PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS KOMPRESOR TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN AC

PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS KOMPRESOR TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN AC Marwan Effendy Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosura email : [email protected]

ABSTRAKSI Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi putaran poros kompresor terhadap prestasi kerja mesin pendingin. Penelitian ini intinya apakah bertambahnya kecepata putar poros kompresor akan meningkatkan koefisien prestasi ataukah sebaliknya. Dalam penelitian ini digunakan alat uji sebuah mesin pendingin AC sederhana yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator dengan menggunakan refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi putaran poros kompresor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan ukuran diameter puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli motor listrik yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm. Dengan bertambahnya diameter puli motor listrik maka kecepatan putar poros kompresor yang dihasilkan akan semakin besar. Sistem tersebut kemudian diujikan pada ruangan yang memiliki beban lampu 200 watt dengan beban panas Q = 680 Btu/hr dan beban ruangan secara keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr. Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin kecil putaran poros kompresor maka kerja yang dilakukan akan semakin kecil. Dengan kecilnya kerja yang dilakukan kompresor, koefisien prestasi yang dihasilkan akan meningkat. Pada n = 727,3 rpm; 871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara berurutan COP yang dihasilkan sebesar 9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu yang dibutuhkan dalam proses pendinginan ruangan sampai temperatur tertentu semakin bertambah. Kata-kata kunci: mesin pendingin, kompresor, koefisien prestasi, refrigeran

PENDAHULUAN Refrigerasi adalah pengeluaran kalor dari suatu ruangan dan kemudian mempertahankan keadaannya sedemikian rupa sehingga temperaturnya lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Pada prinsipnya refrigerasi merupakan terapan dari teori perpindahan kalor dan thermodinamika.

MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005 ISSN 1411-4348

Perkembangan dan penerapan sistem refrigerasi pada perumahan, perkantoran maupun pada kendaraan bermotor terutama mobil dewasa ini mengalami peningkatan yang pesat. Buktinya adalah banyak industri, perkantoran, perumahan maupun kendaraan yang dilengkapi dengan Air Conditioner (AC) yang bertujuan untuk mengkondisikan dan menyegarkan udara ruangannya

55

. Gambar 1. Sistem Pendinginan AC mobil Sistem refrigerasi yang paling sederhana memiliki komponen utama yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator(Arismunandar, 2002). Untuk mendapatkan suhu udara yang sesuai dengan yang diinginkan banyak alternatif yang dapat diterapkan, diantaranya adalah dengan menaikkan koefisien perpindahan kalor kondensasi (Yawara, 2003) dan dengan menambahkan kecepatan udara pendingin pada kondensor sehingga akan diperoleh harga koefisien prestasi yang lebih besar(Kusnanto, 2004). Lebih lanjut Kusnanto mengatakan bahwa dengan menambahkan kecepatan udara pendingin pada kondensor maka laju aliran massa akan menurun sehingga menyebabkan daya kompresor juga mengalami penurunan. Namun demikian fenomena ini perlu dikaji lebih jauh. Suatu pemikiran baru yang muncul adalah bagaimana jika diameter puli motor listrik penggerak kompresor divariasi diameternya? Dengan dirubahnya ukuran puli tersebut akan berubah pula kecepatan putar poros kompresor. Semakin besar puli pada motor listrik jumlah putaran kompresor juga akan semakin besar. Fenomena ini menarik untuk dikaji apakah 56

perubahan kecepatan kompresor akan mempengaruhi kinerja sistem pendingin. Unjuk kerja di sini didefinisikan sebagai koefisien prestasi. TINJAUAN PUSTAKA Berkaitan dengan topik yang akan dikaji yakni pengaruh putaran kerja kompresor terhadap koefisien prestasi (COP) mesin pendingin sebenarnya sudah pernah dilakukan beberapa ilmuwan, diantaranya Wertenbach (2003) dalam SAE Cooperative Research. Hasil penelitiannya apabila dilukiskan seperti pada gambar 2. Prinsip Kerja Mesin Pendingin Prinsip kerja mesin pendingin merujuk pada siklus kompresi uap standar. Dalam sebuah mesin pendingin, refrigeran dialirkan dalam saluran pipa-pipa. Sebelum masuk kompresor, refrigeran dengan kondisi uap jenuh dikompresikan sehingga uap keluar kompresor menjadi uap panas lanjut. Uap tersebut mengalir pada bagian kondensor untuk melepaskan kalor ke lingkungan sehingga terjadi proses kondensasi. Uap berubah menjadi cair jenuh kemudian melewati dryer, selanjutnya menuju katup ekspansi dan

Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62

mengalami penurunan sampai tekanan evaporator. Pada evaporator cairan dari katup ekspansi mengalami evaporasi sehingga berubah menjadi uap jenuh dan masuk ke dalam kompresor untuk

dikompresikan. Siklus berjalan terus menerus sehingga di dapat temperatur yang diinginkan.

Gambar 2. Putaran poros kompresor vs COP (Wertenbach, 2003)

Gambar 3. Siklus kompresi uap (Stoecker,1996)

Gambar 4. Diagram P-h siklus kompresi uap.


57

Proses-proses yang membentuk siklus kompresi uap standar adalah : Proses 1-2, merupakan kompresi adiabatik dan reversibel dari uap jenuh menuju tekanan kondensor. Apabila perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan, maka kerja kompresor adalah W& in = m& ref ⋅ (h2 − h1 ) .......................[1] Proses 2-3 adalah proses pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan, menyebabkan penurunan panas lanjut (desuperheating) dan pengembunan refrigeran. Kapasitas laju aliran kalor kondensasi Q& out = m& ref ⋅ (h2 − h3 ) ......................[2] Proses 3-4 ialah proses ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan, dari cairan jenuh menuju tekanan evaporator. Proses pencekikan (throttling process) pada sistem pendingin terjadi di dalam pipa kapiler atau katup ekspansi. Proses di sini berlangsung pada proses adiabatik, sehingga h4 = h3 ............................................[3] Proses 4-1 merupakan penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap, yang menyebabkan penguapan menuju uap jenuh. Kapasitas laju aliran kalor evaporasi dirumuskan Q& in = m& ref ⋅ (h1 − h4 ) .......................[4] Istilah prestasi di dalam siklus refrigerasi disebut dengan koefisien prestasi atau COP yang didefinisikan sebagai : Q& h − h4 COP = in = 1 .....................[5] W& in h 2 − h 1

dimana : h1 = Entalpi keluar evaporator [Btu/lb] h2 = Entalpi masuk kondensor [Btu/lb] h3 = Entalpi keluar kondensor [Btu/lb] h4 = Entalpi masuk evaporator [Btu/lb] 58

m& ref = Laju aliran massa refrigeran [lbm/min]

METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan dari mesin refrigerasi dengan pendingin udara, tetapi peralatan ini mempunyai kapasitas yang lebih kecil bila dibandingkan dengan ukuran sebenarnya.. a. Kompresor AC mobil merk sanden Kompresor digunakan untuk mengkompresikan refrigeran. b. Kondensor AC ruangan Kondesor berfungsi untuk melepas kalor refrigeran kelingkungan. c. Katup Ekspansi termostatik Katup ekspansi digunakan untuk menurunkan tekanan dari kompresor hingga mencapai tekanan evaporator. d. Evaporator AC mobil Evaporator berfungsi untuk meneyerap panas atau untuk proses evaporasi. e. Filter Dryer Digunakan untuk menyaring kotoran halus agar tidak menyumbat katup ekspansi. f. Kipas Udara Pendingin Kipas yang digunakan kipas dengan penggerak motor listrik 3 phasa. g. Ruangan Penyekat Agar waktu yang dibutuhkan untuk pendingin ruangan lebih cepat maka perlunya ruangan terbatas. Ruangan nantinya dibuat dari triplek dengan isolator aluminium foil h. Orifice Orifice digunakan untuk mencari laju aliran refrigeran, dengan menerapkan persamaan kontinuitas aliran dan persamaan Bernoulli i. Motor Listrik Motor listrik yang digunakan adalah motor 2 fase dengan daya 2 HP. Motor listrik sebagai penggerak kompresor


j. Pompa Vakum Berfungsi untuk mengisikan refrigeran ke dalam sistem mesin pendingin k. Refrigeran 134a

d. RH-meter Untuk mengukur kelembaban udara e. Anemometer Untuk mengukur kecepatan udara pada isapan kipas dan blower f. Rotameter Untuk melakukan kalibrasi alat ukur orifice

Alat Ukur a. Termokopel b. Pengukur tekanan (pressure gauge) c. Manometer air raksa Instalasi Penelitian

Kipas

ORIFICE

KONDENSOR P3 , T3

P5 , T5

udara

Kerja Kompresor

P2 , T2

Katup ekspansi

blower P4 , T4

P1 , T1 EVAPORATOR

DRYER

Udara dingin

T6 Cabin

Gambar 5. Susunan perangkat penelitian

Gambar 6. Rancangan instalasi pengujian dan kabin


59

Jalannya Penelitian 1. Komponen utama, alat pendukung dan alat pengukur yang telah dikalibrasi dirakit seperti diagram gambar instalasi penelitian. 2. Instalasi yang telah terakit dites kebocoran dan penyetelan peralatan. 3. Pemvakuman untuk memastikan tidak adanya udara di dalam sistem. Setelah itu pengisian refrigeran dilakukan secara perlahan-lahan dengan menghidupkan kompresor. Pengisian refrigeran ini sampai dianggap cukup, keadaan ini ditandai bila refrigeran pada filter dryer tidak ada gelembung uap. 4. Pengambilan data dilakukan setelah mesin berjalan selama sekitar satu jam atau setelah bekerja pada kondisi tunak. 5. Data-data yang dicatat yaitu suhu, tekanan dan perbedaan tekanan pada orifice dengan variasi putaran kerja poros kompresor. Untuk membuat variasi putaran poros kompresor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan ukuran diameter puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli motor listrik yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm. Dengan bertambahnya diameter puli motor listrik maka jumlah putaran poros kompresor yang dihasilkan akan semakin besar. Sistem tersebut kemudian diujikan pada ruangan yang memiliki beban lampu 200 watt dengan beban panas Q = 680 Btu/hr dan beban ruangan secara keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr.

Data hasil pencatatan berupa tekanan dan temperatur selanjutnya diplot pada

60

diagram P-h untuk refrigeran Freon-12. Dari pembacaaan ini diketahui besarnya harga entalpi pada setiap titik yaitu h1, h2, h3, h4 (kJ/kg), dan laju aliran massa refrigeran (lbm/min). Harga enthalpi ini selanjutnya sebagai dasar untuk menghitung efek refrigerasi, kerja kompresi, dan koefisien prestasi dengan memanfaatkan persamaan [1] sampai [4].

HASIL DAN PEMBAHASAN Perubahan putaran poros kompresor terhadap kerja kompresor Dalam penelitian ini digunakan alat uji sebuah mesin pendingin AC yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator dengan menggunakan refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi putaran poros kompresor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan ukuran diameter puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli motor listrik yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm. Dengan bertambahnya diameter puli motor listrik maka kecepatan putar poros kompresor yang dihasilkan akan semakin besar. Sistem tersebut kemudian diujikan pada ruangan yang memiliki beban lampu 200 watt dengan beban panas Q = 680 Btu/hr dan beban ruangan secara keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr. Gambar 7 merupakan hasil pengujian yang dilakukan pada pagi hari, siang hari dan sore hari dibandingkan dengan riset yang dilakukan oleh Wertenbach (2003). Hasil pengujian menunjukkan tren yang sama yakni naiknya kecepatan putar poros kompresor akan meningkatkan kerja kompresor. Hasil ini menguatkan riset Wertenbach (2003).


21500 20500 19500 pagi hari (P ukul 10.00 WIB )

Wkompresor (Btu/hr)

18500 17500

siang hari (P ukul 11.45 WIB)

16500 15500

so re hari (P ukul 13.45 WIB )

14500 SAE COOP ERA TIVE RESEA RCH 2003

13500 12500 11500

10500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Putaran (Rpm)

Gambar 7. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan kerja kompresor

9.9 9.4 8.9

Pagi hari (Pukul 10.00 WIB)

8.4 7.9

siang hari (Pukul 11.45 WIB)

COP

7.4 6.9 6.4

sore hari (Pukul 13.45 WIB)

5.9 5.4 4.9

SAE COOPERATIVE RESEARCH, 2003

4.4 3.9 3.4 2.9 700

900

1100

1300

1500

Putaran (Rpm)

Gambar 8. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan koefisien prestasi


61

Koefisien prestasi Koefisien prestasi adalah perbandingan antara kalor yang diperlukan untuk mempertahankan temperatur ruangan yang diinginkan dengan kerja yang dilakukan oleh kompresor. Koefisien prestasi merupakan suatu bentuk penilaian dari mesin refrigerasi, semakin besar harga koefisien prestasi suatu mesin refrigerasi maka akan semakin baik kerja mesin tersebut. Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin tinggi putaran poros kompresor maka kerja yang dilakukan akan semakin besar. Dengan besarnya kerja yang dilakukan kompresor maka koefisien prestasi yang dihasilkan semakin kecil. Pada putaran 727,3 rpm; 871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara berurutan COP yang dihasilkan sebesar 9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu yang diperlukan dalam proses pendinginan ruangan sampai temperatur tertentu semakin bertambah.

KESIMPULAN Berubahnya harga kecepatan putar poros kompresor (rpm) tidak banyak berpengaruh terhadap dampak refrigerasi. Semakin tinggi kecepatan putar poros kompresor ternyata tidak menyebabkan besarnya nilai COP, karena harga COP yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan adalah sebaliknya. Yaitu harga COP menurun seiring dengan meningkatnya harga kecepatan putar poros kompresor. Tetapi semakin besar harga COP yang diperoleh waktu yang dibutuhkan dalam mengkondisikan ruangan justru semakin lama PERSANTUNAN Ucapan terima kasih kepada Sdr. Karnadi atas kontribusinya dalam membantu berlangsungnya penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W. dan Saito, H., 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Kusnanto, S. 2004. Optimasi Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin pada AC Mobil. Tugas Akhir S-1 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Stoecker, W.F. dan Jerold, W.J., 1996, Refrigerasi dan Penyegaran Udara. Terjemahan Supratman Hara. Penerbit Erlangga. Jakarta Wertenbach, Jurgen. 2003. Energy Analysis of Refrigerant Cycles. SAE Cooperative Research, Scottsdale, AZ. Yawara, Eka., Purnomo, Prajitno., 2002, Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi Petrozon Rossy-12 di Dalam Pipa Vertikal, Prosiding Simposium Nasional I RAPI UMS Surakarta, 21 Desember 2002, hal:24-28. Yawara, Eka 2003, Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi Petrozon di dalam Pipa Vertikal, Tesis S-2 Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada, Jogjakarta.

62


PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS KOMPRESOR TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN AC

Recommend Documents