FARID NUR SANY - 2106 100 154 DOSEN PEMBIMBING: ARY BACHTIAR KRISHNA PUTRA, ST, MT, Ph.D
LATAR BELAKANG SUHU BUMI MENINGKAT
TINGKAT KENYAMANAN MANUSIA MENINGKAT
R-12 MEMPUNYAI ODP YANG TINGGI
LARANGAN PEMAKAIAN R-12 SEBAGAI FLUIDA KERJA DARI ALAT PENDINGIN UDARA
KEBUTUHAN TERSEDIANYA ALAT PENDINGIN UDARA DI RUMAH DAN TEMPAT UMUM MENINGKAT
PENGGANTIAN FLUIDA KERJA ALAT PENDINGIN UDARA DARI R-12 MENJADI R-134a
TERDAPAT PELUANG UNTUK MEMAKSIMALKAN KINERJA ALAT PENDINGINAN UDARA
LATAR BELAKANG IDE UNTUK MENINGKATKAN KINERJA ALAT PENDINGINAN UDARA
KEMAMPUAN KOMPRESOR UNTUK DIRUBAH PUTARANNYA SESUAI DENGAN YANG KITA INGINKAN
PENGGUNAAN INVERTER SEBAGAI MEDIA PENGATUR PUTARAN KOMPRESOR
VARIASI PUTARAN KOMPRESOR
PUTARAN YANG MAMPU MEMBUAT ALAT PENDINGIN UDARA BEKERJA MASIMAL SETELAH DILAKUKAN PENGGANTIAN REFRIJERAN
PERUMUSAN MASALAH 1. BAGAIMANA UNJUK KERJA SISTEM REFRIJERASI (DENGAN R-12 SEBAGAI ORIGINAL REFRIJERANNYA) JIKA DIGUNAKAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12 ? 2. BAGAIMANA PENGARUH VARIASI PUTARAN KOMPRESOR TERHADAP UNJUK KERJA SISTEM REFRIJERASI ?
TUJUAN 1. MENGETAHUI KARAKTERISTIK SISTEM REFRIJERASI DENGAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12 2. MENGETAHUI PENGARUH VARIASI PUTARAN KOMPRESOR TERHADAP KINERJA SISTEM REFRIJERASI 3. MEMAKSIMALKAN KINERJA SISTEM REFRIJERASI DENGAN R-134a SEBAGAI FLUIDA KERJA PENGGANTI R-12
BATASAN MASALAH
1. SISTEM BEKERJA DALAM KONDISI TUNAK (STEADY STATE).
2. TIDAK ADA HEAT LOSS PADA PIPA SALURAN REFRIJERAN. 3. TIDAK ADA LOSSES ENERGY PADA DUCTING KONDENSOR.
4. LAJU ALIR MASSA REFRIJERAN DIANGGAP KONSTAN DAN DIHITUNG BERDASARKAN BALANS ENERGI PADA KONDENSOR 5. KOMPRESOR YANG DIGUNAKAN ADALAH KOMPRESOR TORAK SINGLE ACTING 6. PERUBAHAN KELEMBABAN UDARA PADA INLET DAN OUTLET DUCTING SANGAT KECIL DAN DAPAT DIABAIKAN
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU 1. N.E. Carpenter, 1992, Retrofitting HCFC134a into existing CFC12 Systems BERPENDAPAT BAHWA R-134a MEMPUNYAI KELARUTAN (SOLUBILITY) YANG
SANGAT RENDAH DENGAN PEMAKAIAN MINERAL OIL PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA, MAKA PENGGANTIAN REFRIJERAN DARI R-12 KE R134a SECARA LANGSUNG AKAN BERAKIBAT KETIDAKMAKSIMALAN PADA SISTEM PADA SAAT DILAKUKAN PENGGANTIAN REFRIJERAN, MAKA PERLU DILAKUKAN JUGA PENGGANTIAN MINERAL OIL MENJADI ESTER OIL SERTA DILAKUKAN BEBERAPA PENGGANTIAN KOMPONEN (KATUP EKSPANSI, DRIER, DLL) SESUAI DENGAN YANG DIBUTUHKAN REFRIJERAN R-134a
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU HASIL YANG DIDAPATKAN DARI PENGUJIAN PENGGANTIAN REFRIJERAN R-12 DENGAN R-134a ADALAH SEBAGAI BERIKUT :
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU
2. Yongmei Xuan, Guangming Chen, 2004, Experimental study on HFC161 mixture as an alternative refrigerant to R502 MELAKUKAN PERCOBAAN DENGAN MENGGUNAKAN REFRIJERAN R-161 SEBAGAI PENGGANTI R-502 PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA PENGUJIAN DILAKUKAN DENGAN MEMBANDINGKAN UNJUK KERJA SISTEM DENGAN PEMAKAIAN FREIJERAN R-161 DAN R-404 (REFRIJERAN YANG DINYATAKAN SEBAGAI PENGGANTI RESMI R-502)
HASIL PENGUJIAN
DASAR TEORI
PENELITIAN TERDAHULU
3. Ki-Jung Park et al, 2007, Experimental performance of R432A to replace R22 in residential air-conditioners and heat pumps DILAKUKAN BERDASARKAN DATA YANG MENYEBUTKAN BAHWA R-432a TIDAK MEMPUNYAI ODP DAN MEMPUNYAI EFEK RUMAH KACA YANG KECIL PERCOBAAN DILAKUKAN PADA PERANGKAT PENDINGIN UDARA DAN HEAT PUMP BENCH TEST DENGAN R-22 SEBAGAI ORGINAL REFRIJERANNYA
HASIL YANG DIDAPATKAN :
DASAR TEORI
SIKLUS KOMPRESI UAP STANDAR
1-2 : KOMPRESI ADIABATIK 2-3 : PELEPASAN KALOR ISOTHERMAL 3-4 : EXPANSI ADIABATIK 4-1 : PEMASUKAN KALOR ISOTHERMAL
DASAR TEORI
KOMPONEN UTAMA SISTEM PENDINGINAN UDARA
1.
2.
KONDENSOR KOMPONEN YANG MEMBUANG PANAS DARI REFRIJERAN KE UDARA LUAR TERJADI PERBEDAAN FASE PADA INLET DAN OUTLET KONDENSER Q YANG TERBUANG SEBESAR : m (h3 h2 ) Q BERNILAI NEGATIF KARENA KONDENSOR MEMBUANG KALOR
EXPANSION DEVICE
SALAH SATU KOMPONEN UTAMA PADA SISTEM PENDINGINAN UDARA BERFUNGSI UNTUK MENURUNKAN TEKANAN DAN MENGATUR LAJU ALIRAN MASSA REFRIJERAN TERDAPAT BERBAGAI MACAM JENIS EXPANSION DEVICE, ANTARA LAIN THERMOSTATIC EXPANSION VALVE (TXV), AUTOMATIC EXPANSION VALVE (AXV), CAPILARY TUBE, DLL
DASAR TEORI
KOMPONEN UTAMA SISTEM PENDINGINAN UDARA 3.
EVAPORATOR
KOMPONEN YANG MENYERAP PANAS DARI DALAM RUANGAN KE REFRIJERAN TERJADI KENAIKAN ENTHALPY PADA SAAT REFRIJERAN MENYERAP PANAS RUANGAN SEMAKIN BESAR PERUBAHAN ENTHALPHY YANG TERJADI, SEMAKIN BAIK KINERJA SISTEM PENDINGINAN UDARA, DIKETAHUI DARI :
Q e m (h1 h4 )
4.
KOMPRESOR
MENGKOMPRESI UAP REFRIJERAN SEMAKIN SEDIKIT DAYA YANG DI BUTUHKAN KOMPRESOR MAKA SEMAKIN BAIK KINERJA KOMPRESOR DAYA KOMPRESOR DAPAT DIKETAHUI DARI PERSAMAAN :
Wc m (h2 h1 )
DASAR TEORI
KLASIFIKASI KOMPRESOR
DASAR TEORI PERFORMANSI KOMPRESOR 1. Kebutuhan Daya Kompresor
.hi Pm
2. Kapasitas Refrijerasi Kompresor
(h1 h4 ) Qm 3. Effisiensi Volumetric Kompresor
laju alir volume yang memasuki kompresor, m 3 / det ik v laju volume langkah kompresor, m 3 / det ik
v 0.97 [(1 / f ).rp1/ k 1].c L
DASAR TEORI
BALANS ENERGY PADA KONDENSOR
Q yang dilepas refrijeran Q yang diterima udara
udara x Cpudara x Toutlet-inlet udara m refrijeran x Cprefrijeran x Toutletinlet refrijeran m Dengan
nilai densitas , vkecepatan , dan frontal area A pada udara, maka
udara.v.A x Cpudara x Toutletinlet udara m refrijeran x Cprefrijeran x Toutletinlet refrijeran m refrijeran
udara.v. A x Cpudara x Toutletinlet udara Cp refrijeran x Toutletinlet refrijeran
DASAR TEORI
COEFFISIEN OF PERFORMANCE (COP) NILAI COP DIDAPATKAN DENGAN CARA MEMBANDINGKAN PANAS YANG DISERAP OLEH EVAPORATOR (Qe) DENGAN KERJA YANG DIBUTUHKAN KOMPRESOR (Wc)
e Q COP c W DENGAN MEMASUKKAN NILAI Qe DAN Wc DIDAPATKAN:
COP
(h1 h4 ) m (h2 h1 ) m
DENGAN MENGHILANGKAN
COP
h1 h4 h2 h1
, MAKA DIDAPATKAN : m
DASAR TEORI
RECTIFIER DAN INVERTER RECTIFIER : MENERIMA ARUS BOLAK-BALIK (AC) KEMUDIAN DIKONVERSIKAN MENJADI ARUS DC DAN DINAIK-TURUNKAN SESUAI DENGAN BESARAN ARUS YANG DIINGINKAN INVERTER : DARI ARUS DC YANG SUDAH SESUAI DENGAN BESAAN YANG DIINGINKAN, KEMUDIAN DIKONVERSIKAN LAGI KE ARUS AC . SETELAH ITU DIALIRKAN KE PERALATAN YANG MEMBUTUHKAN SUMBER DAYA SIFAT INVERTER : V/f KONSTAN, MAKA UNTUK V YANG BERUBAH f JUGA BERUBAH. APABILA V TETAP MAKA ARUS AKAN TURUN JIKA FREKUENSI NAIK, BEGITU PULA SEBALIKNYA.
DASAR TEORI
VARIABLE SPEED COMPRESOR MEMBERIKAN PUTARAN YANG BERUBAH-UBAH TERHADAP KINERJA SISTEM PENDINGINAN UDARA DENGAN PUTARAN YANG BERUBAH-UBAH, MAKA KEBUTUHAN LAJU ALIR MASSA REFFRUJERAN JUGA MAMPU BERUBAH-UBAH SESUAI DENGAN KEBUTUHAN LAJU ALIR MASSA REFRIJERAN DAPAT DISESUAIKAN DENGAN KEBUTUHAN SESUAI DENGAN COLLING LOAD YANG ADA PUTARAN KOMPRESOR DAPAT DIKETAHUI DARI PERSAMAAN :
N 120 X f X (1 - s)p
START
IDENTIFIKASI MASALAH
PERUMUSAN MASALAH
METODOLOGI
TAHAPAN PENELITIAN
STUDY LITERATUR
IDENTIFIKASI MASALAH
PERANCANGAN PERALATAN
PERUMUSAN MASALAH
PENGAMBILAN DATA
PENGOLAHAN DATA
ANALISA DATA
KESIMPULAN DAN SARAN END
STUDY LITERATUR PERANCANGAN PERALATAN PENGAMBILAN DAN PENGOLAHAN DATA ANALISA DATA KESIMPULAN DAN SARAN
METODOLOGI
PERALATAN YANG DIGUNAKAN
Alat-alat ukur yang digunakan : 1. Pressure gauge 2. Thermocouple 3. Anemometer 4. Voltmeter 5. Amperemeter
Inverter Siemens sinamics G110 Input voltage : 220 V – 240 V Power range : 0.12 kW – 3.0 kW Input frequensi : 47 Hz – 63 Hz Output frequency : 0 Hz – 650 Hz Cos phi : > 0.95
METODOLOGI
SKEMA SISTEM DAN POSISI PENGUKURAN Pengukuran yang dilakukan di setiap titik antara lain : 1. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 2. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 3. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 4. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 5. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 6. Dilakukan pengukuran temperatur dan tekanan refrijeran. 7. Dilakukan pengukuran temperatur dan kecepatan udara. 8. Dilakukan pengukuran temperatur udara 9. Dilakukan pengukuran tegangan, arus, dan frekuensi listrik
START HEATER N, N=1,2,3 REFRIJERAN 1/REFRIJERAN 2 1 = R-12; 2 = R-134a KATUP EKSPANSI TXV DAN PIPA KAPILER
METODOLOGI
CEK KONDISI PERALATAN
DIAGRAM ALIR PERCOBAAN
PENGISIAN REFRIJERAN 1 (R-12) RUNNING PERALATAN PEMAKAIAN KATUP EXPANSI PIPA KAPILER
BEBAN PENDINGINAN DENGAN 1 HEATER PENGAMBILAN DATA Ti comp, To comp, Pi comp, Po comp, Ti e, To e, Pi e, Po e, Ti cond, To cond, Pi cond, Po cond, mass flow refrijeran VOLT, AMPERE
KETIGA HEATER SUDAH DIGUNAKAN ? PENGGUNAAN KATUP TXV SUDAH DIGUNAKAN KATUP TXV ? PENGISIAN REFRIJERAN 2 R-134a SUDAH DILAKUKAN PENGAMBILAN DATA DENGAN REFRIJERAN 2 ?
SHUT DOWN PERALATAN END
PENGGUNAAN 2 DAN 3 HEATER SECARA BERURUTAN DAN BERTAHAP
START HEATER N, N=1,2,3 SET POINT INVERTER S, S=1,2,3,4,5 REFRIJERAN R-134a
METODOLOGI
PENGECEKAN KONDISI PERALATAN
DIAGRAM ALIR PERCOBAAN
RUNNING PERALATAN DENGAN INVERTER PENGGUNAAN KATUP PIPA KAPILER BEBAN PENDINGINAN DENGAN 1 HEATER SET INVERTER PADA PUTARAN 1 PENGAMBILAN DATA Ti comp, To comp, Pi comp, Po comp, Ti e, To e, Pi e, Po e, Ti cond, To cond, Pi cond, Po cond, mass flow refrijeran
HEATER YANG DIPAKAI 3 ?
PENAMBAHAN SET POINT S+1
SET POINT INVERTER 5 ?
SUDAH DIPAKAI KATUP TXV ?
SHUT DOWN PERALATAN
END
PENGGUNAAN 2 DAN 3 HEATER SECARA BERURUTAN DAN BERTAHAP
PEMAKAIAN KATUP TXV
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R12
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R12
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R134a
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN REFRIJERAN R134a
GRAFIK LAJU ALIR MASSA FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
0.005 0.0045 0.004 heater 1
0.0035
heater 2
0.003
heater 3
0.0025 0.002 0.0015 5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
• ṁ = ρ.V.A
7980
laju alir massa refrijeran (kg/s)
laju alir massa refrijeran (kg/s)
laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 0.005 0.0045 0.004
heater 1
0.0035
heater 2
0.003
heater 3
0.0025 0.002 0.0015 5700
6270
6840
7410
7980
putaran kompresor (rpm)
• semakin besar tekanan evaporator, semakin lebar bukaan katup ekspansi
700
Q evaporator= f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
700
600 500
heater 1 heater 2 heater 3
400 300 200 100 0
Q evaporator (watt)
Q evaporator (watt)
GRAFIK Q evaporator FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR Q evaporator= f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
600 500
heater 1 heater 2 heater 3
400 300 200 100 0
5700
6270
6840
7410
7980
putaran kompresor (rpm)
• semakin besar beban pendinginan yang diberikan, maka keluaran evaporator semakin superheat • semakin tinggi tekanan kerja evaporator, semakin besar kalor laten yang diperlukan
5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
• Q evaporator = ṁ(h1-h4) • semakin tinggi tekanan kerja evaporator, semakin besar kalor laten yang diperlukan
700
Q kondensor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
600 500
heater 1 heater 2 heater 3
400 300 200 100 0 5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
Q kondensor (watt)
Q kondensor (watt)
GRAFIK Q kondensor FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR
800 700 600 500 400 300 200 100 0
Q kondensor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
heater 1 heater 2 heater 3
5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
• Q kondensor = Q evaporator + W kompressor • besarnya panas yang dikeluarkan sesuai dengan besarnya panas yang diserap + besarnya daya yang diberikan ke kompresor
7980
GRAFIK W input KOMPRESOR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 250
200
heater 1
150
heater 2 100
heater 3
50
W input (watt)
W input (watt)
250
W input kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
W input kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
200 heater 1
150
heater 2 100
heater 3
50
0
0 5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
Pressure ratio menurun, kerja kompressor meningkat
7980
heater 1 heater 2 heater 3
Ws (watt)
5700
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
Wref (watt)
160 140 120 100 80 60 40 20 0
W ref kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
W ref kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
heater 1 heater 2 heater 3
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
heater 1 heater 2 heater 3
5700
Ws kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler
5700
160 140 120 100 80 60 40 20 0
7980
Ws (watt)
Wref (watt)
GRAFIK W ref dan Ws KOMPRESOR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
Ws kompresor = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV heater 1 heater 2 heater 3
5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler heater 1 heater 2 heater 3
5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
7980
COP input (watt)
COP input (watt)
COP aktual FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV heater 1 heater 2 heater 3
5700
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
Qevaporator COP Winput kompresor
7980
HRR FUNGSI PUTARAN KOMPRESOR HRR = f (putaran kompresor) katup ekspansi TXV
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
heater 1 heater 2
heater 3
5700
6270
6840
7410
7980
HRR
HRR
HRR = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
heater 1 heater 2 heater 3
5700
putaran kompresor (rpm)
6270
6840
7410
putaran kompresor (rpm)
• nilai tidak kurang dari 1 • Qkondensor
HRR
Qevaporator
7980
KESIMPULAN 1. pada penggunaan katup ekspansi kapiler, laju alir massa refrijeran mencapai maksimum untuk setiap beban pendinginan yang digunakan pada putaran kompresor 6840 rpm, Sedangkan pada penggunaan katup ekspansi TXV, laju alir massa refrijeran cenderung konstan seiring dengan kenaikan putaran kompresor. 2. Q evaporator yang diserap mencapai maksimum pada putaran 6840 rpm untuk setiap beban pendinginan yang digunakan dengan penggunanaan katup ekspansi kapiler dan bernilai konstan untuk setiap beban pendinginan yang diigunakan untuk penggunaan katup ekspansi TXV. 3. Q kondensor yang dilepaskan mencapai maksimum pada putaran 6840 rpm untuk setiap beban pendinginan yang digunakan dengan penggunanaan katup ekspansi kapiler dan bernilai konstan untuk setiap beban pendinginan yang diigunakan untuk penggunaan katup ekspansi TXV.
KESIMPULAN 4. Kerja yang dibutuhkan kompresor cenderung menurun seiring dengan kenaikan putaran kompresor baik untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupuun TXV. 5. COP sistem mencapai maksimum pada putaran kompresor 6840 rpm untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupun TXV. 6. HRR cenderung bernilai konstan untuk penggunaan katup ekspansi kapiler maupun TXV seiring dengan kenaikan putaran kompresor.
TERIMA KASIH MOHON MASUKAN DAN SARAN DEMI KESEMPURNAAN TUGAS AKHIR
