PEMBUATAN PROTOTIPE MESIN RECOVERY DAN RECYCLE PORTABEL (JINJING) SEBAGAI PORTABEL PERALATAN PERBAIKAN PADA MESIN PENDINGIN DENGAN REFRIGERAN R22
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik Mesin pada Program Pascasarjana Universitas Diponegoro
Disusun oleh :
MAHENDRA NIM. 21050111400009
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2013 i
ii
ABSTRAK
PEMBUATAN PROTOTIPE MESIN RECOVERY DAN DAN RECYCLE PORTABEL (JINJING) SEBAGAI PERALATAN PORTABEL PERBAIKAN PADA MESIN PENDINGIN DENGAN REFRIGERAN R22 Disusun oleh : MAHENDRA NIM : 21050111400009
Salah satu pencemaran lingkungan yang sedang diperhatikan yaitu perusakan lapisan ozon akibat tercemar oleh zat-zat sintetik atau bahan perusak ozon buatan manusia. Zat-zat sintetik yang cukup tinggi pengaruhnya terhadap pencemaran lingkungan, yaitu refrigeran (zat pendingin) yang digunakan untuk sistem pendingin. Salah satunya adalah HCFC atau R22 yang banyak digunakan sebagai media pendingin. Refiregan R22 merupakan refrigeran yang memiliki nilai Ozone Depletion Potential (ODP) 0,06 dan Global Warming Potential (GWP) 1700. Nilai ODP dan GWP tersebut cukup tinggi dan berpengaruh terhadap perusakan lingkungan, oleh karena itu dibuat suatu mesin yang berfungsi sebagai recovery dan recovery dan recycle (2R) recycle (2R) refrigeran. Tujuan penelitian ini adalah membuat dan menguji prototipe mesin 2R untuk refrigeran R22. Pengujian mesin 2R dilakukan pada mesin pendingin AirConditioner dan jenis refrigeran yang digunakan adalah R22. Mesin recovery, recycle recycle dan recharging (3R) yang ada saat ini yaitu mesin 3R hibah dari KLH hanya untuk Refrigeran R12 dan R134a yang memiliki bobot 50 kg dan volume 0,1 m3. Mesin 2R yang dirancang untuk refrigeran R22 dan memiliki bobot dan ukuran jauh lebih kecil dari mesin 3R yang ada yaitu dengan target bobot 20 kg dan volume 0,036 m 3. Mesin 2R ini diharapkan bisa membantu dan mendukung teknisi service mesin pendingin dan mengoperasionalkannya. Dari hasil perhitungan dan pemilihan alat, dihasilkan mesin 2R dengan spesifikasi berat 20 kg, panjang 40 cm, lebar 30 cm, tinggi 30 cm, kompresor hermetik 0,25 HP (186,5 Watt) 1 buah, kondensor 2050 btu/jam 1 buah, pipa tembaga ¼ inci, filter dryer 2 buah dan pengukur tekanan 1 buah. Pengujian mesin 2R dilakukan pada mesin Air-Conditioner ¾ Air-Conditioner ¾ HP dengan massa refrigeran 430 gram. Kinerja hasil tes mesin 2R sesuai dengan standar AHRI 2012, yaitu: vapor recovery rate rate = 0,085 kg/min, final recovery vacuum 8,5 Psi (selama 10 menit), refrigerant residual trapped 4 trapped 4 gram (<1%), refrigerant loss 5 gram (≈1%). Dengan adanya pemanfaatan daur ulang R22 yang tadinya terbuang ke atmosfer dan berpotensi merusak lapisan ozon dapat terpakai kembali. Hal ini mendukung komitmen Indonesia untuk mengurangi dan menghentikan penggunaan bahan perusak ozon (BPO) baik untuk kepentingan rumah tangga ataupun industri dalam jangka panjang. Kata kunci : Bahan Perusak Ozon, ODP, GWP
iii
ABSTRACT
DEVELOPING OF A PROTOTYPE PORTABLE MACHINE RECOVERY AND RECYCLE FOR REFRIGERANT R22 MAHENDRA NIM : 21050111400009
One of the most concerning environmental pollution nowadays is the destruction of the ozone layer which is caused by contaminated synthetic substances or man-made ozone depleting substances. Synthetic substances which have high impact to the destruction of the ozone layer are the refrigerant used for cooling system. One of it is HCFC or R22 which is widely used as a cooling medium. R22 is a refrigerant that has a value of Ozone Depletion Potential (ODP) of 0.06 and Global Warming Potential (GWP) of 1700. This value is quite high and might gives great effect on the destruction of the environment, therefore developing a machine that serves as a recovery and recycle (2R) refrigerant is a necessary solution. The purpose of this research is to develope through some tests on a machine prototype for refrigerant R22. 2R machine testing conducted on the airconditioner cooling engine and the type of refrigerant used is R22. The current recovery, recycle and recharging (3R) machine which is a grant from Indonesian Ministry of Environment is only for R12 and R134 refrigerant which has a weight of approximately 50 kg and a volume of 0.1 m 3. 2R machine is designed for refrigerant R22 and the expected weight and size is much smaller than the existing 3R machine. A maximum weight of 20 kg and a volume of 0,036 m 3 is expected as the targeted result. 2R machine is expected to help and support the refrigeration service technicians in the repair. From the calculation and tools selection, it is resulted with 2R machine with specifications weight 20 kg, length 40 cm, width 30 cm, height 30 cm, hermetic compressor 0.25 HP (186.5 Watts) 1 piece, condenser 2050 btu/h 1 piece, copper pipe ¼ In, filter dryer 2 pieces and pressure gauge 1 piece. 2R machine testing conducted on air conditioner ¾ HP engine with a mass of 430 grams of refrigerant. The engine performance test results in accordance with the standard ARI 2R, namely: vapor recovery rate = 0.085 kg/min, the final recovery vacuum 8,5 Psi (for 10 minutes), residual trapped refrigerant 4 grams (<1%), refrigerant loss 5 grams (≈1%). With the recycling process, R22 which was discharged into the atmosphere and potentially damaging to the ozone layer can be used again. It supports Indonesia's commitment to reduce and discontinue the use of Ozone Depleting Substances (ODS) in the interest of the household or industry in the long run. Keywords: Ozone Materials, ODP, GWP
iv
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Universitas Diponegoro, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Universitas Diponegoro. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh Tesis haruslah seijin Direktur Program Pascasarjana Universitas Diponegoro.
v
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada Penulis, sehingga penulis dapat melewati masa studi dan menyelesaikan Tesis yang merupakan tahap akhir dari proses untuk memperoleh gelar Magister Teknik Mesin di Program Pascasarjana Universitas Diponegoro. Keberhasilan penulis dalam menyelesaikan Tesis ini tidak lepas dari bantuan orang-orang yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan dukungan, baik moral maupun material. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Ir. Dipl.-Ing. Berkah Fajar TK. dan MSK. Tony Suryo Utomo, PhD selaku dosen pembimbing tesis. 2. Dr. Jamari dan Eflita Yohana, PhD selaku dosen penguji tesis. 3. Bapak, ibu, ayuk dan adik-adikku yang selalu memberikan dorongan, do’a dan semangat. 4. Seluruh staf pengajar MTM UNDIP atas segala bimbingannya dan masukannya. 5. Seluruh
mahasiswa
MTM
UNDIP
atas
segala
perjuangannya
dan
kebersamaannya. 6. Segenap karyawan dan pimpinan Politeknik Sekayu atas segala dukungan dan kerjasamanya. Penulis menyadari bahwa dalam menulis Tesis ini terdapat kekurangan dan keterbatasan, oleh karena itu kritik
dan saran yang sifatnya membangun
untuk kesempurnaan dan kemajuan penulis
dimasa yang akan datang sangat
diharapkan. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi seluruh pembaca.
Semarang, 31 Agustus 2013
Penulis
vii
DAFTAR ISI
Hal. COVER ............................................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii ABSTRAK ........................................................................................................ iii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ............................................................. v HALAMAN PERUNTUKAN ......................................................................... vi KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii DAFTAR ISI .....................................................................................................viii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xi DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN ............................................................... xiv BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 3 1.3. Originalitas Penelitian ............................................................................... 4 1.4. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 4 1.5. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Umum Mesin 2R ........................................................................ 6 2.2. Definisi dan Hubungan Recover, Recycle dan Recharging ....................... 6 2.3. Parameter-parameter dari Mesin 2R .......................................................... 8 2.4. Teknik Pengelolaan Refrigeran HCFC (R-22) .......................................... 9 2.5. Servis Mesin Pendingin ............................................................................. 10 2.6. Mesin Recovery dan Recycle ..................................................................... 11 2.7. Cara Kerja Mesin 2R Laluan Tunggal ....................................................... 13 2.8. Komponen dan Parameter.......................................................................... 15 2.9. Konsep Perancangan ................................................................................. 21 BAB III. METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat ..................................................................................... 25
viii
3.2. Alat dan Bahan .......................................................................................... 25 3.3. Metode Penelitian ..................................................................................... 26
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA. .................................................. 33
4.1. Perencanaan Mesin Recovery dan Recycle ................................................ 33 4.2. Analisa Termodinamika ............................................................................ 45 4.3. Perhitungan dan Pemilihan Alat ............................................................... 47 4.4. Data dan Analisa ........................................................................................ 52 BAB V. Kesimpulan dan Saran ...................................................................... 68
5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 68 5.2. Saran ......................................................................................................... 69 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 70 LAMPIRAN ...................................................................................................... 72
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Hal.
Lampiran 1. Data hasil pengukuran ...................................................................... 72 Lampiran 2. Data hasil perhitungan ...................................................................... 74 Lampiran 3. Prosedur kerja mesin recovery dan recycle ...................................... 75 Lampiran 4. Gambar unit mesin recovery dan recycle ......................................... 76
x
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1. Hubungan berbagai proses penanganan refrigeran . .......................... 7 Gambar 2.2. Siklus pada mesin recovery dan recycle. ......................................... 11 Gambar 2.3. Diagram T – s mesin recovery dan recycle. ....................................... 11 Gambar 2.4. Skema mesin recovery dan recycle . ................................................ 12 Gambar 2.5 Diagram proses perancangan ............................................................ 21 Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian. ................................................................. 27 Gambar 3.2. Skema Alat Uji Mesin 2R. ............................................................... 32 Gambar 4.1 Blok Fungsi. ...................................................................................... 36 Gambar 4.2 Diagram blok fungsi perancagan alat. ............................................... 36 Gambar 4.3 Skets konsep produk pertama mesin recovery dan recycle............... 39 Gambar 4.4 Skets konsep produk kedua mesin recovery dan recycle. ................. 40 Gambar 4.5 Skets konsep produk ketiga mesin recovery dan recycle .................. 40 Gambar 4.6 Skets konsep produk keempat mesin recovery dan recycle .............. 41 Gambar 4.7 Diagram langkah metode pengambilan keputusan............................ 42 Gambar 4.8. Diagram P-h ideal mesin 2R. ........................................................... 46 Gambar 4.9. Diagram T-s ideal mesin 2R............................................................. 46 Gambar 4.10. Grafik temperatur (C) sebelum kompresor terhadap waktu. .......... 53 Gambar 4.11. Grafik temperatur (C) setelah kompresor terhadap waktu. ............ 54 Gambar 4.12. Grafik temperatur (C) setelah kondensor terhadap waktu ............ 55 Gambar 4.13. Grafik tekanan (Psig) sebelum kompresor terhadap waktu .......... 56 Gambar 4.14. Grafik tekanan (Psig) setelah kompresor terhadap waktu ............. 57 Gambar 4.15. Grafik tekanan (Psig) setelah kondensor terhadap waktu ............. 58 Gambar 4.16. Grafik massa (gr) tabung sebelum mesin 2R terhadap waktu . ...... 59 Gambar 4.17. Grafik massa (gr) tabung setelah mesin 2R te rhadap waktu ......... 59 Gambar 4.18. Grafik penurunan massa (gr) mesin pendingin terhadap waktu..... 61 Gambar 4.19. Grafik massa (gr) tabung terhadap waktu . .................................... 61 Gambar 4.20. Grafik tekanan (Psig) terhadap waktu . .......................................... 62 Gambar 4.21. Grafik temperatur (C) terhadap waktu .......................................... 62
xi
Gambar 4. 22 Grafik penurunan massa (gr) tabung penampung terhadap waktu . 64 Gambar 4. 23. Grafik massa (gr) tabung terhadap waktu . ................................... 65 Gambar 4. 24. Grafik tekanan (Psi) terhadap waktu . ........................................... 66 Gambar 4. 25. Grafik temperatur (C) terhadap waktu . ........................................ 66
xii
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 1.1. ODP and GWP of some refrigerans ................................................ 1 Tabel 3.1. Contoh tabel data hasil pengujian .................................................... 32 Tabel 4.1 Matriks morfologi untuk mesin recovery dan recycle ...................... 37 Tabel 4.2. Matriks pengambil keputusan untuk mesin 2R ................................. 44 Tabel 4.3. Data hasil pengujian terhadap 4 varian mesin 2R ............................. 52
xiii
DAFTAR SIMBOL DAN SATUAN
Simbol
Keterangan
Satuan
Efisiensi Kompresor
-
Penurunan Tekanan
Pa
A p
Luas Pipa
cm2
d
Diameter Pipa
m
din
diameter dalam pipa
cm
dout
diameter dalam luar
cm
d p
diameter butiran oli
mm
f
Faktor Gesek
-
g
Percepatan gravitasi
m/s2
h1
Entalpi kondisi 1
kJ/kg
h2
Entalpi kondisi 2
kJ/kg
h2s
Entalpi (Isentropis) kondisi 2
kJ/kg
h3
Entalpi kondisi 3
kJ/kg
L
Panjang Pipa
m
mr.AC akhir
massa refrigeran pada AC
gram
setelah recovery mr.AC awal
̇ ̇
. os
massa refrigeran pada AC
gram
sebelum recovery Laju aliran massa refrigeran
kg/min
laju aliran massa refrigeran
kg/s
pada pemisah oli mT1 akhir
massa tabung setelah kompresor
gram
setelah recovery mT1 awal
massa tabung sebelum kompresor
gram
sebelum recovery mT2 akhir
massa tabung setelah kompresor setelah recovery
xiv
gram
mT2 awal
massa tabung sebelum kompresor
gram
sebelum recovery P1
Tekanan vakum akhir mesin pendingin
Psi
P2
Tekanan akhir tabung refrigeran
Psi
PT1 akhir
Tekanan tabung sebelum kompresor
Psi
setelah recovery PT1 awal
Tekanan tabung sebelum kompresor
Psi
sebelum recovery PT2 akhir
Tekanan tabung setelah kompresor
Psi
setelah recovery PT2 awal
Tekanan tabung setelah kompresor
Psi
sebelum recovery Qkond
Kapasitas Pembuangan Panas
Watt
Kondensor Re
Bilangan Reynolds
s1
Entropi Kondisi 1
kJ/kg . K
s2
Entropi Kondisi 2
kJ/kg . K
s2s
Entropi Isentropis Kondisi 2
kJ/kg . K
t
waktu
menit
T1
Temperatur Kondisi 1
o
T2
Temperatur Kondisi 2
o
T3
Temperatur Kondisi 3
o
TL
Temperatur Lingkungan
o
V
kecepatan aliran fluida
m/s
V p
Kecepatan droplet
m/s
Vref.
Kecepatan aliran oli dan refrigeran
m/s
C C C C
pada pemisah oli Wkomp
Daya Kompresor
Watt
ηref
viskositas refrigeran R22
Pa.s
μ
viskositas dinamik fluida
Pa.s
ν1
Volume Jenis kondisi 2
m3/kg
ν2
Volume Jenis kondisi 1
m3/kg
xv
ρ
massa jenis fluida
kg/m3
ρoli
massa jenis oli
kg/m3
ρref
massa jenis refrigeran R22
kg/m3
PAC awal
Tekanan refrigeran pada AC
Psi
sebelum recovery PAC akhir
Tekanan refrigeran pada AC
Psi
setelah recovery At
Luas Penampang pemisah oli
xvi
cm2
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
Saat ini terdapat dua masalah lingkungan global yang dianggap paling mengancam kehidupan di muka bumi yaitu penipisan lapisan ozon dan efek pemanasan global. Rusaknya lapisan ozon disebabkan karena banyaknya zat-zat sintetik buatan manusia yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Zat-zat yang umumnya berbentuk gas tersebut terlepas ke atmosfer dan merusak lapisan ozon yang ada di stratosfer. Refrigeran HCFC ( Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon), Refrigeran ini terdiri dari unsur Hydrogen (H), Chlor (Cl), Fluor (F) dan Carbon (C). Karena mengandung hidrogen, refrigeran ini menjadi kurang stabil jika berada di atmosfer, sehingga sebagian besar akan terurai pada lapisan atmosfer bawah dan hanya sedikit yang mencapai lapisan ozon. Unsur Chlor yang ada pada HCFC dapat merusak ozon di atmosfer, oleh sebab itu HCFC memiliki potensi penipisan ozon (ODP). Contoh refrigeran HCFC ini adalah R-22 (HCFC-22) (AHSRAE, 2010) .
Tabel 1.1 (AHSRAE, 2010) menyajikan potensi penipisan ozon (ODP) dan pemanasan global potensial (GWP) dari beberapa refrigeran. Dari Tabel 1.1 dapat dilihat bahwa HCFC-22, yang merupakan refrigeran yang umum digunakan memiliki nilai ODP 0.06 dan GWP 1700. Umumnya sektor Refrigeration Air Conditioner (RAC) adalah pengguna HCFC-22 yang terbesar .
Tabel 1.1. ODP and GWP of some refrigerans (AHSRAE, 2010). Refrigerant CFC 11 CFC 12 CFC 113 CFC 114 CFC 115 R 502 HCFC 22 Halon 1211 Halon 1301
ODP 1.0 0.86 0.8 0.6 0.32 0.34 0.06 3.0 10.0
GWP 4600 8500 9300 9300 9300 5490 1700 -
Refrigerant HCFC 123 HCFC 124 HCFC141b HCFC142b HCFC 23 HFC 125 HFC 134a HFC 152a HFC 227ca
ODP 0.02 0.11
0.0 0.0 0.0 0.0
1
GWP 93 480 270 1650 11700 2800 1300 140 2900
Refrigerant HC 290 HC 600a HFC245fa 404A 407A 407C 410A C. Pentane -
ODP 0.0 0.0 0.0 0.0
0.0 -
GWP 3.0 3.0 820 3260 1770 1530 1730 3.0
2
Bahan Perusak Ozon (BPO) seperti CFC (Chlorofluorocarbon) dan HCFC (Hydro-CFC) tidak hanya merusak lapisan ozon, tetapi juga berkontribusi terhadap perubahan iklim global, karena bahan-bahan tersebut memiliki potensi pemanasan global (GWP – Global Warming Potential) yang cukup tinggi. Oleh karena itu, pertemuan negara Pihak Protokol Montreal pada akhir 2007 sepakat untuk mempercepat penghapusan HCFC. Untuk mencapai target, pemerintah Indonesia menghapus konsumsi HCFC secara bertahap, pada baseline level pada tahun 2013 dengan kriteria baseline : rata-rata konsumsi 2009 dan 2010. Selanjutnya, 10 % pengurangan impor tahun 2015, 35% pengurangan impor tahun 2020, 67.5 % pengurangan impor tahun 2025, 97.5 % pengurangan impor tahun 2030. Menyadari pentingnya aksi nyata masyarakat dunia untuk melindungi lapisan ozon dan sekaligus mengendalikan pemanasan global, maka Pemerintah Indonesia secara aktif mendukung keputusan percepatan penghapusan HCFC (KLH, 2013). Pelepasan dan kebocoran serta pembuangan R22 dari sistem pendingin menjadi penyebab rusaknya lapisan ozon yang berdampak negatif bagi kehidupan di bumi. Oleh karena itu, segala jenis bahan pendingin yang mengandung zat perusak ozon seperti R-22 harus dihentikan. Sebagai dampaknya, kemungkinan ketersediaan semakin berkurang bahkan nantinya tidak lagi tersedia. Solusinya, adalah pemanfaatan daur ulang R-22. Dengan begitu R-22 yang tadinya terbuang ke atmosfer dan berpotensi merusak lapisan ozon dapat digunakan lagi. Sebagian besar bengkel servis peralatan pendingin di Indonesia masih melakukan cara-cara lama dalam memperlakukan bahan pendingin yaitu membuangnya ke udara begitu saja. Cara ini dianggap lebih mudah dan praktis dilakukan, tidak memakan waktu, hanya dengan memotong pipa, maka terlepaslah R-22 itu ke atmosfer. Adanya teknologi daur ulang ini, mengharuskan para teknisi untuk mengubah cara lama tersebut dengan cara baru. Dalam melakukan servis refrigerasi yang baik dan benar banyak yang harus diperhatikan. Mulai dari standar operasional prosedur, peralatan servis sampai penanganan limbah yang dihasilkan dari kegiatan servis itu. Untuk menghindari terlepasnya refrigeran ke atmosfer dibuat suatu mesin yang berfungsi me-recovery, me-recycle dan recharging refrigeran dari mesin
3
pendingin. Mesin recovery, recycle dan recharging disebut dengan mesin 3R, dipergunakan untuk mesin pendingin siklus kompresi uap. Mesin ini bekerja mengeluarkan serta menangkap refrigeran, kemudian mendaur ulang refrigeran yang ditangkap dengan cara memisahkannya dari pelumas dan menyaring kotoran padat yang terdapat dalam refrigeran tersebut, kemudian melakukan pemvakuman lalu pengisian kembali (recharging ) refrigeran kedalam unit mesin pendingin. Pada penelitian ini, penulis lebih memilih mesin 2R yaitu recovery dan recycle dengan pertimbangan mesin 2R lebih praktis dan portable dibandingkan dengan mesin 3R. Mesin 3R harus disertakan pompa vakum yang berarti akan menambah beban dan ruang bagi unit peralatan. Sedangkan pada mesin 2R proses pemvakuman dan pengisian ulang dapat dilakukan secara terpisah dan bertahap. Sebagai catatan, mesin 2R ini akan digunakan pada mesin pendingin yang biasanya berada pada dinding-dinding gedung atau bangunan baik tinggi maupun rendah. Massa dan ukuran juga menjadi pertimbangan penting dalam pemilihan tipe alat pada penelitian ini. Disamping itu, perlu diuji bagaimana tingkat kemurnian refrigeran hasil mesin
recovery dan recycle ini, sehingga dapat
diketahui layak-tidaknya refrigeran hasil recovery dan recycle dipergunakan lagi. Refrigeran
yang
digunakan
yaitu
R22.
Pemilihan
refrigeran
R22
dikarenakan untuk refrigeran R12 dan R134-a telah banyak beredar mesin 3R dan salah satunya yaitu mesin yang diberikan oleh Word Bank melalui KLH kepada perusahaan/bengkel servis mesin pendingin. Unjuk kerja mesin pendingin yang menggunakan refrigeran CFC/R-12 hasil recovery dan recycle mesin 3R didapat 2,435 sedangkan CFC/R-12 murni 2,54. Terdapat perbedaan unjuk kerja mesin pendingin terhadap penggunaan refrigeran CFC/R-12 murni dengan refrigeran hasil mesin 3R dengan rata-rata pebedaannya 0,089 atau 3,53 %, (Rasta dkk, 2010).
1.2. Perumusan Masalah
Mesin 3R dari KLH yang ada pada saat ini hanya untuk refrigeran R-12 dan R134a yang memiliki bobot dan ukuran yang besar. Hal ini sangat tidak mendukung dalam pengerjaan service mesin pendingin (AC) dengan refrigeran R22 yang berada di gedung-gedung yang cukup tinggi. Sedangkan mesin 2R untuk
4
refrigeran R22 yang ada di pasaran sangatlah sukar didapat dan juga memiliki harga yang tidak murah mengingat mesin tersebut adalah produk luar negeri yang belum terlalu dikenal dan teruji di kalangan perusahaan/bengkel servis mesin pendingin. Adapun permasalahan yang akan diangkat oleh penyusun dalam penelitian ini, adalah : 1. Mengatasi kendala ukuran dan massa mesin 3R yang telah ada, maka akan ditentukan komponen mesin 2R yang ringan dengan ukuran minimalis, sehingga dapat digunakan dengan mudah di berbagai lokasi . 2. Mengetahui kinerja dan mesin recovery dan recycle hasil penelitian.
1.3. Originalitas Penelitian
Beberapa perusahaan telah banyak yang memproduksi mesin Recovery, recycle dan recharging, baik untuk R-12, R-134a maupun R-22. Mesin 3R yang telah diberikan oleh Kementrian Lingkungan Hidup hanya untuk refrigeran R-12 dan R-134a, sedangkan mesin 2R untuk refrigeran R-22 yang ada di pasaran susah didapat dan memiliki harga yang relatif mahal. Sebagai insan kampus dalam program pengembangan keilmuan maka pembuatan sendiri mesin recovery dan recycle ini sangat diperlukan untuk membuktikan dan meneliti hasil karya/produk produk yang telah ada, sehingga penelitian ini nanti memberikan kontribusi baru terhadap mesin recovery dan recycle yang telah ada sebelumnya.
1.4.
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah : 1.
Dapat memberi nilai tambah/ekonomis bagi perusahaan/bengkel karena tidak perlu membeli refrigeran baru (tidak keluar biaya) untuk mengisi sistem pendingin, cukup menggunakan refrigeran hasil recovery dan recycle mesin 2R, sekaligus mencegah HCFC terbuang ke atmosfer, sehingga dapat mencegah terjadinya penipisan lapisan ozon.
2.
Membantu pemerintah (KLH) dan dunia dalam program perlindungan lapisan ozon dan mencegah efek pemanasan global akibat buangan refrigeran HCFC.
3.
Dapat meningkatkan kesadaran dan partisipasi aktif masyarakat dalam program perlindungan lapisan ozon dan mencegah efek pemanasan global.
5
1.5. Tujuan Penelitian
1.
Menghitung dan menentukan komponen-komponen prototipe mesin recovery dan recycle yang mudah diangkut dan digunakan.
2.
Mengukur dan menguji kinerja dari mesin recovery dan recycle. Adapun kinerja mesin 2R melipuli laju recovery rata-rata dan laju recycle rata-rata mesin 2R dalam suatu proses.
BAB II LANDASAN TEORI 2.1.
Tinjauan Umum Ozon, HCFC dan Mesin 2R/3R
Kebutuhan refrigeran HCFC (R-22) di dalam negeri setelah impor dihentikan pada akhir 2013 masih tetap ada mengingat masih banyaknya peralatan yang terpasang atau beroperasi menggunakan HCFC. Sehingga perlu dilakukan upaya pengambilan kembali HCFC dari sistem mesin pendingin atau unit terpasang untuk meminimalkan pelepasan HCFC ke atmosfer. Menurut Kementrian Lingkungan Hidup (KLH) mesin 3R adalah mesin yang berfungsi untuk me-recovery, me-recycle dan me-recharging refrigeran dari dan ke mesin pendingin. Prinsip kerja mesin 3R (recovery, recycle and recharging ) dibagi menurut sistem recycle-nya, yaitu laluan tunggal dan multi laluan. Pada laluan tunggal proses pemurnian refrigeran dilakukan hanya satu kali sirkulasi saja. Sedangkan pada multi laluan sirkulasi dilakukan berulang-ulang. Banyaknya receiver dryer dan pipa-pipa kapiler yang digunakan pada sistem mesin 3R laluan tunggal lebih sedikit dibandingkan mesin 3R multi laluan (Tandian dan Ari, 2005). Dalam proyek bantuan world bank melalui KLH digunakan mesin 3R laluan tunggal (UNDP-KLH, 2007). Keuntungan dengan service mesin 3R ini yaitu : 1) mencegah kerusakan lapisan ozon oleh HCFC serta mencegah pemanasan global, 2) secara ekonomis lebih menguntungkan karena tidak perlu membeli refrigeran baru untuk mengisi mesin pendingin, cukup dengan menggunakan refrigeran hasil recycle oleh mesin 2R, dan 3) saat melakukan service akan lebih efektif dan efisien.
2.2.
Definisi dan Hubungan Recover y, Recycle dan Recharging Recovery dapat diartikan sebagai tindakan pemindahan refrigeran dalam
tingkat keadaan apapun (uap, cair, campuran, atau bercampur dengan substansi lainnya) dari suatu sistem serta menyimpan refrigeran tersebut didalam sebuah penampung di luar sistem (Althouse et al ., 2004; Shizuo and Kazuyuki, 2003). Recycling didefinisikan sebagai tindakan pengurangan kontaminan yang terdapat pada refrigeran yang telah digunakan dengan cara memisahkan oli, dan menghilangkan gas terkondensasi dengan menggunakan peralatan seperti filter
6
7
dryer untuk mengurangi kelembaban, keasaman serta partikulat (Althouse et al ., 2004). Recharging adalah tindakan pengisian kembali sistem refrigerasi dengan refrigeran yang telah di-recovery dan recycle. Reclamation atau reklamasi adalah upaya untuk menperoleh ulang refrigeran yang melekulnya telah rusak dan tidak dapat dimurnikan dengan cara recycling . Berbeda dengan proses recycling yang hanya melibatkan proses-proses fisik seperti penyaringan kotoran dan pemisahan pelumas, proses reclaiming melibatkan proses kimia untuk memperbaiki susunan melekul (EPA, 1999). Disposal atau pembuangan adalah tindakan penghancuran refrigeran dan untuk membuangnya dalam bentuk yang aman. Analisis kimia refrigeran wajib menunjukkan spesifikasi yang sesuai. Identifikasi kontaminan dan analisis kimia yang diperlukan harus ditentukan dengan mengacu pada standar nasional atau internasional untuk spesifikasi produk baru. Push / Pull Method. Metode recovery refrigeran didefinisikan sebagai proses mentransfer refrigeran cair dari sebuah sistem pendinginan ke tabung penerima dengan menurunkan tekanan dalam tabung dan meningkatkan tekanan dalam sistem. Pada Gambar 2.1 dapat dilihat hubungan berbagai proses penanganan refrigeran. Pada gambar tersebut diinformasikan bahwa mesin recovery dapat me-recovery refrigeran baik yang berasal dari mesin refrigerasi maupun dari sumber lain. Kemudian refrigeran dapat diisikan kembali kemesin refrigerasi setelah didaur ulang. Refrigeran yang tidak layak lagi digunakan akan dimusnahkan.
Gambar 2.1. Hubungan berbagai proses penanganan refrigeran (Pasek, 2004).
8
2.3. Parameter-Parameter dari Mesin Recovery dan Recycle
Berikut parameter kinerja dari mesin 2R : a. Vapor Recovery Rate (kg/min) b. Final Recovery Vacuum (kPa) c. Recycle Flow Rate (kg/min) d. Residual Trapped Refrigeran (gram) f. Refrigeran Loss (gram) Vapor Recovery Rate adalah laju aliran massa rata-rata refrigeran yang ditarik dari sistem berdasar tekanan. (Kondisi awal uap pada tekanan saturasi dan suhu titik didih di 24 ° C atau di 100 kPa, mana yang lebih tinggi. Kondisi tekanan akhir adalah 10% dari tekanan awal, tetapi tidak lebih rendah dari tekanan vakum recovery dan tidak lebih tinggi dari 100 kPa.). Recycle Flow Rate, Jumlah refrigeran yang diproses dibagi dengan waktu yang telah berlalu dalam modus daur ulang. Untuk peralatan yang menggunakan urutan daur ulang terpisah, tingkat daur ulang tidak termasuk laju recovery. Untuk peralatan yang tidak menggunakan urutan daur ulang terpisah, tingkat daur ulang adalah hanya tingkat berdasarkan tinggi dari tingkat recovery cair atau uap, dimana tingkat kontaminan diukur. Residual Trapped Refrigerant adalah refrigeran yang tersisa dalam mesin pendingin setelah pembersihan. Trapped Refrigerant adalah jumlah refrigeran yang tersisa dalam peralatan recovery setelah pemulihan atau recovery/daur ulang operasi sebelum pembersihan. Refrigeran hasil dari mesin 2R dapat diuji berdasarkan perbandingan dengan refrigeran murni sesuai dengan kategori yang dipilih. Jika refrigeran hasil recycle dapat mendekati kontaminasi seperti refrigeran murni, maka refrigeran hasil recycle dapat digunakan kembali. Tingkat kontaminan yang tidak dapat digunakan hanya pada kondisi yang terburuk. 2.4. Teknik Pengelolaan Refrigeran HCFC (R-22)
Menurut UNDP-KLH (2006) refrigeran CFC (R-12), HCFC (R-22) dan HFC (R-134a) yang harus dikelola untuk mencegah terjadinya pelepasan/emisi ke atmosfer adalah:
9
1) Stok CFC, HCFC dan HFC yang sudah ada di dalam negeri. 2) Hasil recovery dari kegiatan service peralatan pendingin yang masih menggunakan CFC, HCFC dan HFC. 3) Hasil retrofit atau replacement peralatan pengguna CFC, HCFC dan HFC. 4) Hasil retirement peralatan yang masih menggunakan CFC, HCFC dan HFC. Menurut Dincer (2003) tujuan pengelolaan refrigeran CFC, HCFC
dan
HFC adalah: 1) Mempercepat proses penghapusan CFC dan HCFC sebagai bahan perusak ozon (BPO) serta HFC sebagai penyebab pemanasan global. 2) Mencegah emisi CFC, HCFC dan HFC. 3) Menjaga kelangsungan kegiatan yang masih memerlukan CFC, HCFC dan HFC atau kegiatan alih teknologi pada industri pengguna CFC, HCFC dan HFC.
2.5. Service Mesin Pendingin
Menurut Haryanto (2004), service mesin pendingin adalah tindakan perawatan atau perbaikan yang dilakukan terhadap mesin pendingin sehingga refrigeran harus dikeluarkan dari dalam sistem. Service dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki komponen, melakukan penggantian komponen, pembersihan komponen atau penggantian refrigeran. Dalam melakukan tindakan service terhadap mesin pendingin ada beberapa tahapan yang umum dilakukan yaitu sebagai berikut : Tahap pertama, pengeluaran refrigeran dari dalam sistem. Pada tahapan ini, sebelum melakukan tindakan service terhadap mesin pendingin biasanya refrigeran di dalam sistem terlebih dahulu harus dikeluarkan. Selama ini para teknisi mengeluarkan refrigeran dari dalam sistem dan melepaskan refrigeran tersebut ke atmosfer. Bila refrigeran yang dilepaskan tersebut mengandung unsur chlor seperti refrigeran HCFC (R-22) akan menyebabkan terjadinya penipisan lapisan ozon dan HFC (R-134a) akan menyebabkan pemanasan global. Tahap kedua, melakukan service (perawatan, perbaikan atau penggantian komponen). Pada tahap ini, bila refrigeran di dalam sistem telah dikeluarkan maka
10
tindakan service dapat dilakukan seperti melakukan perawatan, perbaikan atau penggantian terhadap komponen yang mengalami kerusakan. Tahap ketiga, melakukan vacuum system. Jika service telah selesai dilaksanakan,
maka
sistem
perlu
di-vacuum
atau
pengosongan
dengan
menggunakan alat vacuum dengan tujuan agar sistem tidak mengandung uap air, udara (gas) dan sebagainya. Jika unsur-unsur tersebut berada dalam sistem pada saat sistem bekerja maka akan mempengaruhi kinerja sistem dan pada akhirnya merusak sistem mesin pendingin. Tahap keempat, melakukan pengisian refrigeran. Jika sistem sudah benar benar vacuum dan tidak ditemui kebocoran dalam sistem maka dilakukan pengisian refrigeran dengan kapasitas refrigeran sesuai dengan petunjuk pabrik pembuatnya. Service mesin pendingin cara lama (konvensional) dilakukan dengan cara mengeluarkan refrigeran dari dalam sistem dengan melepas refrigeran tersebut ke atmosfer yang merupakan cara service yang tidak ramah lingkungan.
2.6.
Mesin Recovery dan Recycle
Karakteristik dari mesin recovery dan recycle: 1) Mesin recovery dan recycle ini hanya dioperasikan untuk mesin pendingin siklus kompresi uap. 2) Jenis refrigeran yang dapat di recovery dan recycle yaitu refrigeran senyawa halokarbon.
Pada Gambar 2.2 dapat dilihat siklus terbuka pada mesin recovery dan recycle. Dimana pada gambar tersebut dijelaskan bahwa uap atau campuran uap cair refrigeran memasuki kompresor, lalu dikompresi ke kondensor. Pada kondensor uap refrigeran didinginkan hingga berubah menjadi cair hingga masuk ketabung penampungan. Pada Gambar 2.3 dapat dilihat Diagram T-s siklus terbuka mesin 2R laluan tunggal.
11
Gambar 2.2. Siklus pada mesin recovery dan recycle.
Gambar 2.3. Diagram T – s mesin recovery dan recycle (Moran & Shapiro, 2006).
Urutan proses yang terjadi pada siklus mesin recovery dan recycle : Pr oses 1 – 2
Proses recovery refrigeran dengan tekanan sisi isap kompresor (tekanan vakum). Refrigeran di keluarkan dari system pendingin, pada kondisi uap jenuh. Kemudian tekanan refrigeran dinaikkan oleh kompresor.
12
Pr oses 2 – 3
Proses pelepasan energi panas refrigeran di kondensor pada tekanan konstan (isobaric). Refrigeran mengalami kondensasi menuju cairan jenuh. Pr oses 3 – 4
Proses pemindahan refrigeran menuju tabung penyimpan refrigeran sementara. (ASHRAE, 2006)
Gambar 2.4. Skema mesin recovery dan recycle (ASHRAE, 2006).
Pada Gambar 2.4. diatas dapat dilihat skema dari mesin recovery
dan
recycle. Pada gambar tersebut digambarkan bahwa refrigeran dari sistem refrigerasi dihisap oleh kompresor menuju pemisah oli dan filter dryer untuk mengurangi kontaminasi oli dan kotoran serta uap air yang terkandung pada refrigeran sebelum memasuki kompresor. Lalu refrigeran dikompresi ke kondensor untuk didinginkan setelah itu refrigeran kembali melalui filter dryer sebelum dimasukkan kedalam tabung penampungan sementara.
13
2.7. Cara Kerja Mesin 2R Laluan Tunggal
Menurut Key and Powell (1998) dan Andika (2006) yang menjelaskan cara kerja mesin 2R laluan tunggal sebagai berikut : Recovery, proses pengambilan refrigeran dari dalam suatu sistem pendingin dan memindahkannya ke dalam suatu tabung/tangki penampung. Prosedur pada tahap recovery yaitu: 1) Untuk refrigeran yang sejenis refrigeran hasil recovery harus dikumpulkan dalam tangki penampung. 2) Refrigeran hasil recovery harus diberi label yang menyatakan jenis refriger an. 3) Tangki penampung refrigeran hasil recovery yang direkomendasikan adalah yang dirancang untuk pemakaian berulang ( refillable), bukan tangki sekali pakai (disposable) yang biasa digunakan untuk kemasan refrigeran baru, dan 4) Pada kondisi dimana kompresor hermatik atau semi hermatik terbakar atau mengalami kerusakan akibat temperatur berlebih, maka refrigeran hasil recovery harus disimpan dalam tangki penampung khusus untuk reklamasi atau dimusnahkan. Recycle (daur ulang), proses peningkatan kemurnian refrigeran dari proses sirkulasi didalam mesin 2R melalui proses fisika dengan jalan pemisahan minyak pelumas dan penyaringan refrigeran untuk digunakan kembali. Refrigeran yang berasal dari sistem refrigerasi dengan kompresor hermatik dan semi hermatik yang terbakar tidak boleh di-recycle karena banyak mengandung kotoran dan memiliki tingkat keasaman yang tinggi (ASHRAE, 2010). Prosedur pelaksanaan recycle yaitu : 1) Sebelum dilakukan recycle, wajib dilakukan pengkajian/verifikasi terhadap sistem refrigerasi dan keadaan sekitarnya. 2) Dilarang melepas refrigeran jenis CFC, HCFC dan HFC ke atmosfer dalam pelaksanaan recycle. 3) setelah proses recycle, wajib dilakukan pencatatan dalam buku log dengan mencantumkan informasi : jenis dan jumlah refrigeran yang di recycle, penanganan keadaan khusus, tanggal pelaksanaan recycle, dan nama teknisi yang melakukan recycle; dan
14
4) HCFC hasil daur ulang harus ditampung dalam tangki penampung dan diberi label yang menunjukkan jenis refrigeran yang disimpan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan tangki penampung yaitu (ASHRAE, 2010): 1) Refrigeran hasil recycle harus ditampung dalam tangki yang dirancang untuk pemakaian berulang (refillable), bukan dalam tangki sekali pakai (disposable) yang biasa digunakan untuk kemasan refrigeran baru dan 2) Untuk menginformasikan jenis refrigeran, tangki penampung harus diberi label identitas yang menginformasikan jenis refrigeran secara jelas. Recharging , proses pengisian kembali mesin pendingin dengan refrigeran yang diambil atau ditangkap pada waktu proses recovery. Sebelum sistem diisi dengan refrigeran baru, harus dilakukan: 1) Pemvakuman, untuk membersihkan sistem dari sisa refrigeran lama dan gas lain yang tidak diinginkan. 2) Pemeriksaan kebocoran sesuai dengan standar yang berlaku. Jika ternyata ada kebocoran, sistem harus diperbaiki dahulu sebelum dilakukan pengisian refrigeran (UNDP-KLH, 2007). Menurut UNDP-KLH (2006), peralatan yang digunakan dalam service mesin pendingin dengan mesin 3R adalah sebagai berikut : satu buah tang penusuk dan selang penghubung, satu tabung untuk penampung refrigeran, satu tabung refrigeran, satu unit mesin 3R, satu buah tang penjepit, satu buah pentil Freon, satu buah pendeteksi kebocoran, satu buah gauge manifold dan lain-lain. Namun dari pengalaman menunjukkan bahwa cara diatas tidaklah efektif, terutama penggunaan tank penusuk yang ternyata refrigeran masih terlepas ke Atmosfer melalui celah-celah tank dan pipa. Mesin 3R juga terlalu besar dan berat sehingga diusahakan pembuatan mesin 2R. Dengan adanya usaha-usaha perlindungan lapisan ozon dan pengurangan impor HCFC maka para teknisi sebaiknya (ASHRAE, 2010): 1) Memahami bahaya yang timbul akibat rusaknya lapisan ozon. 2) Berusaha mencegah terlepasnya HCFC ke udara pada setiap tindakan service.
15
3) Mengetahui jenis-jenis refrigeran baru pengganti HCFC dan penggunaannya, dan 4) Mengetahui cara-cara penanganan refrigeran HCFC dan refrigeran baru pada saat service dan retrofit. Berdasarkan uraian diatas, yang dimaksud dengan pengelolaan refrigeran HCFC (R-22) dengan mesin 2R dan kaitannya dengan sektor servicing pada bengkel mesin pendingin adalah cara penanganan refrigeran HCFC (R-22) pada saat service mesin pendingin menggunakan mesin 2R. Proses tersebut dimulai dari proses recovery yaitu proses pengambilan refrigeran dari dalam suatu sistem pendingin dan memindahkannya ke dalam suatu tabung/tangki penampung. Kemudian proses recycle yaitu proses peningkatan kemurnian refrigeran dari proses sirkulasi didalam mesin 2R melalui proses fisika dengan jalan pemisahan minyak pelumas dan penyaringan refrigeran untuk digunakan kembali dan proses recharging yaitu proses pengisian kembali refrigeran yang diambil atau ditangkap pada waktu proses recovery pada sistem mesin pendingin tersebut.
2.8.
Komponen dan parameter perhitungan Mesin Recovery dan Recycle
Komponen utama mesin recovery dan recycle refrigeran terdiri dari; kompresor, kondensor, evaporator dan alat ekspansi. Disamping komponen utama terdapat komponen tambahan seperti; strainer / filter dryer , pemisah oli, fan motor dan chek valve. 2.8.1.Kompresor
Kompresor adalah bagian yang terpenting dari mesin refrigerasi.
Pada
tubuh manusia, kompresor dapat diumpamakan sebagai jantung yang memompa darah ke seluruh tubuh kita.
Dalam mesin refrigerasi, kompresor menekan
refrigeran ke semua bagian dari sistem. Kompresor ini menaikan tekanan dan mengalir refrigeran dari satu bagian ke bagian lainnya dari sistem. Karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah maka refrigeran cair dapat mengalir melalui alat pengatur refrigeran (alat ekspansi) ke evaporator. Tekanan refrigeran di evaporator harus lebih tinggi dari pada tekanan refrigeran dalam saluran hisap, agar refrigeran dingin dari evaporator dapat mengalir melalui saluran isap kompresor. Refrigeran dingin tersebut di dalam
16
kompresor hermetik berguna untuk mendinginkan kumparan motor listrik dan minyak pelumas kompresor. Kompresor pada sistem refrigerasi berguna untuk : 1. Menurunkan tekanan di dalam evaporator dengan menghisap refrigeran di evaporator sehingga refrigeran cair di evaporator dapat menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap panas lebih banyak dari ruangan di dekat evaporator. 2. Menghisap refrigeran dari evaporator pada suhu dan tekanan rendah lalu memampatkan gas tersebut sehingga menjadi gas bertekanan dan bersuhu tinggi. Kemudian mengalirkannya ke kondensor hingga gas tersebut berubah fase menjadi cair (pengembunan) dengan melepaskan panas refrigeran ke lingkungan atau kepada zat yang mendinginkan kondensor.
Untuk efisiensi mekanik yang diberikan diperlukan perhitungan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem yaitu kerja yang dilakukan oleh kompresor. Kerja yang dilakukan dapat dihitung dengan menggunakan sifat-sifat sistem yang mengacu pada gambar 2.3. Hal ini dapat didefinisikan sebagai kerja kompresor:
̇ ̇ =
(h2 – h1)
(2.1)
Dengan diketahui efisiensi isentropis ηcomp, maka besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan system mesin 2R adalah :
̇ ̇ =
(2.2)
Setelah daya yang dibutuhkan diketahui, maka dapat dipilih kompresor yang mendekati spesifikasinya dan tersedia dipasaran.
17
2.8.2.Kondensor
Kondensor mengembunkan
merupakan uap
alat
refrigeran
penukar yang
kalor
mengalir
yang dari
berfungsi
untuk
kompresor.
Untuk
mengembunkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari kompresor) diperlukan usaha untuk melepaskan kalor sebanyak kalor laten pengembunan dengan cara mengdinginkan uap refrigeran tersebut. Jumlah kalor yang dilepaskan pada kondensor sama dengan jumlah kalor yang diserap refrigeran dari dalam evaporator ditambah energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresi dalam kompresor. Ditinjau dari media yang digunakan untuk mendinginkan kondensor, maka kondensor dapat dibagi menjadi : a.
Kondensor dengan pendinginan air (Water cooled condensor )
b.
Kondensor dengan pendinginan udara ( Air cooled condensor )
c.
Kondensor dengan pendinginan air dan udara ( Evaporative condensor )
Panas yang harus dibuang dari kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Termodinamika 1. Laju Pendinginan di kondensor dihitung dengan menggunakan hukum pertama dan mengetahui kondisi refrigeran R22 cairan jenuh pada tekanan kondisi 3 (P 3), maka nilai entalpi (h3) temperatur (T3) dapat ditentukan menggunakan tabel sifat refrigeran jenuh (Uap-Cair) tabel tekanan (Moran & Shapiro, 2006). Menggunakan nilai perubahan entalpi pada kondensor dan laju aliran massa refrigeran, laju pendinginan untuk kondensor dapat ditentukan:
̇
=
kond
̇
(h2 – h3)
(2.3)
Dari kapasitas pembuangan panas yang dibutuhkan maka dapat dipilih kondensor yang sesuai dan tersedia dipasaran.
2.8.3.Pipa Kapiler
Pipa kapiler juga disebut chore tube, capillary tube dan lain sebagainya. Adapun guna dari pipa kapiler adalah : a.
Menurunkan tekanan refrigeran cair yang mengalir di dalam pipa tersebut.
18
b.
Mengontrol atau mengatur jumlah refrigeran cair yang mengalir dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah. Pipa kapiler banyak sekali macam dan ukurannya. Dimensi yang diukur
yaitu diameter dalam, hal ini berbeda dengan pipa tembaga yang diukur adalah diameter luarnya. Pipa kapiler menghubungkan sisi tekanan tinggi dengan sisi tekanan rendah atau antara saringan dengan evaporator dan pada bagian tengahnya mungkin dilewatkan pada pipa hisap dan disolder. Bagian yang disolder ini dinamakan heat exchanger. Berikut perhitungan pemilihan ukuran dan bentuk pipa kapiler :
= f
(2.4)
Faktor gesek dapat diketahui dengan mengacu pada diagram Moody berdasarkan Bilangan Reynolds dan kondisi fluida. Re
= dV ρ/μ
(2.5)
2.8.4. F il ter Dryer
Saringan ( filter dryer ) digunakan untuk menyaring kotoran-kotoran didalam sistem, seperti: potongan timah, kerak, karat dan lainnya agar tidak masuk kedalam pipa kapiler atau alat ekspansi lainnya. Saringan harus menyaring semua kotoran didalam sistem, tetapi tidak boleh menyebabkan penurunan tekanan atau membuat sistem menjadi buntu. Jika kompresor hermetic rusak atau motornya terbuka, maka saringan harus ditukar dengan yang baru. Pemilihan jenis dan spesifikasi filter dryer berdasarkan ukuran dan jenis pipa yang digunakan dalam sistem refrigerasi.
2.8.5.Pipa
Bila kecepatan aliran refrigeran adalah V (m/s), maka Luas Penampang Pipa Refrigeran yang dibutuhkan dapat dihitung, yaitu : Pipa Setelah Kompresor A p
= Luas Pipa
=
̇
Maka diameter dalam pipa yang dibutuhkan dapat ditentukan
(2.6)
19
d
=
(2.7)
Dengan data diameter dalam pipa diketahui, maka dengan itu kita dapat menentukan jenis pipa standar yang dibutuhkan.
2.8.6.Pemisah Oli
Refrigeran dan pelumas dapat bercampur atau tidak bercampur dengan pelumas bergantung pada jenis dan ukuran kompresor. Pada kompresor sentrifugal pelumas mempunyai sistem tersendiri yang terpisah dari saluran refrigeran, sehingga pada sistem ini, tidak perlu dikhawatirkan pengaruh kelarutan refrigeran dalam minyak pelumas atau sebaliknya. Namun demikian pada jenis kompresor torak dan ulir refrigeran bercampur dengan minyak pelumasnya. Untuk jenis kompresor ini maka diperlukan pasangan refrigeran – minyak pelumas yang saling larut, dengan demikian minyak pelumas dan refrigeran dapat dipisahkan dengan memasang pemisah oli pada sisi keluaran kompresor. Pada sistem kompresor yang memungkinkan terjadinya pencampuran refrigeran – oli, maka perlu diperhatikan adanya penuruan kerapatan dan viskositas minyak pelumas tersebut agar tidak terjadi kegagalan pelumasan. Pelumas refrigeran secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu oli mineral yang berasal dari minyak bumi dan oli sintetik. Terdapat dua jenis oli mineral yaitu oli mineral Napthenic dan Paraffinic, keduanya merupakan senyawa hidrokarbon jenuh, tetapi oli mineral napthenic mempunyai ikatan cyclic yang menyebabkan oli jenis ini viskositas dan temperatur curahnya lebih rendah dibandingkan oli mineral Paraffinic yang banyak mengandung lilin parafin. Dalam praktek keduanya terdapat dalam mineral oli dengan komposisi yang berbeda-beda. Refrigeran sintetik yang banyak digunakan adalah Alkyl-benzene, Polyo ester (POE), dan polyalkyl glycol (PAG). Hampir semua refrigeran halokarbon larut dengan baik dalam oli mineral, kecuali R-22, R-114 dan R-502 yang hanya larut sebagian (ASHRAE, 2010). Penggunaan refrigeran yang hanya terlarut sebagian ini pada sistem refrigerasi yang kecil. Refrigeran yang tercampur dengan minyak pelumas memerlukan perhatian pada sistem pemipaan yang memungkinkan minyak
20
pelumas kembali ke kompresor secara gravitasi. Sebagai contoh R-22 dengan 10% mineral oil merupakan larutan yang baik pada temperatur kondensor, tetapi akan terpisah pada temperatur evaporator – 5oC. Jika kandungan oli mencapai 18% pemisahan akan terjadi pada temperatur 0,5oC. Pada umumnya viskositas dan massa jenis oli pelumas akan menurun jika bercampur dengan refrigeran. Besarnya penurunan viskositas dan massa jenis ini meningkat dengan meningkatnya jumlah refrigeran yang terlarut, temperatur dan tekanan (AHSRAE, 2010). Campuran uap refrigeran dan minyak pelumas dapat dipisahkan di pemisah oli dengan menurunkan kecepatan aliran campuran refrigeran dan oli. Minyak/campuran uap meninggalkan kompresor dan memasuki tabung pemisah oli yang disana dapat mengembang, tiap-tiap tetesan minyak dikabutkan dalam aliran massa yang saling beradu satu sama lain mulai membentuk tetesan yang lebih besar dan lebih besar. Tetesan lebih besar ini kemudian jatuh ke bagian bawah pemisah minyak oleh karena gravitasi. Proses ini akan berlangsung dalam tabung kosong, semakin besar diameter semakin baik. Oli refrigeran dalam bentuk aerosol memiliki ukuran 0,1-40
m. Mayoritas aerosol dalam campuran gas
berada di kisaran 0,4-10 m dengan lebih dari 50% dari aerosol kurang dari 1
m. Minyak dalam bentuk aerosol sangat sulit untuk dihilangkan. Jika minyak ini tidak dikonversi ke tetesan besar dan cukup berat untuk turun melalui tarikan gravitasi, maka akan kembali ikut aliran campuran gas. Jika kecepatan sangat rendah, akan ada kekuatan yang cukup untuk menyebabkan tetesan kecil untuk bertabrakan dan jatuh. (ASHRAE Journal, 1995). Berikut perhitungannya : Vref harus lebih kecil dari pada V ref. maks agar oli dapat terpisah dengan refrigeran. V p - Vref = 1/18 dp 2
̇
[ ]
= ρref Vref At
g
(Schramm, 1992)
(2.8) (2.9)
21
2.9.
Konsep Perancangan
2.9.1. Diagram Alir Proses Perancangan
Diagram alir adalah suatu gambaran utama yang dipergunakan untuk dasar dalam bertindak. Seperti halnya pada perancangan diperlukan suatu diagram alir yang bertujuan untuk mempermudah dalam pelaksanaan proses perancangan. Menurut Darmawan 2004, perancangan itu terdiri dari serangkaian kegiatan yang beruntun, karena itu disebut sebagai proses perancangan. Kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Fase-fase dalam proses perancangan berbeda satu dengan yang lainya. Fase-fase proses perancangan tersebut dapat digambar dalam diagram alir sebagai berikut: Kebutuhan Definisi, perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi teknis produk
Perancangan konsep produk
Perancangan produk Dokumen untuk pembuatan produk
Gambar 2.5 Diagram proses perancangan (Darmawan, 2004) 2.9.2. Definisi, perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi teknis produk
Ide produk yang akan dirancang dan dibuat dipilih dari daftar ide-ide produk yang diusulkan baik oleh bagian pemasaran maupun dari bagian bagian lain dalam perusahaan pada langkah/kegiatan definisi proyek. Definisi proyek dan kegiatan-kegiatan lain dalam fase ini menghasilkan antara lain, disamping definisi proyek adalah: a. pernyataan tentang masalah/produk yang akan dirancang,
22
b. beberapa
kendala
atau
constraints
yang
membatasi solusi
masalah
tersebut, c. spesifikasi teknik produk dan, d. krieria keterterimanan (acceptability criteria) dan kriteria lain yang harus dipenuhi. Untuk ide produk, maka kemudian dilakukan survei diantara pengguna (consumer)
dan pelanggan (costumer) untuk mengetahui keinginan-keinginan
pengguna tentang produk tersebut. Berdasarkan keinginan-keinginan pengguna tersebut kemudian disusun spesifikasi
teknis produk yang selanjutnya
akan
dijadikan dasar fase perancangan berikutnya. Yaitu fase perancangan konsep produk dan menjadi tolak ukur pada evaluasi hasil produk yang sudah jadi. Salah satu metode yang dianjurkan untuk digunakan dalam penyusunan spesifikasi teknis produk adalah metode Quality Functionla Deployment (QFD) yang dikembangkan di Jepang, dan kemudian banyak digunakan oleh perusahaan perusahaan di Amerika serikat pada tahun 1980-an. Sebelum fase perancangan konsep produk dimulai, terlebih dahulu disusun rencana proyek, yang mengatur jadwal dan urutan kegiatan dan mengatur pergerakan sumber dana, sumber tenaga dan sumber dana lainnya. Spesifikasi teknis produk adalah dinamis sifatnya, yaitu dapat mengalami perubahan selama proses perancangan dan pembuatan produk berlangsung. Spesifikasi teknis produk mengandung hal-hal berikut:
Kinerja atau performance yang harus dicapai produk
Kondisi lingkungan, seperti temperatur, tekanan dan lain-lain yang akan dialami produk
Kondisi operasi lain
Jumlah produk yang akan dibuat
Dimensi produk
Berat produk
Ergonomic
Keamanan dan safety
Harga produk
23
Jika waktu penyelesaian perancangan dan pembuatan
produk tercantum
dalam spesifikasi, maka perlu dibuat jadwal penyelesaian setiap fase dan langkah dalam proses perancangan dan pembuatan produk. Hal ini merupakan suatu perencanaan proyek.
2.9.3. Perancangan Konsep Produk
Spesifikasi
teknis
produk hasil fase
pertama
proses
perancangan
menjadi dasar fase berikutnya, yaitu fase perancangan konsep produk. Tujuan fase
ini
adalah
menghasilkan alternatif konsep produk sebanyak
mungkin. Konsep produk yang dihasilkan fase ini masih berupa skema atau dalam bentuk skets. Pada prinsipnya, semua alternatif semua konsep produk tersebut memenuhi spesifikasi teknik produk. Pada akhirnya fase perancangan konsep produk, dilakukan evaluasi pada hasil rancangan konsep produk untuk memilih satu atau beberapa konsep produk terbaik untuk dikembangkan pada fase ketiga fase perancangan produk.
2.9.4. Perancangan Produk
Fase perancangan produk merupakan pengembangan alternative dalam bentuk skema atau skets menjadi produk atau benda teknik yang bentuk, material dan dimensi elemen-elemennya ditentukan. Fase perancangan produk diakhiri dengan perancangan detail elemen-elemen produk, yang kemudian dituangkan dalam gambar-gambar detail untuk proses pembuatan.
2.9.5. Dokumen untuk Pembuatan Produk
Dokumen
atau
gambar
hasil
perancangan
produk
tersebut
dapat
dituangkan dalam bentuk gambar tradisional diatas kertas (2 dimensi) atau gambar dalam bentuk modern yaitu informasi digital yang disimpan dalam bentuk memori computer. Informasi dalam digital tersebut dapat berupa print-out untuk menghasilkan
gambar tadisional
software computer. Gambar hasil rancangan produk terdiri dari :
atau
dapat
dibaca
oleh sebuah
24
a. Gambar semua elemen produk lengkap dengan geometrinya, dimensinya, kekasaran/kehalusan permukaan dan material. b. Gambar susunan komponen (assembly). c. Gambar susunan produk. d. Spesifikasi yang membuat keterangan-keterangan yang tidak dapat dimuat dalam gambar.
BAB III METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2013 hingga bulan Juni 2013 di Laboratorium Konversi Energi, Training Center, Sains and Technology, Universitas Diponegoro. 3.2.
Alat dan Bahan
3.2.1. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam perancangan dan pengujian ini adalah Refrigeran HCFC (R22) murni yang dijual dipasaran.
3.2.2. Alat Penelitian
Perancangan dan Pengujian Prototipe Mesin 2R pada mesin pendingin di Laboratorium Training Center, Sains and Technology, Universitas Diponegoro, dengan peralatan sebagai berikut : a) 1 Unit Air Conditioner ¾ HP : b) Kompresor ¼ HP c)
Unit Kondensor, motor dan Fan
d)
Pemisah oli
e) Filter dryer f) Pressure Gauge g) Infrared/DIGITAL thermometer h)
Stop watch
i)
Gauge manifold
j)
Timbangan digital
k)
Tabung refrigeran
l)
Refrigeran
Chekmate
Contamination
25
26
m) Perlengkapan AC Service, meliputi : 1)
1 Unit Tang Ampere
2)
1 Set Kunci L
3)
1 Set Kunci Pas
4)
1 Set Obeng + dan –
5)
1 Testpen
6)
1 Buah Tang
7)
1 Set Perlengkapan Las Brazing
Alat uji yang digunakan telah terkalibrasi dari pabrik pembuatnnya. 3.3. Metode Penelitian
Metode penelitian yang dipergunakan adalah metode pendekatan rancangan secara umum, yaitu pendekatan analisis fungsional dan pendekatan analisis struktural. Analisis fungsional yaitu analisis yang menyangkut segi fungsi dan kegunaan dari setiap elemen penyusun mesin tersebut terhadap komoditi yang akan diproses. Analisis struktural yaitu analisis yang menyangkut bahan dasar, kekuatan bahan, dan konstruksi. Diagram alir metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1. Tahapannya adalah sebagai berikut:
3.3.1 Identifikasi Permasalahan
Khusus untuk Mesin Mesin Pendingin, akan dirancang dan digunakan mesin 2R yang cocok dan mudah digunakan sesuai kondisi lapangan pada servis mesin Mesin Pendingin. Sebelum melakukan tindakan servis terhadap mesin pendingin biasanya refrigeran di dalam sistem terlebih dahulu harus dikeluarkan. Selama ini (sebelum menggunakan mesin 2R/3R) para teknisi melakukan sevice secara konvensional yaitu mengeluarkan refrigeran dari dalam sistem mesin pendingin dan melepaskan refrigeran tersebut ke atmosfer. Secara ekonomis mesin 2R lebih menguntungkan karena tidak perlu membeli refrigeran baru untuk mengisi mesin pendingin, cukup dengan menggunakan refrigeran hasil recovery dan recycle mesin 2R saja. Disamping itu service dapat dilakukan lebih efektif dan efisien. Tahap ini merupakan tahap awal dimana komponen prototipe mesin yang dibuat ditentukan berdasarkan kebutuhan proses recovery dan recycle. Parameter yang harus diketahui atau ditetapkan antara lain:
27
1) Bentuk, ukuran dan massa prototipe mesin 2R 2) Metode pada recovery yang digunakan 3) Waktu dan kecepatan proses 4) Temperatur dan tekanan Mulai
Identifikasi Permasalahan : Ukuran, massa, metode, ketersediaan
Analisis Fungsional
Pemilihan alat berdasar hasil perhitungan
Pembuatan Mesin 2R
Tidak Layak
Uji Fungsional : Ukuran, massa, laju recovery
Layak
Selesai
Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian.
28
3.3.2 Analisis Fungsional
Mekanisme sistem penghisap pada mesin recovery dan recycle ini dirancang untuk me-recovery dan me-recycle refrigeran yang ada di mesin pendingin untuk dipindahkan kedalam tabung penampung. Bagian-bagian yang bekerja antara lai n: a. Kompresor, berfungsi untuk menghisap refrigeran mesin pendingin pada suhu dan tekanan rendah lalu memamfatkan gas tersebut sehingga menjadi gas bertekanan dan bersuhu tinggi. Kemudian mengalirkannya ke kondensor. Mempergunakan tenaga listrik sebagai sumber penggeraknya. b. Pipa kapiler, berfungsi menurunkan tekanan dari mesin pendingin sebelum memasuki kompresor agar tekanan yang bekerja ke kompresor lebih ringan. c. Pipa, berfungsing menghubungkan aliran refrigeran antar komponenkomponen mesin recovery dan recycle. d. Kondensor, berfungsi sebagai pembuang panas refrigeran hingga berubah fase menjadi cair (pengembunan) dengan melepaskan panas refrigeran ke lingkungan atau kepada zat yang mendinginkan kondensor (udara). e. Katup manual, adalah bagian yang mempengaruhi jalannya aliran refrigeran. Berfungsi sebagai pemutus dan penyambung aliran Refrigeran. f. Manifold gauge, berfungsi sebagai alat penghubung antara mesin pendingin dan mesin 2R sekaligus sebagai alat pengukur tekanan hisap kompresor. g. Oil separator, berfungsi untuk memisahkan antara refrigeran dan oli yang sebelumnya telah bercampur pada sistem mesin pendingin. h. Filter dryer , berfungsi sebagai penyaring kotoran dan gelembunggelembung udara yang ada pada refrigeran. i.
Tabung penampung, sebagai tempat penampungan sementara refrigeran hasil recovery dan recycle dari mesin pendingin.
j.
Timbangan digital, untuk mengetahui seberapa banyak refrigeran hasil recovery dan recycle yang telah ditampung pada tabung penampung.
29
3.3.3 Menghitung dan menentukan komponen Mesin 2R
Setelah semua analisis fungsional diselesaikan maka tahapan selanjutnya adalah pembuatan model mesin recovery dan recycle R22. Perancangan model mekanisme sistem recovery pada mesin recovery dan recycle ini dirancang agar refrigeran mudah dipindahkan dan memiliki tingkat kemurnian yang baik. Sehingga ada bagian penampungan sementara dari hasil recovery yang terpisah di dalam mekanisme sistem recovery tersebut. Bagian-bagiannya adalah: 1) Penentuan jenis dan spesifikasi dari kompresor. Pada tahap ini, kita menaksir laju recovery, waktu yang diperlukan untuk merecovery dan dapat menentukan jenis dan spesifikasi kondensor. 2) Pemilihan ukuran dan jenis pipa. Pada tahap ini, ditentukan dan dihitung sistem pemipaan pada mesin 2R baik itu, panjang, sambungan, belokan, rugi tekanan dll. 3) Pemilihan dan komponen-komponen pendukung. Komponen-komponen tersebut ialah, banyak dan posisi dari filter dyer , pemisah oli, chek valve, katup keluar dan masuk serta pressure gauge. 4) Pembuatan Standar Operasional Prosedur Mesin 2R Bagi Perusahaan service mesin pendingin akan diberikan SOP sehingga dapat menggunakan
mesin
2R/3R
dengan
baik
dan
benar
sekaligus
menginformasikan pentingnya ozon bagi kehidupan.
Jika waktu yang diinginkan untuk me- recovery refrigeran dari mesin pendingin ke tabung penampung selama 10 menit dengan massa awal 500 gram (Mesin AC 1 HP Standar), maka laju aliran massa refrigeran rata-rata dapat dihitung sebagai berikut : t
= 10 menit = 600 s
m
= 500 gram = 0,5 kg
⁄ ̇ =
=
=
0,05 kg/min
= 83,4 x 10 -5 kg/s
Jadi daya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan diketahuinya laju aliran massa yang dinginkan. Dengan nilai laju aliran massa yang mencapai 0,834 gr/s maka dapat dipastikan model ini dapat berjalan sesuai dengan fungsinya.
30
3.3.4 Uji Fungsional
Metode pengujian yang dipergunakan adalah metode uji fungsional dari masing-masing elemen mesin yang telah digabungkan. Elemen mesin tersebut akan diuji apakah berfungsi dengan baik atau tidak. Apabila tidak berfungsi secara baik maka akan dilakukan analisis rancangan kembali.
3.3.4.1. Pengujian Perbandingan Terhadap 4 Varian Mesin 2R
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan jenis atau varian mesin 2R yang tepat dan optimal dengan cara menguji dan membandingkan 4 jenis varian mesin 2R. Keempat jenis varian mesin 2R ini berbeda pada komponen dan urutan proses pada tiap-tiap komponen mesin 2R. Berikut perbedaan dan urutan komponen pada keempat varian mesin 2R : b. Varian 1 (Kompresor dan Kondensor) Pada varian 1 ini hanya terdapat kompresor, kondensor, katup dan sistem pemipaan. Urutan proses pada varian ini adalah refrigeran dari sisi hisap mesin 2R melewati katup memasuki kompresor, lalu dari kompresor menuju kondensor dan dengan tekanan yang didapat dari kompresor digunakan untuk menekan refrigeran untuk masuk ke tabung penampung setelah mesin 2R. c. Varian 2 (Kompresor, Kondensor dan Katup Expansi Setelah Kondensor) Pada varian 2 ini terdapat kompresor, kondensor, katup, katup expansi dan sistem pemipaan. Urutan proses pada varian ini adalah refrigeran dari sisi hisap mesin 2R melewati katup memasuki kompresor, lalu dari kompresor menuju kondensor. Setelah melewati kondensor, refrigeran diexpansi oleh katup expansi yang akan menurunkan tekanan refrigeran sebelum memasuki tabung penampung. Dengan tekanan yang tersisa yang didapat dari kompresor digunakan untuk menekan refrigeran untuk masuk ke tabung penampung setelah mesin 2R. d. Varian 3 (Kompresor, Kondensor dan Katup Expansi Setelah Kompresor) Pada varian 3 ini terdapat kompresor, kondensor, katup, katup expansi dan sistem pemipaan. Urutan proses pada varian ini adalah refrigeran dari sisi hisap mesin 2R melewati katup memasuki kompresor, lalu dari kompresor refrigeran
31
diexpansi oleh katup expansi sebelum menuju kondensor. Setelah melewati kondensor, refrigeran masuk ke tabung penampung setelah mesin 2R. e. Varian 4 (Kompresor, Kondensor, Pemisah Oli dan Filter Dryer ) Pada varian 4 ini hampir sama dengan proses pada varian 1. Perbedaan pada kedua varian ini terdapat pada komponen tambahan yaitu Pemisah Oli dan Filter Dryer yang ada pada Varian 4. Sebelum memasuki kompresor, refrigeran pada sisi hisap mesin 2R memasuki Filter Dryer lalu pemisah Oli. Setelah melewati kompresor dan kondensor refrigeran kembali dimasukkan ke Filter Dryer sebelum menuju tabung penampung setelah mesin 2R.
3.3.4.2 Pengujian Kinerja Sistem
Pengujian untuk mengetahui kinerja sistem dilakukan dengan mengukur tekanan, suhu, massa dan waktu pada tiap-tiap tahapan refrigeran sebelum dan sesudah memasuki alat. Sketsa pengujian dan pengambilan data sistem mesin 2R dapat dilihat pada gambar 3.2. Untuk hasil pengambilan data dapat dilihat pada tabel 3.2. Pengujian ini ditujukan untuk mengetahui seberapa efisien kinerja dari suatu peralatan baik perkomponen maupun secara keseluruhan. Berikut parameter kinerja peralatan mesin 2R (AHRI Standart, 2012) : a. Vapor Recovery Rate (kg/min) b. Final Recovery Vacuum (kPa) c. Recycle Flow Rate (kg/min) d. Residual Trapped Refrigerant (gram) e. Refrigerant Loss (gram)
3.3.4.2. Pengujian Hasil Recycle Mesin 2R
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa persentase kotoran dan oli yang mampu tersaring oleh mesin 2R. Pengujian ini dilakukan dengan mengukur massa filter dryer dan pemisah oli sebelum dan sesudah proses recovery dan recycle mesin 2R. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Training Center Universitas Diponegoro.
32
3.3.4.3 Sketsa Pengambilan data dan Pengujian Sistem
Qk T
2
3
Kondensor
T P
P Tabung Penam pung
Kompresor
Wk
Sistem Pendingin
(Watt)
1
Timbangan (gr)
T P
Timbangan (gr)
Gambar 3.2. Skema Alat Uji Mesin 2R.
Tabel 3.1. Contoh tabel data hasil pengujian No
Menit ke
1.
0
2.
1
3.
2
4.
3
T1
P1
T2
P2
T3
P3
m1
m2
A
BAB IV PERANCANGAN DAN ANALISA DATA
Penelitian ini menyajikan perancangan dan perhitungan unit mesin recovery dan recycle. Faktor-faktor seperti: laju aliran massa, tekanan, temperatur, efisiensi, ukuran, serta kriteria yang lain dipertimbangkan dan dianalisis. Hasil dari analisis ini adalah desain dari unit mesin recovery dan recycle, didasarkan pada teori terkait, ramah lingkungan, tidak berisik, efisien dan minimalis. Untuk melengkapi desain dari unit mesin recovery dan recycle, dilakukan analisis termodinamika siklus pendingin. Ada empat komponen utama pada mesin ini dan itu akan berdampak pada kinerja sistem. Komponen ini termasuk: sistem pemipaan, kompresor, kondensor, dan pemisah oli.
4.1
Konsep perancangan mesin recovery dan recycle
4.1.1. Pernyataan kebutuhan
Dalam perancangan mesin 2R ini, didasarkan pada kebutuhan untuk lebih meningkatkan efektivitas recovery refrigeran oleh teknisi servis mesin pendingin. Mesin ini merupakan hasil modifikasi dari mesin 2R dan 3R yang sudah ada. Mesin 2R ini dibuat sebagai alat bantu perbaikan yang membantu teknisi, perusahaan servis mesin pendingin dan pemerintah dalam menjaga lingkungan. Dengan
sistem
kerja
yang
sederhana,
memungkinkan
teknisi dapat
mengoperasikannya tanpa merasa kesulitan.
4.1.2.Definisi, perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi mesin 2R
Berdasarkan pernyataan kebutuhan diatas, maka diperlukan beberapa langkah perencanaan proyek untuk memperjelas tugas perencanaan mesin 2R. Adapun perencanaan proyek antara lain terdiri dari: 1. Pernyataan Dibutuhkan mesin 2R untuk skala kecil dengan harga terjangkau. 2. Standar Penampilan Konstruksi mesin 2R ini telah disesuaikan dengan kenyamanan, keamanan, dan kemudahan dalam pengoperasiannya bagi pengguna. Mesin ini memiliki dimensi
33
34
yang tidak cukup besar, sehingga mesin ini dapat dengan mudah dipindah tempatkan dari satu tempat ketempat lain. 3. Target Keunggulan Produk Target atau sasaran yang ingin dicapai pada penelitian dan hasil pembuatan mesin 2R ini, adalah: a.Proses recovery dapat dikerjakan dengan mudah dan cepat. b.Komponen mesin 2R mudah dicari. c.Biaya keseluruhan pembuatan mesin ini terjangkau. d.Mudah
dalam
pengoperasian
mesin
2R ini,
karena mesin cukup
dioperasikan oleh 1 orang operator. e.Hasil recyle dapat digunakan kembali. f. Perawatan dan pemeliharaan mesin tidak memerlukan biaya khusus.
Spesifikasi teknis mesin 2R
Berdasarkan
uraian analisis
kebutuhan
di
atas
maka
pertimbangan
perancangan yang dilakukan pada mesin 2R antara lain : 1. Pertimbangan Geometri Pertimbangan geometri meliputi mesin memiliki panjang berkisar 400 mm, lebar 300 mm, tinggi 300 mm. 2. Pertimbanagn Material Pertimbangan dalam pemilihan material yaitu material mudah didapat dan harganya murah, sesuai dengan standar umum, memiliki umur pakai yang panjang serta memiliki sifat mekanis yang baik. 3. Pertimbangan Ergonomi Pertimbangan ergonomi meliputi, mesin sesuai dengan kebutuhan, mudah dipindahkan, dan mudah dioperasikan. 4. Pertimbangan Produksi a.Pertimbangan
produksi dapat meliputi,
mesin
dapat
diproduksi
oleh
bengkel kecil, suku cadang mudah didapat dan murah. b.Pemakai tidak memerlukan perawatan yang sulit untuk merawat mesin ini. 5. Pertimbangan Lingkungan a.Mesin 2R ini tidak menimbulkan pencemaran udara.
35
b.Pada saat beroperasi, mesin ini tidak menimbulkan suara yang bising. 6. Pertimbangan Keselamatan Kerja a.Mesin
2R ini
tidak
mengaplikasikan
bahan
yang berbahaya bagi
keselamatan. b.Konstruksi mesin recovery dan recycle ini didesain sesuai dengan posisi kerja yang aman dan nyaman, sehingga keselamatannya bisa terjamin. c.Selama proses produksi mesin recovery dan recycle ini tidak menghasilkan sisa bahan yang berbahaya. 7. Spesifikasi Tenaga Penggerak Mesin recovery
menggunakan
kompresor untuk mengisap dan menekan
refrigeran. Dibutuhkan kompresor untuk me-recovery refrigeran ± 0,05 kg/ menit.
Batasan-batasan
Sebagai produk yang dibuat dengan sedikit pengalaman dalam merancang mesin
dan
proses
pembuatannya
hanya mengandalkan
mesin mesin
konvensional, sehingga alat ini memiliki keterbatasan-keterbatasan baik dari segi teknis pembuatan maupun pengoperasiannya. Hal-hal yang menjadi keterbatasan dari mesin recovery dan recycle antara lain: a. Komponen-komponen yang dibuat masih belum sesuai dengan ukuran yang dikehendaki karena keterbatasan alat. b. Mesin beroperasi masih secara semi otomatis, yaitu kompresor dan katup-katup hanya berfungsi jika dihidupkan dan dibuka atau ditutup oleh operator.
4.1.3. Perencanaan Konsep Produk Funsi Produk
Tahap selanjutnya konsep produk dikembangkan menjadi perancangan produk dengan pendekatan "black-box" dikembangkan suatu transformasi energi uuntuk merealisasikan produk yang telah didefinisikan diatas. Transformasi energi
tersebut
dapat
dijelaskan
melalui
bentuk diagram
blok
fungsi.
Selanjutnya dari diagram blok fungsi dibuat matriks morfologi sebagai susunan alternatif fungsi yang merealisasikan perubahan transformasi energi tsb.
36
Blok Fungsi Fungsi dapat dideskripsikan sebagai aliran energi, aliran material dan aliran informasi, yang digambarkan sebagai blok fungsi dengan aliran masuk dan aliran keluar. Pada mesin 2R yang akan dirancang, energi masukan dapat berupa
energi
mekanik,
listrik,
atau
diesel.
Sistem
penggerak
untuk
mentransformasikan energi ke kompresor. Keluarannya berupa gaya hisap dan tekan, getaran dan bunyi.
Energi
Energi/Gaya Mesin recovery dan recycle Material
Material
Gambar 4.1 Blok Fungsi. Pada tahap ini akan dibuat secara umum kinerja dari tiap komponen melalui diagram blok seperti dibawah ini.
Dengan Tangan Instalasi Alat
Dengan Tangan Sentuh Tempatkan Pemasangan
Energi Aktifkan
Beri Energi
Ubah Energi
Multifikasi Gaya
Gaya hisap dan tekan (Energi)
Gambar 4.2 Diagram blok fungsi perancagan alat.
37
Dari diagram blok fungsi di atas dapat dilihat dimana fungsi terlebih dahulu didefinisikan sebagai fungsi keseluruhan, kemudian dikembangkan menjadi sub-fungsi yang akan
dilakukan pada produk yang akan
dikembangkan
nantinya. Fungsi utama dari produk mesin recovery dan recycle ini adalah untuk menghasilkan gaya hisap dan tekan yang dapat menghisap refrigeran sebelum mesin 2R dan menekan refrigeran ketabung penampung setelah mesin 2R.
Matriks Morfologi
Sub-fungsi pada diagram blok fungsi merupakan fungsi tingkat kedua. Untuk setiap sub fungsi
ini
kini
akan
dicari
solusi-solusi
yang
dapat
memenuhi setiap sub-fungsi. Solusi-solusi yang memenuhi sub-fungsi dan subsub-fungsi belumlah
merupakan konsep produk, tetapi baru konsep elemen.
Kombinasi konsep elemen barulah merupakan konsep produk. Berikut ini akan ditampilkan matriks morfologi dimana akan dapat disusun beberapa varian konsep produk yang mungkin dibuat.
Tabel 4.1 Matriks morfologi untuk mesin recovery dan recycle Pasang 1
Pasang dengan tangan 1.1
Pegang 1.1.1 Dekati 1.2.1
Satu Tangan A.1 Dua Tangan A.2 Angkat B.1 Sensor C.1
Tempatkan Pemasangan 1.2
Orientasikan 1.2.2
Selang C.2 Katup C.3
Berhenti 1.2.4
Bocor D.1
Aktifkan 2
Conector plug E.1 Sambungkan 2.1.1 Beri Energi 2.1
Sabuk E.2 Roda Gigi E.3 Kabel E.4 Saklar F.1
Aktifkan 2.1.2
Remote F.2 Hidupkan Mesin F.3
38
Listrik 2.2.1
Motor DC G.1 Torak H.1
Ubah Energi 2.2
Mekanik 2.2.2
Sentrifugal G.2 Ulir G.3
Dinamik 2.2.3
Multifikasi Gaya 2.3
Engine Mesin I.1 Sirkuit PCB K.1
Listrik 2.3.1
Potensiometer K.2
Hisap Tekan 2.3.2
Kompresor L.1 Setelah Kompresor M.1
Katup 2.4.1
Setelah Kondensor M.2 Sebelum Kompresor M.3
Expansi 2.4
Setelah Kompresor N.1 Pipa 2.4.2
Setelah Kondensor N.2 Sebelum Kompresor N.3
Recycle 2.5
Kotoran 2.5.1
Filter Dryer O.1
Oli 2.5.2
Oil Separator Q.1
Dari tabel 4.1 diatas maka dapat disusun alternatif konsep produk (varian) sebagai berikut : 1. Konsep 1 = A.2 + B.2 + C.2 + E.3 + F.2+ G.1 + H.1 + K.1 + L.1 2. Konsep 2 = A.2 + B.2 + C.2 + E.3 + F.1 + G.1 + H.1 + K.1+ L.1 + M.2 3. Konsep 3 = A.2 + B.2 + C.3 + E.3 + F.2 + G.1 + J.1 + K.1 + L.1 + M.1 4. Konsep 4 = A.2 + B.2 + C.2 + E.4 + F.2 + G.1 + H.2 + K.1 + L.1 + O.1 + Q.1 Dari keempat konsep tersebut akan dibuat model skets yang dibuat pada face perancangan konsep produk.
Konsep Produk
Konsep-konsep produk yang telah diperoleh dari morfologi diatas, yaitu konsep produk yang mungkin dibuat, akan dikembangkan dalam bentuk sketsa. Diharapkan dengan membuat sketsa dari konsep-konsep produk tersebut
39
maka akan dapat dianalisa konsep produk yang paling baik untuk dikembangkan baik dari segi teknologi maupun dari segi biaya pembuatannya.
1. Pengembangan konsep produk pertama Sketsa dari konsep mesin recovery dan recycle yang pertama dapat dilihat di gambar berikut :
AC katup
katup
kondensor
Tabung Penampung
kompresor
Gambar 4.3 Skets konsep produk pertama mesin recovery dan recycle Keterangan : Konsep ini hanya menggunakan kompresor dan kondensor sebagai komponen untuk me-recovery refrigeran. Pada konsep ini mesin 2R diharapkan bisa me-recovery refrigeran dengan baik dan cepat dikarenakan hanya sedikit komponen dan system pemipaan yang akan menghambat laju aliran refrigeran. Dengan komponen yang sedikit, mesin 2R pada konsep ini akan memiliki massa dan ukuran yang kecil serta biaya pembuatan yang lebih murah.
Pengembangan konsep produk kedua Sketsa konsep mesin recovery dan recycle yang kedua ini dapat dilihat dari gambar skets berikut :
40
Ekspansi
AC
katup
katup
kondensor
Tabung Penampung
kompresor
Gambar 4.4 Skets konsep produk kedua mesin recovery dan recycle.
Keterangan : Konsep ini hanya menggunakan kompresor, kondensor dan katup ekspansi setelah kondensor sebagai komponen untuk me- recovery refrigeran. Pada konsep ini refrigeran setelah mesin 2R diharapkan bisa menjadi fasa cair jenuh dengan tekanan lebih kecil untuk memasuki tabung dan tetap dengan laju recovery yang baik. Dengan komponen yang sedikit, mesin 2R pada konsep ini akan memiliki massa dan ukuran yang kecil serta biaya pembuatan yang lebih murah.
Pengembangan konsep produk ketiga Sketsa dari konsep mesin recovery dan recycle yang ketiga adalah sebagai berikut :
AC katup
katup
kondensor
Tabung Penampung
ekspansi kompresor
Gambar 4.5 Skets konsep produk ketiga mesin recovery dan recycle
41
Keterangan : Konsep ini hanya menggunakan kompresor, kondensor dan katup ekspansi setelah kompresor sebagai komponen untuk me-recovery refrigeran. Pada konsep ini refrigeran setelah kompresor pada mesin 2R diharapkan memiliki tekanan serta temperatur yang rendah sebelum memasuki kondensor dan tetap dengan laju recovery yang baik. Dengan komponen yang sedikit, mesin 2R pada konsep ini akan memiliki massa dan ukuran yang kecil serta biaya pembuatan yang lebih murah.
Pengembangan konsep produk keempat Skets dari konsep mesin recovery dan recycle yang keempat dapat dilihat dari gambar berikut :
AC katup
katup
kondensor filter dryer
Tabung Penampung
pemisah oli
kompresor
Gambar 4.6 Skets konsep produk keempat mesin recovery dan recycle Keterangan : Konsep ini menggunakan kompresor, kondensor, filter dryer dan pemisah oli sebagai komponen untuk me-recovery dan me-recycle refrigeran. Pada konsep ini refrigeran setelah mesin 2R diharapkan memiliki kemurnian yang baik dan dapat dipergunakan kembali serta tetap dengan laju recovery yang baik. Dengan komponen yang lebih banyak dan lebih lengkap dari pada ketiga konsep yang lainnya, mesin 2R pada konsep ini akan memiliki massa dan ukuran yang besar serta biaya pembuatan yang lebih mahal tetapi dengan kemampuan recovery dan recycle yang baik.
42
PEMILIHAN KONSEP PRODUK
Metode pengambilan keputusan yang juga dikenal dengan metode Pugh, terbukti dapat digunakan dengan mudah dan efektif. Konsep produk dibandingkan berdasarkan keinginan-keinginan pengguna. Pada tahap evaluasi ini konsep produk dibandingkan satu sama lain, satu persatu secara berpasangan dalam hal kemampuan memenuhi keinginan pengguna dan kemudian memberi skor pada hasil perbandingan untuk setiap keinginan pengguna dan, kemudian menjumlahkan skor yang diperoleh untuk setiap konsep produk. Konsep produk dengan skor yang tertinggi adalah yang terbaik. Matriks pengambilan keputusan digambarkan sebagai berikut : Kriteria untuk perbandingan (langkah 1) Konsep-konsep produk yang dipertimbangkan (Langkah 2) Bobot Pemberian skor (langkah 3) Menjumlahkan skor (langkah 4) Konsep-konsep produk yang dipertimbangkan (Langkah 2) Kriteria untuk perbandingan (langkah 1)
Bobot
Pemberian skor (langkah 3) Menjumlahkan skor (langkah 4)
Gambar 4.7 Diagram langkah metode pengambilan keputusan Langkah 1 :
Menyusun kriteria untuk mcmbandingkan konsep produk satu
Sama lainnya. Kriteria
perbandingan
ini
disusun
berdasarkan
data
keinginan-keinginan
pengguna, dimana keinginan pengguna ini dibagi dua yakni keinginan yang harus dipenuhi dan keinginan lain, yang disusun berdasarkan prioritasnya untuk konsep produk yang dikembangkan atau dirancang. Untuk mesin recovery dan recycle maka kriteria perbandingan disusun sebagai berikut : 1.
Kuat dan tahan lama : diharapkan produk dapat tahan dalam waktu yang lama sehingga akan mengurangi biaya perbaikan.
2.
Komponen tidak banyak : diinginkan alat ini tidak memiliki komponen yang begitu
banyak, sehingga akan memudahkan perakitan, pemeliharan,
serta dapat juga menurunkan biaya pembuatan.
43
3.
Kemampuan me-recovery : mesin 2R yang akan dibuat diharapkan mempunyai kapasitas recovery semaksimum mungkin.
4.
Besar produk : diharapkan mesin 2R yang dibuat tidak memiliki bentuk yang begitu besar sehingga mudah diangkut dan diangkat.
5.
Biaya material murah
:
biaya
pembelian
material
untuk
mesin 2R
diharapkan seminimal mungkin. 6.
Biaya
pembuatan
:
diharapkan
biaya
yang
dikeluarkan
untuk
memproduksi mesin 2R harus seminimal mungkin. 7.
Ringan : mesin 2R yang dibuat tidak terlalu berat sehingga tidak menyulitkan pengguna dalam pengoperasiannya.
8.
Pengopcrasian mudah : diharapkan pengoperasiannya semudah mungkin oleh pengguna.
9.
Pemeliharaan mudali : diharapkan perawatannya tidak begitu sulit agar alat tetap bekerja dengan baik.
10. Dapat digunakan untuk semua jenis AC : mesin 2R yang dibuat harus dapat digunakan untuk semua jenis AC. 11. Kemampuan recycle : mesin 2R harus dapat me-recycle refrigeran dengan baik untuk menghasilkan refrigeran yang bisa dipergunakan kembali. 12. Kemungkinan dimassalkan : mesin 2R yang dirancang diharapkan akan mampu diproduksi massal untuk dipasarkan. 13. Keamanan
pengoperasian
:
produk
mesin
2R
harus
aman
selama
dioperasikan. 14. Kehandalan : mesin 2R harus memiliki keandalan yang baik sehingga dapat digunakan pada saat diperlukan. Langkah 2 : Pemilihan konsep-konsep produk yang dibandingkan Dari matriks morfologi telah didapat empat buah konsep produk yang mungkin dibuat, keempat konsep inilah nantinya akan sal ing dibandingkan. Langkah 3: Pemberian skor Sebelum memberi skor maka terlebih dahulu harus ditetapkan produk referensi dari
konsep
produk.
Kemudian
dibandingkan,
jika
dapat
memenuhi
keinginan pengguna lebih baik maka diberi skor +, jika kemampuannya sama dinilai S, dan jika lebih buruk diberi skor -.
44
Langkah 4 : Menjumlahkan Skor Setelah setiap kriteria diberi skor untuk tiap-tiap konsep produk maka skor-skor tersebut dijumlahkan. Terdapat empat macam skor yaitu : - Jumlah skor + - Jumlah skor S - Jumlah skor – - Jumlah skor total yang diberi bobot angka Berikut ini ditampilkan matriks pengambil keputusan berdasarkan metode yang diterangkan diatas untuk mesin recovery dan recycle.
Tabel 4.2. Matriks pengambil keputusan untuk mes in 2R No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Kriteria seleksi Kuat dan tahan lama Komponen tidak banyak Kemampuan me-recovery Besar produk Biaya material murah Biaya Pembuatan Ringan Pengoprasian mudah Pemeliharaan mudah Dapat digunakan disemua AC Kemampuan recycle Kemungkinan dimassalkan Keamanan pengoprasian Kehandalan Total + Total S Total Total keseluruhan dengan bobot
Bobot 10 5 11 5 7 7 4 10 6 9 11 5 10 8
1 + S + S S S S S S S S S S 2 11 1 10
2 S S S S S S S S S S 0 10 4 -40
Konsep 3 S S S S S S S S S S 0 10 4 -40
4 + + S S S S S S S + + S S 4 9 1 32
5 (ref)
0 0 0 0
Dari matriks pengambil keputusan maka konsep produk yang memiliki skor tertinggi adalah konsep produk 4. Sehingga konsep produk inilah yang akan dikembangkan selanjutnya menjadi produk mesin recovery dan recycle. Pada bab selanjutnya akan dilakukan pemberian bentuk atau pemodelan solid dari produk berdasarkan konsep produk 4.
45
4.2
Analisa Thermodinamika
Analisis Diagram P-h dan TS dimulai dari awal sebelum mesin 2R dioperasikan hingga tercapai kondisi yang diinginkan yaitu refrigeran ter-recovery di tangki penampungan. Tahap sebelum proses
Pada kondisi awal, mengacu pada gambar 4.8 dan 4.9, tekanan pada sistem mesin pendingin 0,25 HP yang dalam kondisi tidak aktif sebesar 145 Psi (10 bar) dengan suhu lingkungan 30 oC. Pada kondisi ini refrigeran R22 berada pada fasa uap dengan data-data sebagai berikut : vo
= 0,0236 (m 3/kg)
ho
= 257,28 (kJ/kg)
so
= 0,8952 (kJ/kg.K)
Po
= 10 bar
= 145 Psi
Tahap 1
Sebelum mesin 2R dioperasikan, terlebih dahulu proses recovery dimulai dengan menghubungkan pipa-pipa membuka membuka semua katup. Pada tahap ini refrigeran dari system akan mengalir dan berpindah sebagian ke mesin 2R dan tabung penampung. Tekanan pada kondisi ini akan menurun sesuai dengan volume yang ditempati oleh refrigeran. Dari hasil pengujian didapat tekanan ini berada hingga 0,4 bar (absolut)
dan tetap pada suhu lingkungan 30 oC. Pada
kondisi ini refrigeran R22 berada pada fasa uap dengan data-data sebagai berikut : ν1
= 0,50560 (m 3/kg)
h1
= 224,36 kJ/kg
s1
= 1,0512 kJ/kg . K
Tahap 2
Misal dengan menggunakan kompresor 0,25 HP diketahui daya kompresor sebesar 186,5 Watt. Maka terjadi kondisi kompresi mengakibatkan berubahnya kondisi tekanan, entalpi dan suhu refrigeran R22. Dengan menggunakan hukum termodinamika maka dapat dihitung entalpi setelah kompresor dan parameter yang lainnya sebagai berikut :
̇ ( ) ̇
h2 didapat sebagai berikut : h2
+
46
+
= 357.38 kJ/kg s2s = s1 = 1,0512 kJ/kg . K, maka, s2 P2
h 2s
= 337.43 kJ/kg
= 1,0992 kJ/kg.K T2 = 160 oC
= 24 bar
T bs
= 140 oC
Tahap 3
Setelah Kondensor yaitu pada kondisi refrigeran R22 cairan jenuh pada : P3
= 24 bar (410,6 Psi)
h3
= 121,56 kJ/kg
T3
= 59,46 oC
s3
= 0,4241 kJ/kg . K
P (bar) 3
24
2s
0.4
2
1
121,56 247,48
357,38
h (kJ/kg)
Gambar 4.8. Diagram P-h ideal mesin 2R. o
T ( C) 160 59.46
2s 2 3
30
1
0,4241
1,0992
s (kJ/kg.K)
Gambar 4.9. Diagram T-s ideal mesin 2R.
47
4.3. Perancangan Mesin 2R
Berdasarkan uraian pertimbangan perencanaan, dapat diuraikan menjadi tuntutan perencanaan. Tuntutan mesin recovery recovery dan recycle recycle terdiri dari perencanaan komponen-komponen: komponen-komponen: 4.3.1 Kompresor
Untuk efisiensi isentropis, diperlukan perhitungan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem yaitu kerja yang dilakukan oleh kompresor. Kerja yang dilakukan dapat dihitung dengan menggunakan sifat-sifat sistem yang mengacu pada gambar 4.8 dan 4.9 diatas. Direncanakan operasional alat pada temperatur lingkungan 30 oC, tekanan akhir minimum masuk Mesin 2R 0,4 bar (5,8 Psi), tekanan maksimun keluar Mesin 2R 24 bar (348,1 Psi) dan dengan temperature 60 oC. Hal ini sesuai dengan kondisi lingkungan tempat akan dilakukan pengujian dan pengambilan data. Dari table Apendix
A-8 dan A-9
fasa dan volume jenis Refrigeran R22 sebagai
berikut (Moran & Shapiro, 2006) 2006) : P1
= 5,8 Psi
= 0,4 bar
ν1
= 0,50560 (m 3/kg)
h1
= 224,36 kJ/kg
s1
= 1,0512 kJ/kg . K
P2
= 348,1 Psi
ν2
= 0,00907 (m 3/kg)
= 24 bar
= 0,4 x 10 5 N/m2
= 24 x 10 5 N/m2
s2s = s1 = 1,0512 kJ/kg . K dengan interpolasi didapat : h2s
= 337.43 kJ/kg
Jika waktu yang diinginkan untuk me- recovery refrigeran recovery refrigeran dari mesin pendingin ke tabung penampung selama 10 menit dengan massa awal 500 gram (Mesin AirConditioner 1 HP Standar), maka laju aliran massa refrigeran rata-rata dapat dihitung sebagai berikut : t
= 10 menit = 600 s
m
= 500 gram = 0,5 kg
⁄ ̇ =
=
=
48
= 83,4 x 10 -5 kg/s Jadi Daya yang dibutuhkan Wkomp = 83,4 x 10 -5 kg/s (337,43 kJ/kg - 224,36 kJ/kg) = 9430.038 x 10 -5 kJ/s
= 94.3 Watt
Dengan menentukan effiensi kompresor untuk kompresor kompresor aksial berharga 0,85, maka besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan sistem mesin 2R adalah : ηcomp
= 0,85
Wact
=
Wact
=
= 111 Watt
Dari data tersebut, maka dipilih kompresor yang mendekati spesifikasinya dan tersedia di pasaran. Adapun spesifikasinya sebagai berikut : Merk : Tecumseh
186,5 Watt ( 0,25 HP)
Model/Type : AE-162KS706
Refrigeran : R-22
LRA. : 13.0
220 – 220 – 240 240 V, 50 Hz
Sumber : Katalog dari Tecumseh (Compressor Fast Reference, 2011) Dengan meningkatnya daya kompresor maka otomatis laju aliran massa refrigeran akan meningkat sebagai berikut : Wkomp = Wact . ηcomp Wkomp = 186,5 186,5 Watt . 0.85 0.85 Wkomp = 158.525
̇ ̇ ̇ ̇ + =
=
= 140,2 x 10 -5 kg/s
h2 didapat sebagai berikut : h2
=
=
+ h1
49
= 357,38 kJ/kg
4.3.2 Kondensor
Panas yang harus dibuang dari kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Hukum Termodinamika 1. Laju pendinginan di kondensor dihitung dengan menggunakan hukum pertama dan mengetahui kondisi refrigeran R22 cairan jenuh pada 24 bar (348,1 Psi), maka nilai entalpi dapat ditentukan. h3
= 121,56 kJ/kg dengan
T3
= 59,46 oC
Menggunakan nilai perubahan entalpi pada kondensor dan laju aliran massa refrigeran, laju pendinginan untuk kondensor dapat dite ntukan: Qkond
=
̇
(h (h2 – h h3)
= 140.2 x 10 -5 kg/s (357,38 kJ/kg - 121,56 kJ/kg) = 33062,56 x 10 -5 kJ/s
= 330,63 Watt = 1129.16 btu/h
Dari kapasitas pembuangan panas yang dibutuhkan maka dapat dipilih kondensor yang sesuai dan tersedia di pasaran, yaitu : Kondensor
Merk : Air Cooled Condensers FN2 Pabrik : Hangzhou : Hangzhou Gulun Refrigeration Equipment Luas Penampang : 2 m2 Panjang x Lebar x Tinggi (mm) = 320 x 100 x 230 Diameter coil
: 200 mm
Pipa Tembaga dengan sirip Aluminium Inlet
: 10 mm
Outlet
Kapasitas pembuangan panas 600 Watt (2049.1 btu/h) Fan/Kipas Kondensor
Propeller direct drive 1300 RPM Diameter kipas
= 200 mm
Debit Aliran udara rata-rata
= 410 m3/h
Motor Fan
230V-50 Hz, 0,16 A, 35 Watt,1300 rpm
: 10 mm
50
4.3.3 Sistem Pemipaan
Diasumsikan kecepatan aliran refrigeran adalah 1,2 m/s, maka luas penampang pipa refrigeran yang dibutuhkan dapat dihitung, yaitu : Pipa setelah kompresor Diketahui sebelumnya
̇
= 140,2 x 10 -5 kg/s
νref
= 0,0236 (m 3/kg)
A p
=
=
̇
= 0,313 cm 2 Maka diameter dalam pipa yang dibutuhkan dapat ditentukan d
=
=
( )
= 0,632 cm
≈ 0,25 in
Dengan data diameter dalam pipa diketahui, maka dengan itu kita dapat menentukan jenis pipa standar yang dibutuhkan. Berikut data pipa yang dipilih sesuai standar. din
= 0,25 in = 0,635 cm
dout
= 0,285 in = 0,7239 cm
ketebalan
= 0,035 in = 0,0889 cm
bahan = tembaga Sumber : ASHRAE Handbook, 2006
4.3.4 Filter Dyer
Untuk filter dyer , menyesuaikan dengan kapasitas dari kompresor, ukuran pipa dan kondensor, yaitu : Merek : Merson Tipe
: EK-052
Maks Press
: 680 Psig
51
Ukuran pipa
: ¼ in = 0,635 cm
Jenis refrigeran : R22, R404a, R134a.
4.3.5 Pemisah Oli
Campuran uap refrigeran dan minyak pelumas dapat dipisahkan dialat pemisah oli dengan menurunkan kecepatan aliran campuran refrigeran dan oli. Berikut perhitungannya : Vref harus lebih kecil dari pada V p agar oli dapat terpisah dengan refrigeran. V p - Vref = 1/18 dp 2
̇ ̇
[ ]
g
= ρref Vref A
Diketahui : . os
dp
= 140,2 x 10 -5 kg/s = 10 µm (ASHRAE Journal, 1995) 0,1-40 µm dengan mayoritas pada 0,4 – 10 µm dan 50% dengan diameter < 1 µm
ρoli
= 900 (kg/m3), oli mineral (ASHRAE, 2006)
ρref
= 42,37 (kg/m 3) (pada 10 bar)
ηref
= 1.32445038615E-5 Ns/m 2 (Pa.s) (uap, pada 23,4 oC dan 10 bar)
g
= 9,8 m/s2
Maka, V p
= 1/18 (10 x 10-6 m)2
⁄
= 0,545 x 10 -12 m3/s2 [64,72 x 106 s/m2] = 0,003527 m/s Vref < V p At.min =
=
̇
At.min = 93,8 x 10-4 m2
52
dmin
= =
√
=
= 10,93 x 10 -2 m
= 10,93 cm
Dari data tersebut diatas, dapatlah dirancang dan ditentukan dimensi dari pemisah oli yang akan digunakan sebagai berikut. Diameter
: 11 cm
Tinggi
: 15 cm
Ukuran Pipa
: ¼ in = 0,635 cm
4.4. Data dan Analisa
Pada sub bab ini berisikan data yang disajikan dalam bentuk grafik serta analisa hasil pengujian mengenai performa dari mesin recovery dan recycle untuk refrigeran R22. Analisa hasil pengujian ini meliputi temperatur, tekanan dan laju penambahan massa refrigeran sebelum dan setelah proses recovery dan recycle. Pengujian terhadap 4 tipe varian mesin recovery dan recycle ditujukan untuk mengetahui tipe mana yang memiliki performa optimal. Sedangkan pada pengujian terakhir yaitu pada mesin 2R varian 2 terhadap mesin Air-Conditioner , bertujuan untuk mengetahui performa mesin 2R dalam penerapannya pada mesin Air-Conditioner .
4.4.1
Data dan Analisa Hasil Pengujian Terhadap 4 Varian Mesin 2R
Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Terhadap 4 Varian Mesin 2R Varian 1 Varian 2 Varian 3
Varian 4
TL (oC)
29,2
27,6
28
28
mT1 awal (gr)
3081
3009
3015
3066
mT1 akhir (gr)
2568
2540
2591
2556
mT2 awal (gr)
2561
2460
2465
2450
mT2 akhir (gr)
3074
2931
2884
2960
PT1 awal (Psi)
112
115
115
140
PT1 akhir (Psi)
-10
-10
-9
-8
PT2 awal (Psi)
13
0
0
0
PT2 akhir (Psi)
130
115
115
130
53
30 29.5
Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4
) 29 C ( r 28.5 u t a r 28 e p m27.5 e T 27
26.5 26 0
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4.10. Grafik temperatur (C) sebelum kompresor terhadap waktu (menit). Gambar 4.3. menunjukkan perubahan temperatur refrigeran pada mesin 2R, terlihat bahwa terjadi penurunan temperatur refrigeran pada mesin 2R secara perlahan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Hal ini terjadi akibat adanya penurunan massa dan tekanan pada refrigeran yang berakibat pada penurunan temperatur refrigeran juga. Memasuki menit ke-5 proses recovery, temperatur refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi terendah dan mulai kembali normal menuju temperatur lingkungan. Semakin berkurangnya refrigeran pada tabung sebelum mesin 2R, pengaruh temperatur refrigeran juga berkurang dan dapat dinetralisir oleh temperatur lingkungan. Varian 1 dan 4 memiliki trend penurunan temperatur yang lebih teratur dibanding dengan varian 2 dan 3.
54
40 Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4
35 ) 30 C ( r 25 u t a r 20 e p m15 e T 10
5 0 0
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4.11. Grafik temperatur (C) setelah kompresor terhadap waktu (menit). Gambar 4.4. menunjukkan kenaikkan suhu setelah terjadi proses kompresi pada mesin 2R, terlihat bahwa terjadi kenaikan temperatur refrigeran pada mesin 2R mulai dari menit-menit awal proses recovery. Terjadinya kenaikan temperatur ini diakibatkan adanya proses kompresi oleh kompresor. Memasuki menit ke-5 proses recovery, temperatur refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi tertinggi dan mulai kembali normal menuju temperatur lingkungan. Semakin berkurangnya refrigeran pada tabung sebelum mesin 2R, pengaruh temperatur refrigeran juga berkurang dan dapat dinetralisir oleh temperatur lingkungan. Varian 1, 2 dan 4 memiliki trend kenaikan temperatur yang nyaris seragam. Sedangkan pada varian 3, terjadi peningkatan temperature yang lebih besar dari pada ketiga varian yang lain. Temperatur refrigeran setelah kompresi pada varian tiga tetap tinggi hingga menit ke-10, hal ini diakibatkan oleh adanya katup expansi setelah kompresor yang menahan aliran refrigeran ke kondensor sehingga terjadi peningkatan temperatur dan tekanan.
55
40 35
Varian 1
30
Varian 2 Varian 3
) C ( r 25 u t a r 20 e p m15 e T
Varian 4
10 5 0 0
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4.12. Grafik temperatur (C) setelah kondensor terhadap waktu (menit). Gambar 4.5. menunjukkan bahwa setelah melewati kondensor refrigeran pada mesin 2R varian 1 dan 4 terlihat memiliki suhu yang stabil sepanjang waktu. Pada varian 3 terlihat suhu mulai meningkat mulai dari menit awal hingga menit ke 7 dan mulai mengalami penurunan temperatur hingga berakhirnya proses recovery. Perbedaan yang ditunjukkan oleh varian 3 ini jelas diakibatkan proses expansi yang terjadi sebelum kondensor, sehingga terjadi peningkatan temperatur pada refrigeran. Pada varian 2 terjadi sedikit penurunan suhu setelah refrigeran melewati kondensor dari menit awal hingga menit ke-3, lalu temperatur refrigeran kembali stabil hingga berakhirnya proses recovery. Penurunan temperatur yang terjadi pada varian 2 diakibatkan adanya proses expansi setelah kondensor. Hal ini terjadi karena refrigeran yang telah terkondensasi diexpansi sehingga terjadi penurunan tekanan dan temperatur yang cukup drastis pada menit-menit awal proses recovery. Refrigeran lalu kembali menyesuaikan temperaturnya terhadap temperatur lingkungan yang berakibat kembali stabilnya temperatur refrigeran pada saat menjelang memasuki tabung penampung.
56
160 140
Varian 1
120
Varian 2 Varian 3
) 100 g i s 80 P ( n 60 a n a k 40 e T
Varian 4
20 0
-20 0 -40
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4.13. Grafik tekanan (Psig) sebelum kompresor terhadap waktu (menit). Gambar 4.6 menunjukkan laju penurunan tekanan refrigeran pada mesin 2R sebelum kompresor, terlihat bahwa terjadi penurunan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Hal ini terjadi akibat adanya penurunan massa yang berarti juga penurunan tekanan refrigeran. Memasuki menit ke-5 proses recovery, tekanan refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi vakum dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Varian 2, 3 dan 4 memiliki trend penurunan tekanan yang mirip dan lebih teratur dibanding dengan varian 1. Pada varian 1, penurunan tekanan terjadi sangat signifikan mulai dari awal hingga menit kedua, lalu tekanan mulai vakum dan stabil hingga menit ke10. Hal ini terjadi karena hanya ada pipa, kompresor dan kondensor yang dilalui oleh refrigeran pada mesin 2R varian 1 sehingga tidak ada hambatan dan tahanan yang besar terhadap laju aliran refrigeran menuju ke tabung penampung.
57
350 Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4
300 ) 250 g i s P 200 ( n a n150 a k e T 100
50 0 0
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4.14. Grafik tekanan (Psig) setelah kompresor terhadap waktu (menit). Gambar 4.7. menunjukkan laju kenaikan tekanan refrigeran pada mesin 2R setelah melewati kompresor, terlihat bahwa terjadi kenaikkan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery pada varian 2 dan 3. Hal ini diakibatkan adanya proses ekspansi setelah kompresor dan kondensor yang menyebabkan semakin tingginya tekanan refrigeran sebelum katup ekspansi. Pada varian 2, mulai terjadi penurunan tekanan menjelang memasuki menit kedua, lalu tekanan berangsur stabil. Pada varian 3, penurunan tekanan terjadi pada menit ketiga, secara perlahan tekanan turun hingga berakhirnya proses recovery. Varian 1 dan 4 memiliki trend kenaikan tekanan yang mirip dan lebih teratur dibanding dengan varian 2 dan 3. Hal ini terjadi karena hanya adanya katup expansi yang ada pada mesin 2R.
58
160 140
Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4
120 ) g 100 i s P ( 80 n a n 60 a k e 40 T
20 0 -20 0
2
4
6 8 waktu (menit)
10
12
Gambar 4.15. Grafik tekanan (Psig) setelah kondensor terhadap waktu (menit). Gambar 4.8. menunjukkan laju kenaikan tekanan refrigeran pada mesin 2R setelah melewati kondensor, terlihat bahwa terjadi kenaikan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery pada varian 1, 2 dan 4, mulai menit ke-4 tekanan berangsur stabil.
Hal ini terjadi akibat adanya
penambahan massa pada tabung penampung setelah mesin 2R yang berarti juga penambahan tekanan refrigeran karena volume konstan.Varian 3 mengalami kenaikan tekanan refrigeran lebih lambat dari pada varian lainnya dari awal hingga berakhirnya proses recovery menjelang memasuki menit kedua, lalu tekanan berangsur stabil. Hal ini diakibatkan adanya proses ekspansi setelah kompresor sehingga laju aliran refrigeran tertahan dan masuk ke kondensor secara perlahan. 600 Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4
500 ) 400 m a r 300 g ( a s 200 s a m
100 0
-100
0
2
4
6
waktu (menit)
8
10
12
59
Gambar 4.16. Grafik massa (gr) tabung sebelum mesin 2R terhadap waktu (menit). Gambar 4.9. menunjukkan laju penurunan massa refrigeran pada tabung sebelum mesin 2R. Terlihat bahwa terjadi penurunan massa refrigeran secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Memasuki menit ke-5 proses recovery, massa refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi terendah dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Varian 2, 3 dan 4 memiliki trend penurunan massa refrigeran yang mirip dan lebih teratur dibanding dengan varian 1. Pada varian 1, penurunan massa refrigeran terjadi sangat signifikan mulai dari awal hingga menit kedua, lalu massa refrigeran mulai stabil hingga menit ke-10. Hal ini terjadi karena hanya ada pipa, kompresor dan kondensor yang dilalui oleh refrigeran pada mesin 2R varian 1 sehingga tidak ada hambatan dan tahanan yang besar terhadap laju aliran refrigeran menuju ke tabung penampung.
600 500
Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4
400
) m a r 300 g ( a s 200 s a m
100 0 0 -100
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4.17. Grafik massa (gr) tabung setelah mesin 2R terhadap waktu (menit). Gambar 4.10. menunjukkan laju penambahan massa refrigeran pada tabung penampung setelah mesin 2R. Terlihat bahwa terjadi kenaikan massa refrigeran secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Memasuki menit ke-5 proses recovery, massa refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi optimum dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Varian 2, 3 dan 4 memiliki tren penambahan massa refrigeran yang mirip dan lebih teratur
60
dibanding dengan varian 1. Pada varian 1, penambahan massa refrigeran terjadi sangat signifikan mulai dari awal hingga menit ketiga, lalu massa refrigeran mulai stabil hingga menit ke-10. Hal ini terjadi karena hanya ada pipa, kompresor dan kondensor yang dilalui oleh refrigeran pada mesin 2R varian 1 sehingga tidak ada hambatan dan tahanan yang besar terhadap laju aliran refri geran menuju ke tabung penampung. Dari hasil pengambilan data terhadap 4 varian mesin 2R, varian 4 dipilih karena memiliki tekanan yang stabil dan memiliki laju recovery yang lebih tinggi dari pada varian 2 dan 3. Semakin sedikit komponen mesin 2R, maka semakin baik laju recovery. Varian 1 hanya memiliki kompresor dan kondensor, sedangkan kebutuhan filter dryer dan pemisah oli sangatlah dibutuhkan, maka varian 4 menjadi pilihan utama dibanding varian yang lain.
4.4.2 Data Pengujian dengan Mesin Air Conditioner ¾ HP (0,75 HP)
Pada awal sebelum dilakukan recovery, massa refrigeran diketahui 430 gram, tekanan pada sistem mesin pendingin ¾ HP yang dalam kondisi tidak aktif sebesar 145 Psi (10 bar) dengan suhu lingkungan 30 oC. Pada kondisi ini refrigeran R22 berada pada fasa uap dengan data-data sebagai berikut : TL = 28,4 oC mref AC awal = 430 gr mTb awal = 0 gr PAC awal = 145 Psig PTb awal = 5 Psig moil+dust = 13.5 gr
mref AC akhir = 4 mTb akhir = 421 gr PAC akhir = 8.5Psi (17 in.Hg) (Vacuum) PTb akhir = 122 Psig
500 400 ) r g 300 ( a s s a 200 m
100 0 0
2
4
6
waktu (m)
8
10
12
61
Gambar 4.18. Grafik penurunan massa (gr) mesin pendingin terhadap waktu. Gambar 4.11. menunjukkan laju penurunan massa refrigeran pada mesin pendingin (AC). Terlihat bahwa terjadi penurunan massa refrigeran secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Hal ini terjadi akibat adanya proses hisap dan kompresi oleh kompresor mesin 2R. Memasuki menit ke5 proses recovery, massa refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi terendah dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Laju pengurangan massa yang cepat ini diakibatkan oleh laju aliran massa kompresor yang besar juga. Hal ini tentunya akan berbeda bila massa refrigeran yang akan di-recovery lebih banyak atau daya kompresi pada kompresor mesin 2R juga lebih kecil. 450 400 350 300 ) r g ( 250 a s s 200 a m 150 100 50 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
waktu (m)
Gambar 4.19. Grafik massa (gr) tabung terhadap waktu (menit). Gambar 4.12. menunjukkan laju penambahan massa refrigeran pada tabung penampung setelah mesin 2R. Terlihat bahwa terjadi kenaikan massa refrigeran secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Hal ini terjadi akibat adanya proses hisap dan kompresi oleh kompresor mesin 2R. Memasuki menit ke-5 proses recovery, massa refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi optimal dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Tekanan dan pemindahan massa refrigeran tercapai dalam waktu 5 menit. Menit ke 6 hingga ke 10 proses recovery sebagai proses pengoptimalan proses recovery dimana proses ini memastikan semakin sedikitnya refrigeran yang masih terjebak dimesin AC dan semakin banyaknya refrigeran yang ter-recovery.
62
160 140 120 ) 100 g i s P ( 80 n a n 60 a k e T 40
P1 Sebelum Kompresor P2 Setelah Kompresor
P3 Setelah Kondensor
20 0 -20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
waktu (m)
Gambar 4.20. Grafik tekanan (Psig) terhadap waktu (menit). Gambar 4.13 menunjukkan perubahan tekanan refrigeran pada mesin 2R. Sebelum memasuki kompresor, terlihat bahwa terjadi penurunan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Memasuki menit ke-5 proses recovery, tekanan refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi vakum dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Setelah melewati kompresor, terlihat bahwa terjadi kenaikan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery lalu stabil hingga pada akhir proses. Setelah melewati kondensor, terlihat bahwa terjadi kenaikan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. 35 30 ) 25 C ( r u t 20 a r e p 15 m e T 10
T1 Sebelum Kompresor T2 Setelah Kompresor
T3 Setelah Kondensor 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
waktu (menit)
Gambar 4.21. Grafik temperatur (C) terhadap waktu (menit).
63
Gambar 4.14. menunjukkan perubahan temperatur refrigeran pada mesin 2R.
Sebelum memasuki kompresor, terlihat bahwa terjadi penurunan tekanan
mulai dari menit-menit awal proses recovery, lalu berangsur kembali naik mendekati temperatur lingkungan hingga berakhirnya proses recovery. Setelah melewati kompresor, terlihat bahwa terjadi kenaikan temperatur mulai dari menitmenit awal proses recovery lalu stabil cenderung turun hingga pada akhir proses. Setelah melewati kondensor, terlihat bahwa hanya sedikit terjadi perubahan temperatur mulai dari menit-menit awal proses recovery. Pada proses pengujian varian 4 dengan AC ¾ HP, didapatkan data hasil analisa sebagai berikut: Pada awal sebelum dilakukan recovery, massa refrigeran diketahui 430 gram dan suhu lingkungan 30 oC dengan tekanan 145 Psi (10 bar). Dari data hasil pengujian, dapat diperoleh : Dengan massa awal 430 gram, selama 10 Menit : a. Vapor Recovery Rate (kg/min) Vapor Recovery Rate sama dengan Laju Aliran Massa mesin 2R secara keseluruhan, meskipun pada pengujian ini lebih cepat beberapa menit, hal ini diakibatkan massa refrigeran pada mesin AC yang lebih sedikit. t
= 5 menit = 300 s
m
= 430 gram = 0,43 kg
⁄ ̇ =
=
=
0,086 kg/min
b. Final Recovery Vacuum (in.Hg) Final Recovery Vacuum pada pengujian ini mencapai 8,5 Psi hal ini cukup baik mengingat tekanan absolut vacuum sebesar 15 Psi = 8,5 Psi / 17 in.Hg (selama 10 Menit) c. Recycle Flow Rate (kg/min) Recycle Flow Rate sama dengan nilai Vapor Recovery Rate. = 0,086 kg/min d. Residual Trapped Refrigeran (kg) Adalah jumlah refrigeran yang terjebak pada mesin AC. = 4 gram (<1%) e. Refrigeran Loss (kg)
64
Adalah jumlah refrigeran yang terlepas pada saat pembilasan pipa penghubung dan pelepasan pipa penghubung. mref AC awal = 430 gr mT akhir = 421 gr mref AC akhir = 4 Refrigeran Loss
= mref AC awal - mT akhir - mref AC akhir = 430 – 421 – 4 = 5 gram (≈1%)
f. Oli dan kotoran yang berhasil ditampung = 15 ml = 13,5 gr (3%)
4.4.3 Data Pengujian mesin 2R dari KLH
Pengujian ini bertujuan membandingkan kinerja mesin 2R dari KLH dengan mesin 2R hasil penelitian. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 2 tabung penampung seperti pada pengujian varian 1 sampai dengan 4. Pada awal sebelum dilakukan recovery, massa refrigeran diketahui 500 gram, tekanan pada tabung penampung awal (sebelum mesin 2R) sebesar 145 Psi (10 bar) dengan suhu lingkungan 30 oC. Pada kondisi ini refrigeran R12 berada pada fasa uap jenuh dengan data-data sebagai berikut : TL = 30, oC mT1 awal = 500 gr mT2 awal = 0 gr PT1 awal = 145 Psig PT2 awal = 5 Psig moil+dust = 13.5 gr
mT1 akhir = 3 mT2 akhir = 421 gr PT2 akhir = 8.5Psi (17 in.Hg) (Vacuum) PT2 akhir = 122 Psig
Grafik penurunan massa (gr) terhadap waktu 600 500 400 ) r g ( 300 a s s 200 a m 100 0 -100 0
2
4
6 waktu (menit)
8
10
12
Gambar 4. 22 Grafik penurunan massa (gr) tabung penampung terhadap waktu
65
Gambar 4.15. menunjukkan laju penurunan massa refrigeran pada tabung penampung. Terlihat bahwa terjadi penurunan massa refrigeran secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Hal ini terjadi akibat adanya proses hisap dan kompresi oleh kompresor mesin 2R. Memasuki menit ke-5 proses recovery, massa refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi terendah dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Laju pengurangan massa yang cepat ini diakibatkan oleh laju aliran massa kompresor yang besar juga. Hal ini tentunya akan berbeda bila massa refrigeran yang akan di-recovery lebih banyak atau daya kompresi pada kompresor mesin 2R juga lebih kecil.
Grafik massa (gr) tabung penampung terhadap waktu (m) 600 500 ) r 400 g ( a 300 s s a m200
100 0 0
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4. 23. Grafik massa (gr) tabung terhadap waktu (menit). Gambar 4.16. menunjukkan laju penambahan massa refrigeran pada tabung penampung setelah mesin 2R. Terlihat bahwa terjadi kenaikan massa refrigeran secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Hal ini terjadi akibat adanya proses hisap dan kompresi oleh kompresor mesin 2R. Memasuki menit ke-5 proses recovery, massa refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi optimal dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Tekanan dan pemindahan massa refrigeran tercapai dalam waktu 5 menit. Menit ke 6 hingga ke 10 proses recovery sebagai proses pengoptimalan proses recovery dimana proses ini memastikan semakin sedikitnya refrigeran yang masih terjebak tabung sebelum mesin 2R dan semakin banyaknya refrigeran yang ter-recovery.
66
Grafik tekanan (Psig) terhadap waktu (m) 250 P1 Sebelum Kompresor
200 ) g i 150 s P ( n 100 a n a k 50 e T
P2 Setelah Kompresor P3 Setelah Kondensor
0 -50
0
2
4
6
8
10
12
waktu (menit)
Gambar 4. 24. Grafik tekanan (Psig) terhadap waktu (menit). Gambar 4.17. menunjukkan perubahan tekanan refrigeran pada mesin 2R. Sebelum memasuki kompresor, terlihat bahwa terjadi penurunan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery. Memasuki menit ke-5 proses recovery, tekanan refrigeran pada mesin 2R berada pada kondisi vakum dan stabil hingga berakhirnya proses recovery. Setelah melewati kompresor, terlihat bahwa terjadi kenaikan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery lalu stabil hingga pada akhir proses. Setelah melewati kondensor, terlihat bahwa terjadi kenaikan tekanan secara signifikan mulai dari menit-menit awal proses recovery.
Grafik Temperatur (C) terhadap waktu (m) 35
T1 Sebelum Kompresor
30
) C 25 ( r u t 20 a r e 15 p m e 10 T
T2 Setelah Kompresor T3 Setelah Kondensor
5 0 0
5
10
15
waktu (menit)
Gambar 4. 25. Grafik temperatur (C) terhadap waktu (menit).
67
Gambar 4.18. menunjukkan perubahan temperatur refrigeran pada mesin 2R.
Sebelum memasuki kompresor, terlihat bahwa terjadi penurunan tekanan
mulai dari menit-menit awal proses recovery, lalu berangsur kembali naik mendekati temperatur lingkungan hingga berakhirnya proses recovery. Setelah melewati kompresor, terlihat bahwa terjadi kenaikan temperatur mulai dari menitmenit awal proses recovery lalu stabil cenderung turun hingga pada akhir proses. Setelah melewati kondensor, terlihat bahwa hanya sedikit terjadi perubahan temperatur mulai dari menit-menit awal proses recovery. Pada proses pengujian mesin 2R dari KLH dengan, didapatkan data hasil analisa sebagai berikut: Pada awal sebelum dilakukan recovery, massa refrigeran diketahui 500 gram dan suhu lingkungan 30 oC dengan tekanan 145 Psi (10 bar) dengan refrigeran R-12. Dari data hasil pengujian, dapat diperoleh : Dengan massa awal 500 gram, selama 6 Menit : a. Vapor Recovery Rate (kg/min) Vapor Recovery Rate mesin 2R dari KLH pada pengujian ini lebih cepat beberapa menit, hal ini diakibatkan daya kompresor pada mesin 2R dari KLH yang lebih besar dibanding dengan mesin 2R hasil penelitian (5 menit sudah mencapai tekanan vacuum). t
= 5 menit = 300 s
m
= 500 gram = 0,5 kg
⁄ ̇ =
=
=
0,1 kg/min
b. Final Recovery Vacuum (in.Hg) Final Recovery Vacuum pada pengujian ini mencapai 9,5 Psi hal ini cukup baik mengingat tekanan absolut vacuum sebesar 15 Psi = 9,5 Psi = 19,3 in.Hg (selama 10 Menit) c. Recycle Flow Rate (kg/min) Recycle Flow Rate sama dengan nilai Vapor Recovery Rate. = 0,1 kg/min d. Residual Trapped Refrigeran (kg) = 3 gram (<1%)
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Penarikan kesimpulan berdasarkan analisa terhadap pemodelan, simulasi, realisasi prototipe alat yang dibuat dan tingkat kemurnian refrigeran hasil recovery dan recycle. Berikut Hasil Kesimpulan dari penelitian ini : 2. Mesin recovery dan recycle hasil penelitian memiliki spesifikasi sebagai berikut : Berat
: 20 kg
Dimensi (P x L x T)
: 40 x 30 x 30 (cm)
Tekanan maksimum
: 35 bar (gauge) / 500 Psig
Vapor Recovery Rate (kg/min)
: 0.085 kg/min
Final Recovery Vacuum (in.Hg): 8,5 Psi / 17 in.Hg (selama 10 Menit) Temperatur Kerja
: 10oC – 60oC
Daya
: 221.5 Watt, 220 Volt – 50 Hz
Jenis Refigeran
: HCFC-R22
1 Buah Kompresor 186,5 Watt (0,25 HP) Merek Tecumseh 1 Buah Kondensor 2050 btu/h seri FN2. 1 Set Fan dan Motor Kondensor 35 Watt 1300 rpm Merek EBM Ukuran Pipa ¼ inch 2 Buah Filter Dyer ¼ inch 1 Buah Pemisah Oli ¼ inch 2 Buah Katup Keluar Masuk Dari data-data tersebut diatas, dapat disimpulkan bahwa mesin recovery dan recycle hasil penelitian dapat dan layak digunakan sebagai peralatan servis mesin pendingin. Dengan dimensi dan massa yang dimilikinya, bukanlah suatu halangan yang berarti bagi para teknisi servis mes in pendingin.
68
69
3. Kinerja mesin recovery dan recycle yang memiliki laju recovery sebesar 0.085 kg/min. Dari hasil pengujian kinerja dan kemurnian tersebut penulis menyatakan bahwa mesin recovery dan recycle hasil penelitian ini layak digunakan sebagai peralatan servis dan recovery mesin pendingin.
5.2. Saran
1. Pengelolaan refrigeran HCFC dan HFC pada perusahaan/bengkel servis Mesin Pendingin dengan mesin 2R perlu ditingkatkan. Optimalisasi dapat dilakukan dengan adanya dukungan after sales service alat 2R, karena perusahaan/bengkel servis menemukan kendala besar dalam maintenance service mesin 2R dan pengadaan spare part (suku cadang) alat tersebut. 2. Refrigeran hasil recovery-recycle mesin 2R masih layak digunakan kembali pada sistem mesin pendingin yang sama karena masih mempunyai unjuk kerja yang masih baik sehingga emisi refrigeran HCFC-22/R-22 ke atmosfer dapat dihindari, namun disarankan untuk tidak menggunakan refrigeran yang bercampur
atau
terkontaminasi
diluar
batas
standart
karena
akan
mengakibatkan kerusakan baik pada alat mesin 2R maupun mesin pendingin tersebut. 3. Bagi perusahaan/bengkel servis mesin pendingin, hal pertama yang harus diingat dalam melakukan servis adalah jangan membuang refrigeran HCFC22/R-22 dan HFC-134a/R-134a ke atmosfer. 4. Perlu adanya pusat reklamasi refrigeran di tiap daerah sehingga kualitas hasil refrigeran hasil recovery dan recycle dapat ditingkatkan kemurniaannya. 5. Sejalan dengan kebijakan pemerintah yang berkewajiban menjalankan program penghapusan BPO, maka sosialisasi pencegahan pelepasan BPO kepada pihak-pihak terkait merupakan hal yang sangat penting. Tujuannya untuk memberikan pemahaman tentang cara pencegahan emisi BPO dengan melakukan service serta penangan refrigeran yang baik.
70
DAFTAR PUSTAKA 1) Arora C.P. 2001. Refrigeration and Air Conditioning. Second Edition. McGraw-Hill inc. 2) ASHRAE. 2010. 2010 . ASHRAE Fundamentals Handbook (SI). United State of America. 3) ASHRAE. 2005. 2005 . ASHRAE Journal 2005. United State of America. 4) Calm, J.M. 2002. Options and Outlook for Chiller Refrigerans . International Journal of Refrigeration 25 (2002) ( 2002) 705 – 715. 715. 5) Cengel and Turner. 2001. Fundamentals 2001. Fundamentals of Thermal Fluid Sciences. Sciences . Nevada : McGraw Hill. 6) Devotta et all. 2003. Challenges in recovery and recycling of refrigerans refr igerans from Indian refrigeration and air-conditioning service sector. Elsevier Jurnal . Process Development Division, National Chemical Laboratory. India. 7) Budi. 2004. Teknik Mesin Pendingin. Pendingin. Volume kedua, Jakarta : Erlangga. 8) Indartono. 2006. Perkembangan Terkini Teknologi Refrigerasi (1). Berit@ Iptek.com. Available from: URL: http://www.beritaiptek.com. 9) Intergovernmental Panel on Climate Change Technology and Economic Assesment Panel. 2005. Special Report Safeguarding the Ozone Layer and Global
Climate
System
Issues
Related
to
Hydrocarbons
and
Perfluorocarbons (Cambridgw Univ. Press, New York). 10) KLH. 2008. Kontribusi Perusahaan Servis AC/Refrigeration Terhadap Upaya Perlindungan Lapisan Ozon dan Pengendalian Pemanasan Global. Deputi Bidang Peningkatan Konservasi Sumber Daya Alam dan Pengendalian Kerusakan Lingkungan. Sosialisasi Daur Ulang CFC-12/R-12. MAC Sector Phase Out Plan. Kementerian Lingkungan Hidup. Bali, 12 Setember 2008. 11) L.L. Schramm. 1992. Emulsion: Fundamentals and Applications in the Petroleum Industry, American Chemical Society, Washington, D.C, 12) McMullan, J.T. 2002. Refrigeration and The Environment-Issues and Strategies for the Future. International Journal of Refrigeration Vol.25, pp. 89-99.
71
13) Nasruddin. 13) Nasruddin. 2003. Natural Refrigerans in Indonesia : Challenge and Opportunity (Presented in ISSM Delft, The Netherland). Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, the University of Indonesia. 14) O’shea, K.P., K.P., Goodge, D.D. 2007. Equipment, Standards In New R efrigerans. RSES Journal . April 2007. 15) Rasta, dkk. Evaluasi Pengelolaan Pengelolaan Refrigeran CFC, dan HFC dengan Mesin 3R dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pendingin Studi Kasus Pada Bengkel Ac Mobildi Denpasar – Bali. Magister Teknik Lingkungan UNUD. Jurnal. Oktober 2010. 16) Andika. 2006. Recovery, Recycle dan Recharging untuk Refrigeran Mesin Pendingin. Pendingin. Tugas Sarjana. Teknik Mesin Universitas Bung Hatta. 17) Rowland,
F.S.,
Molina,
M.J.
1974.
Stratospheric
Sink
for
Chloroflouromethanes: Chlorine Atom-Catalysed Destruction Ozone. Ozone . Jounal Nature, 249, pp.810-2. pp.810-2. 18) Stoecker dan Jones. 1989. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Udara. Edisi kedua, Jakarta : Erlangga. 19) Tandian dan Ari. 2005. Training of Trainers Refrigeration Servicing Sector . United Nations for Development Programe. 20) UNDP-KLH. 2008. Kumpulan Peraturan Pemerintah Tentang Program Perlindungan
Lapisan
Ozon.
Unit
Ozon
Nasional.
Asdep
Urusan
Pengendalian Dampak Perubahan Iklim. Kementerian Negara Lingkungan Hidup. Jakarta, Februari 2008. 21) UNEP. 1999. Study on the Potential for Hydrocarbon Replacements in Existing Domestic and Small Commercial Refrigeration Appliances. 22) Velders et all. 2007. The importance of the Montreal Protocol in protecting climate. Proc climate. Proc Nat Acad Sci 104:4814 – 4819. 4819. 23) World Meteorologi Organization Global Ozon Research and Monitoring Project. 2007. Scientific Assesment of Ozon Depletion 2006 (World Meteorological Organization, Geneva), Report 50.
72
Lampiran 1. Data Hasil Hasil Pengukuran Pengukuran Tabel 1. Data pengukuran mesin 2R varian 1. Menit Ke
P1 (Psi)
P2 (Psi)
P3 (Psi)
T1 (C)
T2 (C)
T 3 (C)
m2 (gr)
m1 (gr)
0
120
13
14.5
29.4
31.5
29.4
0
520
1
22
70
75
27.5
33.4
29.4
298
222
2
10
95
100
27.3
34.2
29.4
421
99
3
0
103
110
27.4
35.3
29.5
473
47
4
-6
110
112.5
27.2
34.6
29.5
496
24
5
-7
111
115
27.2
34.5
29.5
504
16
6
-8
111
115
27.5
33.7
29.5
513
7
7
-9
112
115
27.5
33.6
29.3
516
4
8
-10
112
115
27.6
32.5
29.3
513
7
9
-10
112
115
27.8
32.4
29.8
513
7
10
-10
112
115
27.7
31.7
29.6
513
7
Tabel 2. Data pengukuran mesin 2R varian 2. Menit Ke
P1 (Psi)
P2 (Psi)
P3 (Psi)
T1 (C)
T2 (C)
T 3 (C)
m2 (gr)
m1 (gr)
0
115
0
0
27.6
27.6
27.6
0
480
1
68
250
40
27.3
29.1
26.9
197
283
2
45
200
60
26.8
31
26.5
287
193
3
19
150
100
26.5
32
26.2
311
169
4
12
125
115 11 5
26.2
33.2
27.5
365
115
5
8
115
115
26.3
33.1
27
399
81
6
0
110
115
26.6
33.4
27.4
426
54
7
-1
115
120
26.7
32.4
27.8
438
42
8
-4
115
115
26.8
32.4
27.4
447
33
9
-5.5
120 1 20
115
26.5
32.5
27.4
457
23
10
-6.5
120
125
26.5
31.3
27.7
462
18
Tabel 3. Data pengukuran mesin 2R varian 3. Menit Ke
P1 (Psi)
P2 (Psi)
P3 (Psi)
T1 (C)
T2 (C)
T 3 (C)
m2 (gr)
m1 (gr)
0
115
0
0
28.1
27.5
27.1
0
430
1
65
230
50
29.1
35
27.1
152
278
2
28
250
60
27.2
33.4
28.4
242
188
3
18
300
60
27.2
32.6
32.4
266
164
4
10
250
70
27.7
38
28.1
320
110
5
3
210
70
27.5
37
32.4
354
76
6
-2.5
185
85
26.9
36.3
33.7
381
49
7
-5
165
95
26.4
37.7
33.6
393
37
8
-6
150
95
26.5
37.6
33.7
402
28
9
-7.5
145 1 45
105
26.7
36.3
31.3
412
18
10
-9
130
110
27.2
35.8
29.9
417
13
73
Tabel 4. Data pengukuran mesin 2R varian 4. Menit Ke
P1 (Psi)
P2 (Psi)
P3 (Psi)
T1 (C)
T2 (C)
T 3 (C)
m2 (gr)
m1 (gr)
0
140
0
0
28.3
28.4
28.1
0
512
1
75
60
50
28.2
28.3
28.5
155
357
2
38
80
90
27.6
29.3
28.6
255
257
3
12
102
112
27.4
30
28.7
405
107
4
3
119
132
26.2
31.3
28.8
465
47
5
-2
125
132
26.9
31.3
28.4
490
22
6
-5
128
132
27.3
31.4
28.7
495
11
7
-7.5
130
132
27.8
31.3
28.9
500
6
8
-8
130
132
27.2
30.7
28.8
503
4
9
-8
130
132
27.4
30.4
28.9
503
4
10
-8
130
132
27.6
30.4
28.9
503
4
Tabel 5. Data pengukuran mesin 2R dengan mesin AC ¾ Hp. Menit Ke
P1 (Psi)
P2 (Psi)
P3 (Psi)
T1 (C)
T2 (C)
T 3 (C)
m2 (gr)
0
145
5
5
28.6
29.6
29.7
0
1
80
70
80
22.1
31.6
28.6
209
2
23
90
100
22.1
32.8
28.3
321
3
4
105
112
22.3
32.8
28.5
387
4
-3
110
119
23.2
32.6
28.1
411
5
-5.5
112
121
23.3
32.5
28.4
418
6
-7.5
112
121
24.5
31.5
28.5
420
7
-8
113
122
24.5
31.5
28.3
420
8
-8.5
113
122
24.6
30.3
28.4
421
9
-8.5
114
122
25.4
30.5
28.3
421
10
-8.5
114
122
25.5
30.3
28.3
421
Tabel 6. Data pengukuran mesin 2R dari KLH. Menit Ke
P1 (Psi)
P2 (Psi)
P3 (Psi)
T1 (C)
T2 (C)
T 3 (C)
m2 (gr)
m1 (gr)
0
145
103
110
30
30
29.7
0
500
1
65
178
185
27
31.2
30
229
271
2
20
203
210
26
31
30
331
169
3
2
213
220
27
31.4
30.1
424
76
4
-3.5
218
225
27
31.1
30.2
457
43
5
-6
223
230
28
31
30
477
23
6
-8
223
230
28
30.5
29.9
487
13
7
-8.5
223
230
28
30.6
29.9
492
8
8
-9.5
223
230
28
30
29.8
497
3
9
-9.5
223
230
28
30.2
29.7
497
3
10
-9.5
223
230
28
29.7
29.7
497
3
74
Lampiran 2. Data Hasil Perhitungan
Grafik ukuran diameter butiran terhadap diameter minimal tabung pemisah oli. 120.00
100.00 ) m c 80.00 ( g n u b a 60.00 T r e t e m 40.00 a i D
20.00
0.00 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Diameter Butiran Oli (µm)
75
Lampiran 3. Prosedur Kerja Mesin Recover y dan Recycle
Prosedur yang harus dilakukan yaitu : a. Siapkan mesin recovery dan recycle. b. Pastikan mesin AC dalam kondisi mati (off). c. Siapkan alat bantu yaitu manifold gauge dan tabung refrigeran yang kosong. d. Lakukan instalasi alat bantu ke mesin 2R dan unit mesin pendingin. Katup 3 jalan (hisap) pada mesin AC dihubungkan dengan katup masuk mesin 2R. Katup keluar mesin 2R dihubungkan dengan tabung penampung. e. Lakukan pembilasan pada selang (flusing) penghubung agar tidak ada udara yang terhisap dan masuk ketabung penampung. f. Buka katup hisap pada AC, katup keluar mesin 2R dan tabung penampung. Katup Masuk mesin 2R biarkan tertutup. g. Hidupkan mesin 2R dengan cara menghubungkan kabel input pada mesin 2R dengan panel listrik yang ada lalu tekan saklar pada posisi On. h. Buka perlahan hingga penuh katup masuk pada mesi n 2R. i. Setelah 10 menit, apabila tekanan pressure gauge pada sisi sebelum kompresor mencapai -15 in-hg, tutup semua katup lalu matikan mesin 2R dengan menekan saklar keposisi Off dan putus sambungan listrik pada mesin 2R. j. Apabila tekanan pada pressure gauge pada sisi sebelum kompresor (low) belum mencapai -15 in-Hg, tunggu hingga tekanan tersebut tercapai atau sudah mendekati angka tersebut kemudian tutup semua katup dan matikan unit mesin 2R. k. Semua katup biarkan pada posisi tertutup, lalu lepas sambungan selang antara mesin 2R dengan mesin AC dan tabung penampung. l. Proses recovery dan recycle selesai. m. Lakukan prosedur ini pada setiap pengerjaan recovery dan recycle yang dilakukan.
76
Lampiran 4. Gambar unit mesin recovery dan recycle
Gambar L.1. Skema pengujian mesin 2R
Gambar L.2. Susunan komponen mesin 2R
77
Gambar L.3. Mesin 2R tampak Atas
Gambar L.4. Mesin 2R tampak Samping
