Kata kunci : coefficient of performance, efek refrigerasi, high stage, low stage, siklus cascade

1

PENGARUH MODIFIKASI HEAT EXCHANGER TIPE CONCENTRIC TUBE TERHADAP PERFORMANCE SISTEM REFRIGERSI CASCADE DENGAN VARIASI LAJU PENGELUARAN KALOR PADA KONDENSOR HIGH – STAGE DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGERAN MC-22 DAN R-404A Leo Kurniawan dan Ary Bachtiar Krishna Putra Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected] Abstrak - Sistem refrigerasi cascade terdiri atas satu sistem

sebagai high stage (HS) dan sistem lainnya sebagai low stage (LS). Dua sistem refrigerasi ini dihubungkan alat penukar kalor yang menghubungkan evaporator sistem high stage dan k ondenser sistem low stage. Pada studi kali ini akan di lakukan modifikasi heat exchanger tipe concentric tube yang digunakan pada s tudi sebelumnya. Dimana pada ha sil pengujian sebelumnya, terlihat sistem refrigersi cascade belum bekerja maksimal sehingga mengakibatkan kerja kompresor menjadi naik dan CO P yang didapatkan masih belum sesuia dengan yang diharapkan Studi akan dilakukan dengan menggunakan refrigerant MC-22 pada high stage dan R-404A pada low stage. Metode yang digunakan dalam pengambilan data yaitu dengan cara melakukan 5 variasi kecepatan fan pada kondensor high, kemudian menunggu sistem dalam kondisi stedy. Proses pengambilan data dilakukan setiap 5 menit sekali, dimana lama waktu pengambilan data setiap vavriasi kecepatan adalah 20 m enit. Dalam proses pengambilan data ada beberapa inputan yang akan diperolah yaitu temperature keluaran kondensor, temperature dan t ekanan sistem, kecepatan udara keluaran kondensor. Setelah itu data yang diperoleh akan dinalisa. Proses pengambilan data dilakukan di laboratorium Pendingin dan Pengkondisian Udara jurusan Teknik Mesin ITS. Hasil yang didapatkan dari studi eksperimen ini adalah dengan bertambahnya laju pengeluaran kalor pada kondensor HS, temperatur dan t ekanan kondensor HS semakin kecil. Hal ini mengakibatkan efek r efrigerasi, kapasitas refrigerasi, dan koefisien prestasi akan semakin naik. Pada saat variasi kecepatan fan tertinggi 2,8 m/s, nilai effectiveness alat penukar kalor tipe concentric sebesar 99,19%, COP sistem sebesar 0,91, kapasitas refrigerasi sebesar 1,612 kW, temperatur evaporator LS sebesar 40,20C, dan temperatur kabin terendah sebesar -39,8 0C. Kata kunci : coefficient of performance, efek refrigerasi, high stage, low stage, siklus cascade.

I. PENDAHULUAN Sistem refrigerasi cascade terdiri atas satu sistem sebagai high stage (HS) dan sistem lainnya sebagai low stage (LS). Dua sistem refrigerasi ini dihubungkan alat penukar kalor yang menghubungkan evaporator sistem high stage dan kondenser sistem low stage. Pada alat penukar kalor panas yang dilepaskan kondenser di sistem low stage diserap evaporator dari sistem high stage. Pada penelitian sebelumnya, Subrida,faberto [1] telah melakukan studi v ariasi laju pengeluaran kondensor dengan menggunakan heat exchanger tipe concentric tube. Prinsip kerja dari heat exchanger yaitu memadukan antara kondensor high stage dan evaporator low-stage dengan arah aliran fluida yang uberlawanan. Dimana panas yang dilepas oleh kondensor akan diserap oleh evaporator sehingga temperatur dan tekanan fluida kerja s etelah keluar dari kondensor low stage menjadi turun dan membuat tempertur

pada evavorator low stage semakin rendah. Demikian pula pada evaporator high-stage penyerapan kalor dari kondensor mengakibatkan temperatur dan tekanan keluaran dari evaporator high stage menjadi naik dan membuat ke rja kompresor menjadi turun. Pada studi kali ini akan di lakukan modifikasi heat exchanger tipe concentric tube yang digunakan pada studi sebelumnya. Dimana pada hasil pengujian sebelumnya, terlihat sistem refrigersi cascade belum bekerja maksimal. Hal ini dikarenakan spesifikasi serta ukuran heat exchanger yang digunakan belum memadai, sehingga k ondisi fluida kerja sebelum masuk kompresor high stage masih berada pada area saturated vapor. Hal ini mengakibatkan kerja kompresor menjadi naik da n COP yang didapatkan masih belum sesuia dengan yang diharapkan. Dari hal tersebut diharapkan dengan melakukan modifikasi pada heat exchanger t ipe concentric tube pada sistem refrigerasi cascade mampu menghasilkan temperatur yang lebih rendah, meninggkatkan efisiensi de ngan mengurangi besarnya pemakaian daya akibat kerja kompresor yang besar, serta COP yang lebih baik. pada studi kali ini akan dilakukan pengujian pengaruh modifikasi heat exchanger tipe concentric tube sistem refrigerasi cascade dengan melakukan variasi laju pengeluaran kalor pada kondensor high-stage. Sehingga dapat diketahui pengaruh modifiksi heat exchanger tipe concentric tube, karateristik sistem refrigerasi cascade dan karateristik heat exchanger tipe concentirc terhadap laju pengeluaran kalor dikondensor high stage. II. URAIAN PENELITIAN A. Siklus Refrigerasi Cascade Sistem refrigerasi cascade terdiri dari dua sistem refrigerasi s iklus t unggal. Sistem pertama disebut high stage dan sistem kedua disebut low stage. Pada prinsipnya efek refrigerasi yang dihasilkan oleh evaporator high stage dimanfaatkan untuk menyerap kalor yang dikeluarkan oleh kondensor low stage sehingga didapatkan temperatur yang sangat rendah pada evaporator low stage. Secara skematis dapat digambarkan sebagai berikut :

2

h in

.

3.

B. Komponen Sistem Refrigerasi Cascade 1. Kondensor Kondensor berfungsi sebagai pembuang panas (heat rejection) dari dalam sistem ke luar sistem. Pada saat refrigeran memasuki kondensor, maka refrigeran akan mengalami perubahan fase dari gas menjadi cair (terkondensasi). Perubahan ini mengakibatkan pengecilan entalpi refrigeran. Perubahan tersebut dapat dilihat persamaan berikut : h in

ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

Condensor

𝑄𝑄̇𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 h out

ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

h out

Gambar 4 Model sistem pada evaporator

𝑄𝑄̇𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 =

Sistem seperti pada gambar 2.1 digunakan untuk menghemat pemakaian daya kompresor dan mendapatkan kapasitas pendinginan yang lebih baik dari sistem refrigerasi tunggal. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar diagram T-s dan gambar diagram P-h dimana untuk mencapai kapasitas pendinginan yang lebih baik digunakan dua buah kompresor dengan daya total pemakaian kedua kompresor hampir sama dengan jumlah daya yang digunakan pada sistem refrigersi tunggal.

Evaporator

𝑄𝑄̇𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒

Gambar 2.1 Siklus refrigerasi cascade dan diagaram T-s

Gambar 2 diagram P-h sikslus refrigersi cascade.

ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

m 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 (ℎ𝑖𝑖𝑖𝑖 − ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 )

(2.2)

Katup expansi Expansion device menjadi komponen penentu dalam sistem pendinginan udara. Komponen ini fungsinya menurunkan tekanan serta mengatur laju aliran massa refrigeran. Terdapat berbagai macam tipe dan jenis dari expansion device, beberapa diantaranya adalah : a) Capillary tube Pipa kapiler merupakan pipa berdiameter kecil, yang ditempatkan antara bagian sistem bertekanan tinggi dan bagian sistem bertekanan rendah. Fungsinya adalah untuk menurunkan tekanan refrigeran sehingga terjadi penurunan temperatur di evaporator.

Gambar 5 Pipa kapiler

b) Thermostatic expansion valve (katup ekspansi thermostatik) Katup ekspansi thermostatik (TXV) digunakan pada sistem pendingin yang kompleks, katup ini terdiri atas elemen (sensor), bola kecil yang diisi cairan khusus dengan ukuran yang tepat, elemen tersebut dihubungkan ke bodi melalui pipa kapiler, bodi dibuat dari kuningan , menjadi tempat pertemuan pipa cairan dan pipa evaporator, jarum dan dudukan (seat) terletak dalam bodi, jarum dihubungkan dengan balon metal yang fleksibel atau diafragma, balon tersebut di buat bergerak oleh batang yang dihubungkan pada sisi lain pada balon yang diberi seat atau diafragma (elemen power) yang dihubungkan dengan bola sensor melalui pipa kapiler.

Gambar 3 Model sistem pada kondensor

𝑄𝑄̇𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑥𝑥 (ℎ𝑖𝑖𝑖𝑖 − ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 )

(2.1)

2.

Evaporator Komponen ini berfungsi untuk menyerap panas dari ruangan. Panas tersebut diserap dan dialirkan melalu heat exchanger kemudian dipindahkan ke refrigeran. Pada saat refrigeran menyerap panas, maka enthalpi refrigeran akan meningkat. Semakin banyak kenaikan entalpi pada refrigeran selama di evaporator maka semakin baik pula kinerja perangkat pendinginan udara yang terpasang. Berikut gambaran sistem dan perumusan pada evaporator :

Gambar 6 Gambar katup ekspansi thermostatik (TXV).

4.

Kompresor Kompresor berfungsi untuk mengkompresi refrigeran uap agar mempunyai tekanan yang tinggi untuk memasuki kondensor. Dengan adanya kompresi ini maka terjadi perbedaan tekanan antara sisi keluar (discharge line) dengan sisi hisap (suction line) yang menyebabkan refrigeran dapat mengalir dalam sistem refrigerasi. Berikut skema dan perumusan kompresor pada high stage dan low stage :

3

ṁ

h in

W c

𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 =

ṁ

Gambar 7 Model sistem pada kompresor

 (h2 − h1 ) W clS = m

(2.3)

W cHS = m (h6 − h5 )

(2.4) Alat penukar panas Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Berikut model sistem dan persamaan heat exchanger yang digunakan : 5.

(2.5) (2.6)

C. laju aliran massa refrigeran pada high stage

Untuk menghitung besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan kesetimbangan energi yang terjadi pada kondensor high stage.

𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

� m 𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑥𝑥𝐶𝐶𝐶𝐶𝑢𝑢 𝑥𝑥(𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 − 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖 )� + 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 =

m 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

(2.7)

= � m 𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑥𝑥𝐶𝐶𝐶𝐶𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑥𝑥(𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 − 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖 )� + 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙

=

m

𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢

𝑥𝑥 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑢𝑢 𝑥𝑥(𝑇𝑇𝑜𝑜𝑜𝑜 −𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖 ) + 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 (ℎ 6 −ℎ 7 )

m 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑥𝑥(ℎ6 − ℎ7 )

(2.8) (2.9) (2.10)

D. Coefficient of Performance (COP) perangkat pendinginan udara Performansi dari sistem pendinginan udara dinyatakan dalam coefficient of performance (COP). Nilai COP ideal didapatkan dari perbandingan kalor yang diserap oleh evaporator dengan energi yang dibutuhkan kompresor : 𝑄𝑄𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (2.11) 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝑊𝑊 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

COP=f(temperatur kondensor… 1.2 1.15 1.1 1.05 1 0.95

Pada grafik diatas terlihat tren yang cenderung semakin turun, nilai COP sistem cascade semakin kecil seiring dengan naiknya temperatur pada kondensor high stage. Nilai koefisien prestasi yang semakin besar menunjukkan bahwa kerja mesin tersebut semakin baik. Besarnya COP dipengaruhi oleh efek refrigerasi dan kerja kompresi. Kenaikan kecepatan udara pendingin kondensor menyebabkan efek refrigerasi meningkat, sedangkan kerja kompresi mengalami penurunan sehingga nilai koefisien prestasi (COP) akan menjadi semakin naik.

E. Rasio pengeluaran kalor (Heat Rejection Ratio) (HRR) Laju perpindahan panas pada kondensor dalam kaitannya dengan kapasitas pendinginan dinyatakan sebagai

RE (kJ/kg)

Q

= 𝑄𝑄̇𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 + 𝑄𝑄̇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙

(2.12)

Gambar 10 Grafik pengaruh temperatur kondensor HS terhadap COP.

Gambar 9 Model sistem pada ducting dan kondensor HS (Subrida, Faberto [1] ) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑥𝑥 (ℎ 7 −ℎ 6 ) ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑥𝑥 (ℎ 1 −ℎ 4 )

temperatur kondensor HS (°C)

Gambar 8 Model sistem pada concentric heat exchanger

Q

=

34 36 38 40 42 44 46

𝑄𝑄̇𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 = 𝑄𝑄̇𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

𝑄𝑄̇𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 = 𝑄𝑄̇𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑚𝑚𝐿𝐿𝐿𝐿 ̇ (ℎ2 − ℎ3 ) = 𝑚𝑚𝐻𝐻𝐻𝐻 ̇ (ℎ5 − ℎ8 )

𝑄𝑄̇𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 −𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑄𝑄̇𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 −𝐿𝐿𝐿𝐿

Heat Rejection Rasio (

F. PENILITIAN TERDAHULU Subrida, Faberto.[1] melakukan studi variasi laju pengeluaran kalor kondensor high-stage sistem refrigerasi cascade menggunakan refrigeran MC-22 dan R-404A dengan heat exchanger tipe concentric dimana hasil analisanya pada gambar 2.21 grafik pengaruh temperatur kondensor terhadap COP dan gambar 2.22 garfik Grafik pengaruh l aju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap RE pada evaporator LS.

COP

h out

“Rasio Pengeluaran Kalor“ atau HRR).

133 131 129 127 125 123 121

RE=f(Laju pengeluaran kalor…

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

2.4

Laju pengeluaran kalor kondensor HS (kW)

Gambar 11 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap RE pada evaporator LS.

Pada grafik di atas terlihat bahwa grafik memiliki tren yang cenderung naik, nilai efek refrigerasi (RE) naik seiring dengan naiknya nilai laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage. Beban di dalam ruangan yang diisolasi akan memberikan kalornya kepada refrigeran pada evaporator. Refrigeran akan mengalami proses penguapan yang akan mengakibatkan perubahan entalpi dari sebelum masuk evaporator dan setelah keluar. Perubahan entalpi ini dapat disebut sebagai efek refrigerasi. Nilai efek refrigerasi

4

Tzong-Shing Lee tahun 2006, Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO 2 /NH 3 cascade refrigeration systems Eksperimen ini mempelajari hu bungan maximum coefficient of performance COPmax untuk CO 2 /NH 3 cascade refrigeration systems terhadap co ndensing temperature TC, evaporating temperature TE, dan perbedaan temperatur pada cascade-condenser. Hasil dari eksperimen ini digambarkan dalam grafik sebagai berikut.

Iv analisa dan pembahasan Dari hasil analisa data pengujian sistem refrigersi cascade dengan melakukan variasi kecepatan pada kondensor high stage akan dibahas beberapa grafik pengaruh kecepatan aliran udara dikondensor high-stage. Berikut pembahasan grafik hasil analisa data sistem refrigerasi cascade.

ṁ Refrigeran-HS (kg/s)

cenderung semakin besar seiring dengan adanya kenaikan nilai laju aliran udara pendingin pada kondensor.

ṁ Refrigeran-HS=f(laju pengeluaran kalor kondensor-HS)

0.015 0.01 0.005 0 2

Gambar 12 Grafik hubungan T C dan T E terhadap COP (Tzong-Shing Lee. [9] ).

Dari grafik Tc vs COP menunjukan tren grafik yang turun, semakin tinggi temperatur kondensor semakin turun nilai COP. Berbeda dengan grafik Te vs COP menunjukan tren grafik yang naik, semakin tinggi temperatur evaporator semakin tinggi pula COP.

III. METODOLOGI A. Skema sistem refrigerasi cascade High Stage Circuit T7 T Lingkungan Globe valve

Filter Dryer

Globe valve

Liquid Receiver

T6 P6

High Stage Condenser

High Stage Compressor

Capilary Tube

P8

Gambar 14 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap ṁ refrigeran HS

Pada gambar 14 grafik pengaruh l aju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap ṁ refrigeran -HS terlihat bahwa grafik cenderung naik , dimana nilai ṁ refrigeran HS naik seiring dengan bertambah besarnya laju pengeluaran kalor kondensor high stage, sehingga hal tersebut menunjukan bahwa nilai ṁ refrigeran-HS berbanding lurus dengan laju pelepasan kalor pada kondensor high stage. Pada gamabar 14 terlihat pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage maksimal = 3,48 kW diperoleh nilai efek ṁ refrigeran -HS = 0,0099 kg/s, pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage = 3,04 kW diperoleh nilai ṁ refrigeran -HS = 0,00904 kg/s dan pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage minimal = 2,24 kW diperoleh nilai ṁ refrigeran -HS = 0,0071 kg/s

T8

Tekanan,Temperatur kondensor-LS=f(laju pelepasan kalor kondensor HS)

T5

Cascade heat Exchanger

Tekanan

T3 T2

Globe valve

Globe valve

Liquid Receiver

P2 T Ruang Pendinginan

Keterangan: T = Thermocouple Low Stage P = Pressure Gauge Compressor

TXV

P4

T4

P1

Low Stage Evaporator

T1

Low Stage Circuit

Gambar 13. Skema sistem refrigerasi cascade

B. Prosedur pengujian 1. Langkah Persiapan yang meliputi : pemeriksaan kondisi kelistrikan dan alat ukur, proses pemvakuman selama 20 menit dengan menggunakan pompa vakum, pengisian refrigeran dan persiapan pengaturan laju pengeluaran kalor pada kondensor. 2. Langkah pengujian yang meliputi : Pengoprasian kompresor hingga kondisi steady state, pengaturan kecepatan aliran udara fan dimulai dari 0,7 m/s, 1,7 m/s, 2 m /s, 2,4 m/s dan 2,8 m/s, setelah itu dilakukan pengamatan dalam keadaan stabil da n mencatat data output.

Tekanan (bar)

P3

Filter Dryer

P5

60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Temperatur

55 50 45

2

2.3

2.6

2.9

3.2

3.5

Temperatur (°C)

P7

2.5 3 3.5 Laju pengeluaran kondensor-HS(Kw)

Laju pengeluaran kalor kondensor HS (kW)

Gambar 15 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor terhadap tekanan dan temperatur kondensor LS Pada gambar 15 grafik pe ngaruh l aju pengeluaran kalor terhadap tekanan dan temperatur kondensor high stage terlihat hubungan antara tekanan dan laju aliran kondensor berbanding terbalik, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai tekanan kondensor low stage semakin kecil. Demikian pula pada hubungan temperatur dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage, dimana nilai temperatur kondensor high stage

5

W kompresor HS, LS=f(laju pengeluaran kalor kondensor-HS)

W komperesor(kW)

1.50 1.00 0.50 0.00

kerja komp resorHS Kerja komp resorLS

(COP) high stage dan koefisien prestasi (COP) low stage terlihat hubungan antara koefisien prestasi (COP) high stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage berbanding lurus, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai koefisien prestasi (COP) high stage semakin besar. Demikian pula pada hubungan antara koefisien prestasi (COP) low stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage, dimana koefisien prestasi (COP) low stage semakin besar seiring bertambahnya laju pengeluaran kalor kondensor high stage.

COP sistem =f(laju pengeluaran kalor kondensor-HS) COP sistem

semakin kecil seiring bertambahnya laju pengeluaran kalor kondensor low stage Penambahan nilai laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage, mengakibatkan kalor yang dikeluarkan oleh kondensor keudara semakin banyak. Sehingga temperatur dikondensor low stage mengalami penurunan. Karena tekanan berbanding lurus dengan temperatur, maka tekanan kondensor low stage akan menurun seiring dengan turunnya temperatur.

2 2.5 3 3.5 laju pengeluaran kalor kondensor-HS (kW)

Koefisien Prestasi (COP)

COP HS, LS=f(laju pengeluaran kalor kondensor-HS)

2.20 0.20 2

0.70 0.50

2.5 3 3.5 laju pengeluaran kalor kondensor-HS (kW)

Gambar 17 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap COP HS dan COP LS.

Pada gambar 17 grafik pe ngaruh l aju pengeluaran kalor kondensor high stage terhadap koefisien prestasi

2.5

3

3.5

Laju pengeluaran kalor kondensor-HS(kW) Gambar 18 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap COP sistem.

Pada gambar 18 grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage terhadap Koefisien prestasi terlihat hubungan yang berbanding lurus. Dimana pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage naik maka nilai Koefisien prestasi semakin besar. Pada gamabar 18 terlihat pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage maksimal = 3,48 kW diperoleh nilai koefisien prestasi (Cop) = 0,91, pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage = 3,04 kW diperoleh nilai koefisien prestasi (Cop) = 0,88 dan pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage minimal = 2,24 kW diperoleh nilai koefisien prestasi (Cop) = 0,69

Cop sistem

Cop sistem =f(Temperature kondensor-HS) 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 40

COP HS COP LS

4.20

0.90

2

Gambar 16 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor pada kondensor HS terhadap kerja Kompresor HS dan LS. Pada gambar 16 grafik pe ngaruh l aju pengeluaran kalor terhadap tekanan dan temperatur kondensor high stage terlihat hubungan antara kerja kompresor high stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage berbanding lurus, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai kerja kompresor high stage semakin besar. Demikian pula pada hubungan kerja kompresor low stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage, dimana nilai kerja kompresor low stage kondensor high stage semakin besar seiring bertambahnya laju pengeluaran kalor kondensor high stage. Hubungan kerja kompresor High stage dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage,sehahrusnya berbanding terbalik dimana pada grafik hubungan kerja kompresi kompresor terlihat nilai dari kerja kompresi akan turun seiring bertambahnya laju pelepasan kalor kondensor high stege. Hal disebabkan nilai kerja kompresor high stage sangat dipengaruhi oleh ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 −𝐻𝐻𝐻𝐻 . Dengan bertambahnya nilai laju pengeluaran kalor pada kondensor high stage, akan menyebabkan ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 −𝐿𝐿𝐿𝐿 dan ṁ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 −𝐻𝐻𝐻𝐻 menjadi naik. 6.20

1.10

50

60

70

Temperatur kondensor-HS (°C) Gambar 19 Grafik pengaruh temperatur kondensor HS terhadap COP Pada gambar 19 grafik pengaruh temperatur kondensor high stage terhadap koefisien prestasi (COP) terlihat hubungan antara koefisien prestasi (COP) dan temperatur kondensor high stage berbanding terbalik, dimana semakin besar temperatur kondensor low stage maka nilai kerja koefisien prestasi (COP) semakin kecil Dari gambar 19 terlihat nilai koefisien prestasi (Cop) sistem tertinggi = 0,91 pada saat temperatur

6

Effectiveness (Ɛ)

kondensor high stage = 42,1 °C, nilai koefisien prestasi (Cop) sedang = 0,88 pada saat temperatur kondensor high stage = 46,2 °C. dan nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem terkecil = 0,69 pada saat temperatur kondensor high stage = 62,9 °C. 0 Effectiveness (Ɛ) =f(laju pengeluaran lkalor kondensor-HS) 1.000 0.980 0.960 0.940 2

2.5 3 3.5 Laju pengeluaran kalor kondensor-HS (kW)

Gambar 20 Grafik pengaruh laju pengeluaran kalor kondensor HS terhadap effectiveness alat penukar kalor cascade

COP sistem

Pada grafik 20 pengaruh laju pengeluaran kalor kondensor high stage terhadap evectiveness alat penukar kalor cascade terlihat hubungan antara evectiveness dan laju pengeluaran kalor kondensor high stage berbanding lurus, dimana semakin besar laju pengeluaran kalor kondensor high stage maka nilai effectiveness semakin naik. Pada gamabar 20 terlihat pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage maksimal = 3,48 kW diperoleh nilai effectiveness = 0,991, pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage = 3,04 kW diperoleh nilai effectiveness = 0,975 dan pada saat laju pengeluaran kalor kondensor high stage minimal = 2,24 kW

1.20 1.15 1.10 1.05 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60

COP sistem =f(Temperature Kondensor-LS)

(Cop) sistem tertinggi = 0,91 pada saat temperatur kondensor high stage = 42,1 °C dan nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem terkecil = 0 ,69 pada saat temperatur kondensor high stage = 62,9 °C.

IV.

NONEMKLATUR

𝑚𝑚̇ = laju massa refrigerant = daya teori low stage W LS = daya teori high stage W HS W total = daya total cascade = kalor kondensasi Q cond = kalor evaporasi Q evap HRR = Heat rejection ratio COP cascade = Coefficients Of Performance system DAFTAR PUSTAKA [1] Subrida, Faberto. (2013). Studi variasi laju pengeluaran kalor kondensor High-Stage Sistem Refrigerasi Cascade Menggunakan Refrigeran MC22 dan R404 Dengan Heat Exchanger Tipe Concentric Tube. Surabaya: Institute Teknologi Sepuluh Nopember [2] Stoecker, Wilbert F, and Jones, Jerold W. (1982). Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Jakarta : Erlangga [3] Michael J. Moran and Howard N. Shapiro. (2004). Fundamental of Engineering Thermodynamics. Jakarta: Erlangga [4] F. P. Incropera, et al. (2007). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. New York: John Wiley & Sons

Setelah modifikasi Sebelum modifikasi

30 35 40 45 50 55 60 65 Temperature Kondensor-LS(°C) Gambar 21 Grafik pengaruh temperatur kondensor HS terhadap COP sistem sebelum dan setelah modifikasi heat exchanger.

Pada gambar 21 grafik hubungan temperatur kondensor high stage terhadap koefisien prestasi (Cop) sistem sebelum dan setelah modifikasi heat exchanger terlihat hubungan yang berbanding terbalik dimana semakin besar temperatur kondensor high stage didapatkan nilai koefisien prestasi (Cop) sistem baik sebelum maupun setelah dimodifikasi semakin kecil. Dari data hasil penelitian sebelumnya (sebelum modifikasi) pada grafik 21 terlihat nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem terbesar = 1,13 pada saat temperatur kondensor high stage = 34,95 °C dan nilai koefisisen prestasi (Cop) sistem tekecil = 1 ,02 p ada saat temperatur kondensor high stage = 46,52 °C . Sedangkan dari data hasil pengujian setelah dilakukan modifikasi pada heat exchanger pada grafik 4.13 terlihat nilai koefisien prestasi

[5] Tzong-Shing Lee, Cheng-Hao Liu, and Tung-Wei Chen. (2006). Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems. International Journal of Refrigeration, 1101-1108