IV. METODE PENELITIAN 1. Waktu dan Tempat Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan Juni 2007 – Mei 2008 di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Kampus IPB, Bogor.
2. Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Refrigeran R-12, R-22, MC-12, MC-22 2. Pelumas (lubricant) yang sesuai dengan masing-masing refrigeran 3. Secondary rerigerant (brine) yang berupa etilena glikol, air pendingin kondensor. Sedangkan peralatan yang dipakai untuk penelitian ini antara lain adalah : 1. Satu unit Refrigeration Test Bench Model RNP-3000E buatan Tokyo Meter Jepang. Refrigeration Test Bench ini merupakan jenis mesin pendingin kompresi uap yang dirancang untuk refrigeran R-12. Tetapi mesin ini juga bisa dipakai untuk refrigeran R-22 dan R-502. Selain itu mesin ini dilengkapi dengan menggunakan secondary refrigerant (etilena glikol) dan telah dilengkapi sejumlah alat pengukur seperti termokopel, pengukur tekanan kWh meter, flowmeter untuk refrigeran dan untuk air pendingin.
Gambar 13 Mesin Refrigeration Test Bench Model RNP-3000E 2. Temperatur recorder untuk transduser termokopel Model 308123 buatan Yokogawa 3. Pompa vakum 4. Manifold atau compound gauge
3. Pembuatan Program Perhitungan Analisis Tahapan analisis eksergi yang dilakukan dalam penelitian ini diantaranya yaitu memasukkan data-data yang dibutuhkan seperti properti termodinamika refrigeran yang dipilih, suhu pada kondensor, temperatur evaporator, temperatur fluida pendingin kondensor, temperatur ruangan yang didinginkan, kapasitas refrigerasi dan efisiensi kompressor, tahap perhitungan oleh komputer, dan tahap tampilan hasil perhitungan. Refrigeran yang dipakai dalam analisis ini antara lain adalah refrigeran MC-22, refrigeran MC-12, refrigeran R-12, dan refrigeran R22. Analisis eksergi pada penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap simulasi dan validasi data. Beberapa tahap simulasi diantaranya (1) memasukkan data input yang dibutuhkan (sifat termodinamika refrigeran, suhu kompresor, suhu kondensor, suhu evaporator, suhu ruangan), (2) tahap perhitungan oleh komputer, dan (3) tahap penampilan hasil perhitungan. Pada simulasi ini digunakan data-data termal properti dari setiap masing-masing refrigeran yang diperoleh dari REFPROP 6.0. Data-data tersebut diolah dan kemudian dimasukkan ke dalam program Visual Basic 6.0, sehingga membentuk suatu simulasi analisis eksergi. P2, T2
T3 , m
P P2
P1, T1 T4
P1
h3 = h 4
h4 h1
h2
h
Gambar 14 Titik Pengukuran Kompresi Uap dalam Diagram P-h
Gambar 15 Titik Pengukuran Kompresi Uap dalam Diagram P-h Gambar 14 dan 15 metampilkan titik-titik pengukuran yang dipasang pada mesin pendingin kompresi uap Tipe Test Bench Model RNP-3000E. Pada titik P1 dan T1 refrigeran yang masuk kedalam kompresor akan dilkempa dari tekanan rendah ke tekanan tinggi, sehingga terjadi perubahan wujud dari gas jenuh menjadi gas panas lanjut. Setelah keluar dari kompresor (pada titik P2 dan T2), refrigeran yang bertekanan tinggi akan terkondensasi dan keluar dari kondensor dalam keadaan cair jenuh (T3). Akibat dari proses kondensasi ini suhu refrigeran akan turun. Selanjutnya didalam katup ekspansi terjadi penurunan tekanan yang diikuti dengan penurunan temperatur (T4in). Dengan terjadinya penurunan tekanan dan suhu di dalam katup ekspansi ini sebagian refrigeran cair berubah menjadi gas yang selanjutnya akan masuk kedalam evaporator. Di evaporator refrigeran akan mengambil panas yang tersedia dari beban, sehingga akibat penyerapan panas ini refrigeran berubah wujud dari cair gas menjadi gas jenuh.
Model perhitungan berdasarkan analisa eksergi dilakukan untuk menyelidiki pengaruh perbedaan refrigeran terhadap eksergi yang hilang pada siklus refrigerasi sistem kompresi uap. Analisa eksergi ini dikerjakan dengan bantuan komputer yang menggunakan program Visual Basic versi 6.0. Alur dari proses analisis eksergi yang dilakukan seluai dengan Flow Chart perhitungan yang ditampilkan pada Gambar 15.
4. Tahapan Pengambilan data. Saat pengambilan data, kondisi dari beban (load) dan laju aliran air diberikan sama. Disamping itu masing-masing refrigeran juga diuji pada mesin yang sama. Data yang diambil berupa (1) suhu masuk dan keluar kompresor (T1 dan T2), (2) suhu keluar dari kondensor (T3), suhu masuk dan keluar evaporator (4in dan T4out), serta (3) tekanan yang dihasilkan pada saat refrigeran keluar dan masuk dari kompresor (P1 dan P2), serta laju aliran refrigeran (FR ref).
5. Tahapan Perhitungan Perhitungan dilakukan dengan menggunakan program Visual Basic 6.0. Adapun data yang penting dimasukan adalah data properties masing-masing refrigeran, yaitu nilai Tekanan (P), enthalpy (h), entropy (s), volume spesifik (v), dan juga panas jenis (Cp) dalam keadaan jenuh (Saturated). Dari data tersebut akan dapat dihitung nilai enthalpy (h), entropy (s), volume spesifik (v), dan juga panas jenis (Cp) dengan memasukkan nilai suhu (T) dari setiap masing-masing Mulai
Pilih refigeran (R12, R22, MC12, MC22)
Input T1, T2, T3 T4in, T4out, Tlingk, Flow Ref, P1, P2
a
a
h4f = Entalpy cair jenuh masuk evaporator (kJ/kg) s4f = Entropic air jenuh masuk evaporator (kJ/kg) Fr.M = Fraksi massa
fr.M =
P1 P2 T1v T2v Cpg1 Cpg2 hv1 hv2 sv vs
= = = = = = = = = =
h4in − h4 f hv1 − h4 f
Tekanan masuk kompersor (kPa) Tekanan keluar kompersor (kPa) Temperatur gas jenuh keluar evaporator (0C) Temperatur gas jenuh masuk kondensor (0C) Panas jenis gas jenuh keluar evaporator (kJ/kg.K) Panas jenis gas jenuh masuk kondensor (kJ/kg.K) Enthalpy gas jenuh keluar evaporator (kJ/kg) Enthalpy gas jenuh masuk kondensor (kJ/kg) Entropy gas jenuh keluar evaporator (kJ/kg.K) Volume spesifik cair jenuh (m3/kg)
•
m
= laju aliran massa refrigeran (kg/s) •
m=
Flow Rf vs
Entalpi h3 = Entalpi keluar kondensor (kJ/kg) h4 in = Entalpi masuk evaporator (kJ/kg) h4 out = Entalpi keluar evaporator (kJ/kg) (Persamaan 3.10) h1 = Entalpi masuk kompresor (kJ/kg) (Persamaan 3.11) h2 = Entalpi keluar kompresor (kJ/kg) (Persamaan 3.12)
b
b
s4in s4 out s1 s2 s3
Entropi = Entropi masuk evaporator (kJ/kg.K) (Persamaan 3.15) = Entropi keluar evaporator (kJ/kg.K) (Persamaan 3.16) = Entropi masuk kompresor (kJ/kg.K) (Persamaan 3.17) = Entropi keluar kompresor (kJ/kg.K) (Persamaan 3.18) = Entropi keluar kondensor (kJ/kg.K)
Exergy Loss Ikomp = Eksergi yang hilang di kompresor (kW) (Persamaan 3.28) Ikond = Eksergi yang hilang di kondensor (kW) (Persamaan 3.29) Iexp = Eksergi yang hilang di katup ekspansi (kW) (Persamaan 3.30) Ievap = Eksergi yang hilang di evaporator (kW) (Persamaan 3.31)
WL = Kehilangan Eksergi Total (Persamaan 3.32)
WRev = Kerja Reversible (Persamaan 3.33)
Efisiensi Exergy (Persamaan 3.34)
c
c
Efek Pendinginan
Efek Pendinginan = h4 out − h4 in Kerja Kompresi
Kerja Kompresi = h2 − h1
Coefficient Of Performance (Persamaan 2.2)
Selesai
Gambar 16 Diagram Alir Simulasi Eksergi Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
