refrigeran Pengisian refrigeran dilakukan setelah kondisi vakum pada sistem tercapai. Tahapan pengisian refrigeran adalah sebagai berikut: 1. Mempersiapkan manifold gauge beserta selang, refrigeran R-134a dan can tap valve. 2. Memasang can tap valve pada botol refrigeran dan menutup kran hingga melubangi botol refrigeran. 3. Menghubungkan selang berwarna biru pada service manifold dengan nipple pipa hisap kompresor tekanan rendah. 4. Menyambungkan selang berwarna kuning pada bagian tengah service manifold dan dihubungkan dengan saluran keluar can tap valve botol refrigeran. 5. Buka katup tekanan rendah (Lo) yang berwarna biru dan buka kran botol refrigeran secara perlahan. 6. Menghidupkan kompresor sistem refrigerasi. Refrigeran akan mengalir masuk dari botol menuju sistem. 7. Membuka can tap valve secara perlahan sehingga kondisi tekanan Lo menjadi 40 psig. 8. Menutup katup tekanan rendah pada service manifold dan amati tekanan rendahnya. Apabila tekanan rendah stabil pada angka 40 psig, maka proses pengisian refrigeran sudah berhasil dilakukan. 3.5.2. Tahap Pengujian a. Variasi pembuangan panas Pengujian dilakukan dengan memberikan variasi pada pembuangan panas kondensor dan pembebanan evaporator. Variasi pembuangan panas dilakukan dengan cara merubah kecepatan putar blower. Perbedaan kecepatan putar blower pada kondensor mempengaruhi kecepatan udara yang melewati kondensor, seperti yang terlihat pada tabel 3.2.
36
Tabel 3.2. Pembuangan panas kondensor Variasi
Tegangan Blower (V)
I
7
Kecepatan Udara (m/s) 4,83
II
8
5,43
III
9
5,88
IV
10
6,88
Setiap satu variasi pembuangan panas kondensor akan diambil 4 variasi data berdasarkan kecepatan blower evaporator, seperti yang terlihat pada tabel 3.3. Sehingga tahap pengujian akan menghasilkan 16 data variasi. Tabel 3.3. Pembebanan evaporator
1
Kecepatan Udara (m/s) 2,35
2
3,50
3
4,80
4
6,80
Beban Evaporator
b. Pengambilan Data Proses pengambilan data dilakukan setelah pengisian refrigeran berhasil dilakukan dan sistem tidak mengalami kebocoran. Tahapan pengoperasian alat uji dan pengambilan data adalah sebagai: 1. Menyalakan power suply. 2. Menghidupkan kipas kondensor dengan mengatur pembuangan panas kondensor pada tipe I. 3. Menghidupkan saklar dan mengatur beban evaporator pada tingkat 1. 4. Melakukan pengambilan data setelah sistem mencapai kondisi steady state. 5. Melakukan pengambilan data kembali untuk variasi beban evaporator pada tingkat 2, 3, dan 4 dan tipe pembuangan panas kondensor II, III, IV.
37
3.6. Metode Analisis Data Proses pengolahan data dilakukan setelah mendapatkan semua data yang diperlukan. Dari input data berupa temperatur dan tekanan akan diperoleh nilai entalpi spesifik. Tegangan dan kuat arus listrik digunakan untuk menghitung total konsumsi daya. Sementara kecepatan aliran udara pada blower evaporator diolah menjadi laju aliran massa udara. Data - data tersebut digunakan untuk menghitung dampak refrigerasi (RE), kerja kompresi (Wc), koefisien prestasi (COP), kapasitas pendinginan, total konsumsi energi dan energy efficiency ratio (EER). Setelah itu dibuat grafik hubungan antara besar pembuangan panas dengan dampak refrigerasi (RE), kerja kompresi (Wc), koefisien prestasi (COP), kapasitas pendinginan maupun energy efficiency ratio (EER).
