STUDI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN REFRIJERAN R-12 DENGAN HYDROCARBON MC-12 PADA SISTEM PENDINGIN DENGAN VARIASI PUTARAN KOMPRESOR OLEH : RAGIL HERI NURAMBYAH 2108 100 523 DOSEN PEMBIMBING :
Ir. KADARISMAN
Kamis, 28 Juli 2011
1
Latar Belakang Pentingnya sistem pendingin CFC mengandung ODP dan GWP No Refrijeran Ind ODP Ind GWP
Usia Aktif(th) • 1 CFC-12 1 4000 120 • 2 HCFC-22 0,055 1.700 13.3 • 3 HFC-134a 0 1.300 14.6 • 4 Hidrocarbon 0 <1 Perlunya mencari refrijeran baru sebagai alternatif
Kamis, 28 Juli 2011
2
Rumusan masalah • R-12 diganti dengan MC-12 • Bagaimana Unjuk kerja? • Mencari putaran kompresor yang tepat?
Kamis, 28 Juli 2011
3
Tujuan Mengetahui unjuk kerja setelah refrijeran di ganti Mengetahui pengaruh putaran kompresor terhadap kerja sistem pendingin
Kamis, 28 Juli 2011
4
Batasan masalah Pengujian di lakukan di laboratorium pendingin teknik mesin ITS Steady state. Heat loss pipa di abaikan ṁ di anggap konstan Perbandingan dengan R-12 dan MC-12
Kamis, 28 Juli 2011
5
DASAR TEORI • Siklus refrijeran standar
Kamis, 28 Juli 2011
6
P-h diagram siklus kompresi uap standar
Kamis, 28 Juli 2011
7
daur kompresi uap nyata di bandingkan dengan daur standar •
Kamis, 28 Juli 2011
8
Penelitian Terdahulu N.E. Carpenter (1992) Retrofitting HCFC134a into existing CFC12 systems
Perbandingan sistem performansi HFC134a dengan CFC12
Kamis, 28 Juli 2011
9
Eric Granryd (2001) Hydrocarbons as refrigerants
perbandingan cooling capacity Kamis, 28 Juli 2011
perbandingan COP
10
Prajitno (2005) perbandingan karakteristik refrigeran sintetik dengan refrigeran hidrokarbon musicool
HYDROCARBON mempunyai beberapa konsekuensi: • hemat energi listrik 10% -30%, karena musicool mempunyai kerapatan cairan dan viscositas cairan yang lebih kecil dari pada refrigeran sintetik. • sifat flammable • tidak perlu penggantian komponen dan minyak pelumas • Panas laten lebih tinggi dibanding dengan R-22 • hanya memerlukan 1/3 dari pengisian R-22. • Pengalaman retrofit musicool22, diperoleh penurunan energi listrik 14 % sampai dengan 20 % Kamis, 28 Juli 2011
11
Farid Nur Sany (2010) studi eksperimental pengaruh variasi putaran kompresor dengan fluida kerja R-134a COP input = f (putaran kompresor) katup ekspansi kapiler 4 3.5
COP input (watt)
3 2.5 heater 1
2 1.5
heater 2
1 heater 3
0.5 0 5700
6270
6840
7410
7980
putaran kompresor (rpm)
grafik COP fungsi putaran kompresor katup ekspansi kapiler
Kamis, 28 Juli 2011
12
Skema peralatan •
Kamis, 28 Juli 2011
13
Spesifikasi alat Kompresor Jenis : hermetic reciprocating Merek : Danfoss FR 7.5 B 1/3hp 220 – 240 V , 60 Hz LBP LST/HST 220 – 240 V, 50 Hz HBP LST/HST
Kamis, 28 Juli 2011
14
Spesifikasi alat Kondensor Tipe :Pipa bersirip Merek :Lu-ve contardo Refrijeran di dalam pipa Pendingin udara 1 pipa pipih dengan 8 lekukan Katup ekspansi Tipe : Pipa kapiler Panjang :2440 mm Diameter dalam : 1,0668 mm Kamis, 28 Juli 2011
15
Spesifikasi alat Evaporator Merek : Lu-ve contardo Tipe : Pipa bersirip Refrijeran didalam pipa, Pendingin udara 1 pipa silindris dengan 16 lekukan
Kamis, 28 Juli 2011
16
Rancangan eksperimen penelitian •
Input
1.Refrijeran (R-12 & MC-12)
Output
Tekanan Suhu Arus listrik
2.Variasi putaran kompresor ( 31 hz, 35 hz, 40 hz, 45 hz, dan 50hz)
Arus Heater Kecepatan udara kondensor Grafik P-h Etalpi
3.Variasi beban pendinginan
W kompresor
( heater 1 dan 2)
Q kondensor Q evaporator Coeffisien of performance (COP)
Kamis, 28 Juli 2011
17
Diagram Alir Pengambilan Data
Kamis, 28 Juli 2011
18
Diagram Alir Pengambilan Data
Kamis, 28 Juli 2011
19
Contoh perolehan data
Tekanan masuk kompresor (P1) Tekanan keluar kompresor (P2) Tekanan masuk kondensor (P3) Tekanan keluar kondensor (P4) Tekanan masuk evaporator (P5) Tekanan keluar evaporator (P6) Temperatur masuk kompresor (T1) Temperatur keluar kompresor (T2) Temperatur masuk kondensor (T3) Temperatur udara keluar fan kondensor (T4) Temperatur udara keluar fan kondensor (T5) Temperatur udara keluar fan kondensor (T6)
Kamis, 28 Juli 2011
= 21 psi = 150 psi = 141 psi = 140 psi = 30 psi = 30 psi = 20,4 0C = 68,63 0C = 54,18 0C = 32,14 0C = 31,61 0C = 31,46 0C
20
Contoh perolehan data
Temperatur keluar kondensor (T7) = 32,52 0C Temperatur masuk evaporator (T8) = -1,94 0C Temperatur udara dalam kabin (T9) = 1,93 0C Temperatur keluar evaporator (T10) = 10,88 0C Temperatur udara masuk fan kondensor (T11) = 29,7 0C Temperatur udara keluar fan kondensor (T12) = 32,5 0C Temperatur udara keluar fan kondensor (T13) = 31,61 0C Temperatur udara keluar fan kondensor (T14) = 33,22 0C Luas ducting kondensor (0,28m x 0,26m) = 0,0728 m2 Tegangan listrik = 220 V Arus listrik (MC-12) = 1,52 A Arus listrik (R-12) = 1,65A Arus pada heater 1 = 0,2A
Kamis, 28 Juli 2011
21
Konversi Tekanan Pada tekanan psig di tambahkan 14,695 untuk menjadi tekanan psia Kemudian di konversi ke satuan kpa (1psia = 6,894757 kpa) (P1)= (21 + 14,695) x 6,894757 = 246,1084 (P2) = (150 + 14,695) x 6,894757 = 1135,532 (P3) = (141 + 14,695) x 6,894757 = 1073,479 (P4) = (140 + 14,695) x 6,894757 = 1066,584 (P5) = (30 + 14,695) x 6,894757 = 308,1612 (P6) = (30 + 14,695) x 6,894757 = 308,1612 Kamis, 28 Juli 2011
22
Kemudian setelah di konversi data antara tekanan dan temperatur dapa di plot dalam P-h diagram sbb:
Kamis, 28 Juli 2011
23
• dari diagram P-h tersebut dapat di ketahui nilai entalphi pada setiap titiknya, namun untuk lebih memudahkan pencarian dan ketelitian yang lebih tinggi di gunakan software coolpack
Kamis, 28 Juli 2011
24
Mencari properti refrijeran • program software coolpack • tampilan awal
Kamis, 28 Juli 2011
25
klik refrigeration utilities
pilihlah refrijeran yang di akan di gunakan yaitu R-12, klik temperatur unit pada 0C pressure unit pada kPa, select independent variables pada T [0C/K], p [bar/kPa], reference pada h,s = 0, for saturated liquid at -40 0C (-40F) (ASHRAE), isikan variable 1 untuk temperatur dan variable 2 untuk pressure, misalkan untuk MC-12 heater 1dengan data tekanan P1 246,1084 kPa dan temperatur T1 20,40C Kamis, 28 Juli 2011
26
maka tabel preoperti akan muncul, kemudian kita pilih properti yang di butuhkan, misalnya H gas
Kamis, 28 Juli 2011
27
•
Dari program tersebut di dapatkan nilai h1 sebesar 201,798 kj/kg Dengan cara yang sama di dapatkan nilai entalphi pada tiap titik sbb: Kamis, 28 Juli 2011
28
• • • • • • •
h1 = 201,798 kj/kg h2 = 222,6762 kj/kg h3 = 212,3829 kj/kg h4 = 67,0809 kj/kg h5 = 67,0809 kj/kg h6 = 194,5987 kj/kg data entalphi tersebut digunakan dalam perhitungan dan analisa.
Kamis, 28 Juli 2011
29
laju aliran massa refrigeran Pada kondensor ṁudara = udara Aduct dimana :
udara
– ṁudara = Laju aliran massa udara yang melewati kondensor (kg/s) – udara = 1,5573664(m/s) – Aduct = 0,0728 (m2) – udara = 1,48437 (kg/m3) – ṁudara = 0,131658 (kg/s) Kamis, 28 Juli 2011
30
pelepasan kalor pada kondensor Qcond = Qrefrijeran = Qudara Qudara = ṁudara
p
C udara
(To-Ti)
Dan
Qcond = ṁref (h3-h4) Bila di substitusikan ṁudara Cpudara (To-Ti) = ṁref (h3-h4)
Kamis, 28 Juli 2011
31
Maka 0,131658 x 1,007156 x (32,09-29,7) = ṁ(212,3829-67,0809)
• • • • •
ṁ = 0,00218 kg/s Menghitung Q evaporator Q= ṁ (h6-h5) Q = 0,00218 kg/s x (194,5987- 67,0809)kj/kg Q = 0,27793 kj/s
Kamis, 28 Juli 2011
32
• • • • • • • • • •
Menghitung Q kondensor Q = ṁ (h3-h4) Q = 0,00218 kg/s x(212,3829- 67,0809) kj/kg Q = 0,316691 kj/s Menghitung W kompresor (MC-12) W = v x i x cos W = 220 x 1,52 x 0,8 W = 267,52 watt = 0,26752 kj/s Menghitung W kompresor (R-12) W = 220 x 1,65 x 0,8 =290,4 watt
Kamis, 28 Juli 2011
33
• Menghitung penghematan kompresor • ηcom = 1-(wcom MC-12/w com R-12)X1 • ηcom = 1-(267,52 / 290,4)X1 • ηcom =0,0787 x 100%= 7,87% Menghitung COP actual
Kamis, 28 Juli 2011
34
Analisa grafik laju alir massa (ṁ) laju alir massa refrijeran = f (putaran kompresor) 0.0028 0.0027 0.0026
laju alir massa (kg/s)
0.0025 0.0024 R-12 heater 1 0.0023
MC-12 heater 1 R-12 heater 2
0.0022
MC-12 heater 2 0.0021
0.002 0.0019 0.0018 1860
2100
2400
2700
3000
putaran kompresor (rpm)
Kamis, 28 Juli 2011
35
Grafik Q evaporator Q evaporator= f (putaran kompresor) 0.38
Q evaporator (kj/s)
0.36 0.34 0.32 0.3
R-12 heater 1 MC-12 heater 1
0.28
R-12 heater 2 MC-12 heater 2
0.26 0.24 0.22 1860
2100
2400
2700
3000
putaran kompresor (rpm)
Kamis, 28 Juli 2011
36
Grafik Q kondensor •
Q kondensor = f (putaran kompresor) 0.4
Q kondensor (kj/s)
0.38 0.36 R-12 heater 1 0.34
MC-12 heater 1 R-12 heater 2
0.32
MC-12 heater 2
0.3 0.28
1860
Kamis, 28 Juli 2011
2100
2400
2700
putaran kompresor (rpm)
3000
37
Grafik W input • Win comp 0.33 0.31
w comp
0.29 R-12 heater 1
0.27
MC-12 heater 1
0.25
R-12 heater 2
0.23
MC-12 heater 2
0.21 0.19 1860
Kamis, 28 Juli 2011
2100
2400
2700
putaran kompresor (rpm)
3000
38
Analisa Grafik COP COP input = f (putaran kompresor)
1.45 1.4
1.35
COP input
1.3 1.25
R-12 heater 1 MC-12 heater 1
1.2
R-12 heater 2
1.15
MC-12 heater 2
1.1 1.05 1 1860
2100
2400
2700
3000
putaran kompresor (rpm)
Kamis, 28 Juli 2011
39
Kesimpulan laju aliran massa yang semakin besar seiring dengan kenaikan putaran motor kompresor Q evaporator semakin besar dengan bertambah besarnya putaran motor kompresor Secara keseluruhan variasi putaran maka kompresor pada beban 1 heater di dapatkan effisiensi sebesar =10,07% sedangkan untuk beban 2 heater di dapatkan effisiensi sebesar =4,67 % Kamis, 28 Juli 2011
40
tren nilai COP menurun untuk perbandingan R-12 dan MC-12 ternyata MC-12 memiliki COP yang lebih tinggi, sedangkan untuk nilai COP maksimum pada frekuensi 35 hz atau dengan putaran 2100rpm. perbandingan antara R-12 dengan MC-12 menunjukan performansi yang tidak jauh berbeda hal ini menunjukan bahwa MC-12 cocok digunakan sebagai salah satu alternatif pengganti R-12. Kamis, 28 Juli 2011
41
MOHON KRITIK & SARAN
Kamis, 28 Juli 2011
42
