ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN INTERCOOLER TERHADAP

ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN INTERCOOLER

TERHADAP EFEKTIVITAS MESIN PENDINGIN

(STUDI KASUS PADA PT. PRIMA INDO PAPUA)

BACHTIAR KASANG

P2201209006

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2013

2

ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN INTERCOOLER TERHADAP

EFEKTIVITAS MESIN PENDINGIN


TESIS

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Magister

Program Studi

Teknik Mesin

Disusun dan diajukan oleh

BACHTIAR KASANG

Kepada

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2013

3

TESIS

ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN INTERCOOLER TERHADAP

EFEKTIVITAS MESIN PENDINGIN


Disusun dan diajukan oleh

BACHTIAR KASANG

Nomor Pokok P2201209006

Telah dipertahankan di depan Panitia Ujian Tesis

pada tanggal 30Nopember 2013

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Menyetujui

Komisi Penasehat,

Prof. Dr. Ir. Effendy Arif, MEDr.-Ing. Ir. Wahyu H. Piarah, MSME Ketua Anggota

Ketua Program Studi Direktur Program Pascasarjana Teknik Mesin Universitas Hasanuddin Rafiuddin Syam, ST, M.Eng, Ph.DProf. Dr. Ir. Mursalim

Assalamu ’Alaikum Warahmatullah

Puji syukur kami panjatkan kehadirat ALLAH SWT, oleh karena

atas berkah, rahmat dan hidayah

terselesaikan. Salam dan salawat kepada Rasulullah Muhammad Saw

yang menjadi teladan kami dalam menghantarkan kita

ilmu untuk bekal akhirat dan duniawi.

Tesis yang berjudul “Analisis Pengaruh Penggunaan

Efektifitas Mesin Pendingin

dalam menyelesaikan studi untuk memperoleh gelar magister

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program Pascasarjana Universitas

Hasanuddin.

Pada kesempatan ini penghargaan dan ucapan terima kasih yang

setulus-tulusnya kepada istri dan anak serta cucu tersayang. Terima kasih

atas doa, dorongan semangat, dan

dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini.

Penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan

penghargaan yang setinggi

memberikan bimbingan dan petunjuk, terutama kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Effendy Arif, M.E.

segala waktu dan bimbingannya selama penyusunan tesis ini.

2. Dr.-Ing. Ir. Wahyu H. Piarah, MSME selaku anggota komisi

penasehat dan selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

KATA PENGANTAR

Assalamu ’Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh,


atas berkah, rahmat dan hidayah-Nya sehingga tesis ini dapat


yang menjadi teladan kami dalam menghantarkan kita selalu menuntut

ilmu untuk bekal akhirat dan duniawi.

Analisis Pengaruh Penggunaan Intercooler

Efektifitas Mesin Pendingin” ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat

dalam menyelesaikan studi untuk memperoleh gelar magister



tulusnya kepada istri dan anak serta cucu tersayang. Terima kasih

atas doa, dorongan semangat, dan sumber inspirasinya, sehingga saya

dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini.


penghargaan yang setinggi-tingginya kepada semua pihak yang telah

memberikan bimbingan dan petunjuk, terutama kepada :

Effendy Arif, M.E. selaku ketua komisi penasehat atas


Ing. Ir. Wahyu H. Piarah, MSME selaku anggota komisi


4


Nya sehingga tesis ini dapat


selalu menuntut

Intercooler Terhadap

” ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat

dalam menyelesaikan studi untuk memperoleh gelar magister pada



tulusnya kepada istri dan anak serta cucu tersayang. Terima kasih

sumber inspirasinya, sehingga saya


tingginya kepada semua pihak yang telah

selaku ketua komisi penasehat atas


Ing. Ir. Wahyu H. Piarah, MSME selaku anggota komisi


5

Hasanuddin atas segala waktu dan bimbingannya selama

penyusunan tesis ini.

3. Prof. Dr. Ir. Duma Hasan, DEA, selaku Ketua Tim Penguji atas

waktu dan segala masukan yang bermanfaat dalam penyusunan

tesis ini.

4. Prof. Dr. Ir. H. Syukri Himran, MSME, selaku Anggota Tim Penguji

atas waktunya dan masukan dalam penyelesaian tesis ini.

5. Prof. Dr. Ir. H. A. Syamsul Arifin, MSME, selaku Anggota Tim

Penguji atas waktunya dan masukan dalam penyelesaian tesis ini.

6. Rafiuddin Syam, ST, M. Eng, Ph.D, selaku Ketua Program Studi

Pascasarjana Teknik Mesin sekaligus sebagai Tim Penguji atas

segala kemurahan dan waktunya dalam penyelesaian tesis ini.

7. Bapak Direktur beserta Staf Program Pascasarjana Universitas

Hasanuddin atas segala pelayanannya.

8. Bapak Rektor Universitas Hasanuddin.

9. Andi Ade Larasakti. ST.,MT yang membantu dalam pengambilan

data penelitian.

10. Rustan Hatib. ST.,MT yang membantu dalam analisa perhitungan

11. Bapak, ibu dosen serta staf Pengajar Jurusan Mesin Program

Pascasarjana Universitas Hasanuddin.

12. Bapak dan ibu dosen di Universtas Satria Makassar yang telah

memberikan support dan masukan dalam penyusunan tesis ini,

6

13. Kepada seluruh teman-teman Pascasarjana Teknik Mesin 2009

atas bantuan dan doa selama penyusunan tesis ini.

Akhir kata, jazakumullah khairan katsiran atas semua dukungan

yang telah diberikan. Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua

dan oleh karena itu, masukan dan kritikan sekalian kiranya dapat

membantu pengembangan penelitian ini selanjutnya.

Makassar, Juni 2013

Bachtiar Kasang

7

Abstrak

Bachtiar Kasang, P2201209006. Analisis Pengaruh Penggunaan

Intercooler Terhadap Efektifitas Mesin Pendingin (dibimbing oleh Prof. Dr.

Ir. Effendy Arif, M.E dan Dr.-Ing. Ir. Wahyu H. Piarah, MSME).

Penelitian ini bertujuan mengetahui beban kalor pembekuan yang

terjadi pada komponencold storageyang menggunakan dan

tanpaintercooler, mengetahui koefisien of performance (COP) dan

mengetahui perbandingan efektifitas pembekuan dari sistem tersebut.

Penelitian ini dilakukan di PT. Indo Papua Makassar secara metode

langsung dengan mengukur tekanan amoniak R-717 pada kompresor

dengan menggunakan alat ukur pressure gauge dan temperatur amoniak

R-717 menggunakan termometer dengan membaca langsung alat ukur

Hasil penelitian menunjukkan bahwa beban kalor pembekuan lebih

tinggi tanpa menggunakan intercooler dibanding menggunakan intercooler

dilihat dari kinerja kompresor yang meningkat, Koefisien Prestasi (COP)

menggunakan intercooler dari waktu 0,5 jam 6,319 sampai 3,5 jam 5,722

lebih rendah dibanding tanpa menggunakan intercooler dari waktu 0,5 jam

4,121 sampai 3,5 jam 4,011 sehingga kinerja pembekuaan menggunakan

intercooler lebih baik dibanding tanpa menggunakan intercooler

Kata Kunci : Tekanan (Psi), Temperatur (oC)

8

DAFTAR ISI

Halaman

PRAKATA ........................................................................................... iii ABSTRAK .............................................................................................. vi ABSTRACT ............................................................................................ vii DAFTAR ISI ........................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................ x

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ....................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ................................................................. 2

C. Batasan Masalah ................................................................... 3

D. Tujuan Penelitian ................................................................... 3

E. Manfaat Penelitian ................................................................. 4

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Prinsip Dasar Cold Storage .................................................... 5

B. Komponen Utama dari Sistem Cold Storage ......................... 11

1. Kompressor ...................................................................... 11

2. Alat Pemisah Oli (Oil Seperator) ....................................... 16

3. Kondensor ........................................................................ 16

4. Tangki Penerima Cairan (Liquid Receiver Tank) .............. 18

5. Intercooler ......................................................................... 18

6. Low Pressure Vessel (LPV) .............................................. 18

7. Evaporator ........................................................................ 19

8. Alat Ekspansi .................................................................... 21

C. Refrigran ................................................................................ 21

D. Beban Pendingin .................................................................... 31

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Penelitian ............................................................. 32

B. Bahan dan Peralatan ............................................................. 32

C. Metode Pengambilan Data ..................................................... 39

D. Diagram Alir Penelitian ........................................................... 41

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil ....................................................................................... 42

1. Perhitungan Prestasi Mesin Menggunakan

Intercooler ......................................................................... 42

a. Penentuan Nilai Entalpi ............................................... 43

b. Laju Aliran Massa Refrigran ........................................ 44

c. Kapasitas Refrigerasi .................................................. 45

d. Kalor yang dilepaskan kondensor ............................... 45

e. Koefisien Prestasi ........................................................ 45

2. Perhitungan Prestasi Mesin Tanpa Menggunakan

9

Intercooler ......................................................................... 45

a. Penentuan Nilai Entalpi .............................................. 46

b. Laju Aliran Massa Refrigran ....................................... 48

c. Kapasitas Refrigerasi ................................................. 49

d. Kalor yang dilepaskan kondensor............................... 49

e. Koefisien Prestasi ....................................................... 49

B. Pembahasan .......................................................................... 50

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ............................................................................ 57

B. Saran .................................................................................... 57

Daftar Pustaka ..................................................................................

Lampiran...........................................................................................

10

DAFTAR GAMBAR

Nomor Halaman

1. Komponen Utama Mesin Pendingin ........................................... 6

2. Diagram P-V dan T-S Mesin Pendingin....................................... 6

3. Skema Sistem Pendingin Multi Tingkat dengan Intercooler ........ 7

4. Diagram Sistem Pendingin Multi Tingkat dengan Intercooler ...... 8

5. Efesiensi kompresi dari kompresor ............................................. 14

6. Efesiensi mekanik dari kompresor .............................................. 15

7. Daerah kompresi basah dan kompresi kering ............................. 23

8. Digram P-h dan T-s untuk siklus Kompresi Uap Standar ........... 24

9. Skema Pendingin Menggunakan Intercooler ............................... 26

10. Penukar Kalor jalur cair ke hisap ................................................ 27

11. Skema Instalasi Pendingin PT. Prima Indo Papua ...................... 36

12. Skema Instalasi Pendingin Menggunakan Intercooler ................ 37

13. Skema Instalasi Pendingin Tanpa Intercooler ............................. 38

11

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Perkembangan teknologi dalam dekade terakhir ini tidak hanya didominasi

oleh negara industri maju tetapi juga di beberapa negara berkembang

seperti halnya Indonesia. Teknologi ini dapat dimanfaatkan untuk

menambah devisa negara khususnya devisa di luar minyak dan gas bumi

yaitu non-migas yang masih merupakan penghasil devisa yang paling

besar bagi negara Indonesia.

Seiring dengan digalakkannya ekspor non-migas dalam menambah

devisa negara di Indonesia, maka berbagai sektor mendapat perhatian

serius dari pemerintah. Salah satunya adalah sektor perikanan. Dimana

potensi perikanan Indonesia begitu melimpah. Salah satu dari andalan

ekspornya adalah ikan dan udang. Dalam rangka peningkatan produksi,

utamanya untuk tujuan ekspor tersebut maka mutlak diperlukan usaha

pengawetan. Dalam hal ini, teknologi refrigerasi sangat besar peranannya

karena pendinginan dan pembekuan yang mampu mempertahankan

kesegaran produk lebih lama sekaligus menjaga kualitasnya agar dapat

diterima di pasar mancanegara seperti, Jepang, Taiwan, Singapura,

Belgia dan Francis.

Untuk itulah maka PT. Prima Indo Papua berusaha meningkatkan kualitas

sistem refrigerasi yang dimiliki, antara lain cold storage. Dengan sistem

refrigerasinya itu, PT. Prima Indo Papua mempertahankan kualitas produk

yang diterima dari pemasok sebelum diekspor ke pembeli. Tidak sampai di

situ saja, selanjutnya dengan kontainer berpendingin dibawa ke

pelabuhan selama satu jam, setelahnya temperatur produk masih

dipertahankan selama waktu pelayaran dan akhirnya sampai di pembeli.

Melihat proses upaya pengawaten tersebut maka perlu dianalisis unjuk

kerja dari Cold Storage yang digunakan. Prestasi yang dimaksud yaitu

kemampuan yang ditunjukkan oleh komponen Cold Storage dalam

melakukan kerja sesuai fungsinya, bila dikaitkan dengan Coefisien of

Performance (COP) dari sistem pendiginan/pembekuan sebagai ukuran

prestasi mesin pendingin dalam menanggulangi beban

pendinginan/pemberkuan dengan energi yang sekecil-kecilnya. Untuk

meningkatkan prestasi pengawetan, salah satu upaya yang dilakukan PT.

Prima Indo Papua adalah dengan menerapkan pengunaan intercooler

untuk menaikan prestasi pendinginan cold storage. Maka berdasarkan

pemikiran di atas penulis bermaksud untuk melakukan penelitian dengan

12

judul “Analisa Pengaruh Penggunaan Intercooler terhadap Efektifitas

Mesin Pendingin” untuk mengetahui seberapa besar kenaikan

performance yang diperoleh.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan

beberapa masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana beban kalor pembekuan yang terjadi pada komponen

cold storage yang menggunakan dan tanpa intercooler.

2. Bagaimanakah coefisien of performance (COP) dari sistem tersebut

3. Bagaimana perbandingan kinerja pembekuan dengan

menggunakan intercooler dan tanpa menggunakan intercooler.

C. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Untuk mengetahui beban kalor pembekuan yang terjadi pada

komponen cold storage yang menggunakan dan tanpa intercooler

2. Untuk menentukan koefisien of performance (COP) dari sistem

tersebut.

3. Untuk mengetahui perbandingan kinerja pembekuan dengan

menggunakan intercooler dan tanpa menggunakan intercooler.

D. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang akan diteliti adalah sebagai berikut:

1. Parameter yang akan dianalisis adalah temperatur dan beban

kerja (bervariasi) yang terjadi di Cold Storage untuk menghitung

koefisien prestasi (COP) dari sistem tersebut.

2. Perhitungan beban kalor transmisi yang ditinjau hanya beban

kalor transmisi akibat perpindahan kalor konduksi dan konveksi,

efek radiasi diabaikan.

3. Fluida kerja yang digunakan adalah refrigeran R-717 sesuai yang

digunakan di PT. Prima Indo Papua.

4. Kondisi sistem yang dianalisis adalah kondisi pada beban

maksimum.

5. Sistem yang dianalisis adalah satu unit sistem refrigerasi

6. Analisis biaya tidak diperhitungkan.

E. Manfaat Penelitian

Dengan tercapainya tujuan penelitian ini maka diharapkan penelitian ini

dapat bermanfaat bagi:

13

1. Bidang Ilmu Pengetahuan

a. untuk menambah pengetahuan dan wawasan tentang

pendinginan khususya tentang pengawetan produk perikanan

b. sebagai bahan referensi untuk penelitian lebih lanjut tentang

efektifitas penggunaan intercooler dalam meningkatkan

prestasi pendinginan

2. Bagi industri

Dari penelitiaan ini diharapkan dapat menjadi referensi bagi sektor

industi khususnya industry yang membutuhkan pengawetan produk

perikanan untuk meningkatkan mutu produksinya

3. Bagi Masyarakat

Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan penyelesaian

masalah peningkatan mutu produk yang membutuhkan

pengawetan terutama.

14

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Prinsip Dasar Cold Storage

Cold Storage sering diartikan sebagai suatu ruang pendingin untuk

mempertahankan dan melindungi bahan makanan yang mudah rusak

agar tetap dalam keadaan segar untuk periode tertentu dengan cara

mengontrol agar temperatur pada ruang penyimpanan tetap stabil. Prinsip

dasar dari Cold storage itu sendiri adalah panasnya diserap oleh sistem

lalu dipindahkan dan dilepaskan keluar, sehingga menjadi dingin. Dimana

dalam hal ini sistem (refrigerasi) membutuhkan energi. Refrigerasi

memanfaatkan sifat-sifat panas dari refrigeran selagi bahan itu berubah

dari gas ke cair atau sebaliknya. Guna mendinginkan cold storage

tersebut, refrigeran berada dan bersirkulasi di dalam suatu rangkaian

wadah yang terdiri atas beberapa komponen alat yang disambungkan

oleh pipa-pipa logam yang secara keseluruhan merupakan suatu siklus

tertutup.

Rangkaian dari kegiatan atau proses itu secara berurutan berawal dari

kompresi. Melalui kondensasi, pengaturan pemuaian dan berakhir pada

evaporasi, dan membentuk sebuah siklus refrigerasi. Siklus adalah

rangkaian dari suatu proses atau kegiatan yang cenderung berlangsung

dalam urutan yang lama berulang. Secara umum prinsip dasar dari

sebuah mesin pendingin dapat ditunjukan dengan skema berikut ini:

15

Gambar 1(a) komponenen utama dari mesin pendingin

(b) Diagram P – h siklus mesin pendingin,

Gambar 2. (a) Diagram P – v siklus mesin pendingin,(b) Diagram T – s

siklus mesin pendingin

Proses yang terjadi dalam siklus mesin pendingin yaitu:

Proses 1 – 2 : kompresi adiabatik di kompressor

Proses 2 – 3 : penurunan uap panas lanjut dan proses kondesasi atau

pembuangan kalor pada tekanan konstan di kondensor

Proses 3 – 4 : Proses ekspansi, penurunan tekanan di katup ekspansi

(a) (b)

s

T

2

1

3

4

P

2

1

3

4 V

(a) (b)

Evaporator

Kondensor 2

1

4

3

Kompresor Katup

ekspansi

P

h

2

1

3

4

16

Proses 4 – 1 : Proses penguapan atau penyerapan kalor pada tekanan

konstan.

Untuk beban pendinginan yang besar biasanya digunakan unit refrigerator

multi tingkat dengan sistem intercooler. Sistem ini secara umum dapat

digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3. Skema system pendingin multi tingkat dengan intercooler

pada cold storage

Gambar 4. Diagram system pendingin multi-tingkat dengan

(a) s

T

1

2

3

4

5

7

8

6

LP-Comp.

HP-Comp.

7

8

K

6 5

K

3

2

4

1

Kondensor

Rec.

Evaporator

I C

17

Intercooler (a) Diagram T-s

Proses yang terjadi dalam siklus mesin pendingin yaitu:

Proses 1 – 2 : kompresi uap adiabtik di kompresor tekanan rendah

Proses 2 – 3 : penurunan uap panas lanjut di intercooler

Proses 3 – 4 : kompresi uap adiabatik di kompresor tekanan tinggi

Proses 4 – 5 : pelepasan kalor di kondensor dan penampungan cairan

kondensasi di tanki receiver pada tekanan konstan

Proses 5 – 6 : proses ekspansi atau penurunan tekanan di katup ekspansi

Proses 6 – 7 : proses penyerapan kalor di intercooler

Proses 7 – 8 : proses ekspansi kedua di katup ekspansi

Proses 8 – 1 : proses penyerapan kalor di evaporator pada tekanan tetap

Untuk menganalisis mesin pendingin, maka yang perlu diperhatikan

adalah sifat – sifat dari fluida kerjanya, seperti :

1. Suhu (T), yaitu menyatakan keadaan termal dari suatu bahan dan

kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang

bersentuhan dengannya.

2. Tekanan (p), yaitu gaya normal (tegak lurus) yang diberikan oleh

suatu fluida per satuan luas benda yang terkena gaya tersebut.

3. Kalor spesifik, yaitu jumlah energi yang diperlukan suatu bahan

untuk menaikkan suhu satu satuan massa bahan tersebut

sebesar 1 K.

18

4. Rapat massa () dari suatu fluida adalah massa yang mengisi

satu satuan volume, sebaliknya volume spesifik (v), yaitu volume

yang diisi satu satuan massa.

5. Perubahan entalpi adalah jumlah kalor yang ditambahkan atau

diambil persatuan massa melalui proses tekanan konstan. Sifat

entalpi dapat juga menyatakan laju pemindahan kalor untuk

proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan.

Sistim kerja pada mesin pendingin adalah sebagai berikut :

Saat refrigeran mengalir melalui evaporator, perpindahan panas dari

ruangan yang didinginkan menyebabkan refrigeran menguap. Dengan

mengambil refrigeran pada evaporator sebagai volume atur, dari

keseimbangan massa dan Hukum Termodinamika I didapat perpindahan

panas sebesar :

)h(h mQ 41 (kW)...............................................................(2 – 1)

Dimana : h = Entalphy spesifik (kJ/kg)

Refrigeran meninggalkan evaporator kemudian masuk ke kompressor.

Selanjutnya refrigeran dikompresi hingga tekanan dan temperaturnya

bertambah tinggi. Diasumsikan ada perpindahan panas dari dan ke

kompresor. Dengan menerapkan keseimbangan massa dan laju energi

(Hukum Termodinamika I) pada volume atur yang melingkupi kompresor,

didapat kerja kompressor sebesar :

2 1W m h h

(kW) .........................................................(2 – 2)

19

Kemudian, refrigeran mengalir melalui kondensor, dimana refrigeran

mengembun dan memberikan panas ke udara sekitar yang lebih rendah

temperaturnya. Untuk volume atur melingkupi refrigeran di kondensor,

laju perpindahan panas dari refrigeran adalah :

2 3Q m h h

........................................................................(2 – 3)

Secara thermodinamika besarnya perpindahan panas yang terjadi pada

pipa kapiler di mesin pendingin, yaitu :

3 4Q m h h

(kW) .......................... ……………………….(2 –

4)

3h = Entalpy spesifik refrigeran masuk pipa kapiler (kJ/kg)

4h = Entalpy spesifik refrigeran keluar pipa kapiler (kJ/kg)

B. Komponen Utama Dari Sistem Cold Storage

Untuk sistem yang dipakai terdapat berbagai macam peralatan yang terdiri

dari :

1. Kompresor

2. Alat Pemisah Oli ( Oil Separator)

3. Kondensor

4. Tangki Penerima Cairan (Liquid Receiver Tank)

5. Evaporator

6. Intercooler

7. Low Pressure Vessel ( LPV)

20

1. Kompresor

Fungsi kompresor pada sistem Cold Storage adalah menggerakkan

sistem refrigerasi agar dapat mempertahankan suatu perbedaan

tekanan antara sisi tekanan rendah dan sisi tekanan tinggi dari sistem.

Atau dengan kata lain kompresor menaikkan tekanan dari tekanan

evaporasi (evaporated pressure) ke tekanan kondensasi (condensation

pressure). Dalam melaksanakan fungsi ini kompresor akan:

1. Menciptakan sisi tekanan rendah. Kompresor menghisap fluida

tekanan rendah di dalam evaporator. Melalui penguapan ini

diseraplah panas dari produk yang didinginkan atau dibekukan di

sekitar evaporator.

2. Menciptakan sisi tekanan tinggi. Kompresor memampatkan uap

refrigeran yang dihisap (dari evaporator), meningkatkan tekanan

dan suhu uap itu ke arah kondensor agar dapat diembunkan

menjadi cairan oleh udara pendingin di kondensor sehingga panas

yang dikandung refrigeran itu keluar bersama udara pendingin.

Adapun beberapa jenis kompresor yang dikenal yaitu

1. Kompresor bolak-balik (reciprocating compressor)

2. Kompresor ulir sekrup (screws compressor)

3. Kompresor sentrifugal (centrifugal compressor)

Mesin pendingin dari PT. Prima Indo Papua menggunakan kompresor

jenis bolak-balik (reciprocating compressor).

21

Kompresor di sini melakukan gerakan bolak-balik dalam menghisap dan

memampatkan uap refrigeran yang harus ditanganinya. Pada prinsipnya

fungsi dan konstruksi kompresor ini banyak menyamai mesin bolak-balik

suatu motor bakar. Bagian utama dari kompresor ini adalah silinder,

piston, mekanisme yang mengubah gerak putar poros engkol dengan

perantaraan barang penghubung menjadi gerak bolak-balik piston, katup

pengisapan dan pengeluaran yang seluruhnya dihimpun dalam wadah

kedap yang dinamakan karter. Tipe yang digunakan adalah tipe terbuka

yang terpisah dari motor penggeraknva.

Kompressor merupakan salah satu komponen yang sangat vital karena

fungsinya sebagai alat kompresi dalam sistem kompresi uap. Berdasarkan

metode kompresi, kompressor dibagi atas 2 tipe, yaitu :[3]

a. Kompressor positif

Pada kompressor positif, gas refrigeran diisap masuk kedalam

silinder dan dikompresikan. Misalnya, kompressor torak, kompressor

putar dan kompressor sekrup.

b. Kompressor non positif

Pada kompressor non-positif, gas refrigeran yang diisap masuk

dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian

mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. Misalnya ;

kompressor sentrifugal.

Salah satu jenis kompressor positif yang banyak digunakan untuk

unit kapasitas rendah adalah kompressor hermetik. Kompressor hermetik

22

µc = Efisiensi kompresi putaran rendah dan sedang

µ’c= Efisiensi kompresi putaran tinggi

dibuat dari baja, dimana kompressor dan motor listrik berada dalam satu

rumah. Jenis kompressor ini menggunakan motor listrik dengan dua-pol

(3000 rpm : 50 Hz atau 3600 rpm : 60 Hz

Prinsip kerja dari kompressor, yaitu gas refrigeran diisap masuk dan

dikompresikan didalam silinder kompressor, perubahan tekanan gas

refrigeran terjadi sesuai dengan perubahan volume yang diakibatkan oleh

gerak sudu didalam silinder tersebut.

Tekanan gas refrigeran akan naik selama langkah kompresi, begitupun

juga dengan temperatur. Laju kenaikan temperatur tersebut tergantung

dari jenis refrigeran yang dipergunakan.

Untuk daya kompressor (Pk) dihasilkan dari daya motor penggerak

kompressor (Ps) melalui input listrik. Daya kompressor dinyatakan dalam

persamaan :[2]

Pk = Ps . µc .µm ..........................................................................................(2-5)

Dimana : µc = efisiensi kompresi

µm = efisiensi mekanik

Harga dari efisiensi kompresi untuk kompresssor putaran

tinggi dapat ditentukan melalui kurva hubungan antara rasio kompresi

dengan efisiensi kompresi pada gambar 2 berikut ini :[2]

23

µm = Efisiensi mekanik kompressor putaran

rendah dan sedang

µ’m = Efisiensi mekanik kompressor putaran

tinggi

Gambar 5. Efisiensi kompresi dari kompressor

Sedangkan efisiensi mekanik untuk kompressor putaran tinggi

dapat dilihat pada gambar 3 berikui ini :[2]

Gambar 6. Efisiensi mekanik dari kompressor

Daya motor penggerak kompressor dari input listrik dapat

ditentukan dengan persamaan :[13]

Ps = V . I . Cos θ .......................................................................(2-6)

Dimana : V = Tegangan listrik, Volt

I = Kuat arus listrik, Ampere

Cos θ = faktor daya (0.7 – 1.0 , untuk motor single phase)[13]

Sehingga laju aliran massa uap refrigeran yang mengalir yaitu :[5]

� = ��

(��)

........................................................................................(2-7)

Dimana : � = laju aliran massa refrigeran, kg/s

h2 = entalpi pada titik keluar kompressor, kj/kg

h1 = entalpi pada titik masuk kompressor, kj/kg

24

2. Alat Pemisah Oli (Oil Separator)

Pemisah oli adalah alat untuk memisahkan oli dari uap refrigeran sesudah

meninggalkan kompresor dan mengembalikannya ke kompresor. Sedikit

oli yang terbawa ke sistem refrigerasi tidaklah membahayakan, tetapi

kalau banyak akan mengganggu kondensor dan evaporator.

Operasi pemisahan oli itu didasarkan pada pengurangan kecepatan uap

refrigeran bercampur oli dalam keadaan panas. Karena butir oli

mengalami kerja yang lebih besar sehingga kurang mampu mengubah

arah arusnya dan tertahan pada saringan yang digunakannya, menetes ke

penampung oli di bagian bawah bejana pemisah oli. Jika telah banyak oli

terkumpul, sistem pembuka kran dikontrol oleh timer elektronik, dimana

tiap waktu tertentu akan membuka dan kemudian akan menutup kembali.

Maka mengalirlah oli dari alat pemisah oli ke karter kompresor karena

tekanan di kompresor lebih kecil, sedangkan uap refrigeran meneruskan

siklusnya.

3. Kondensor

Kondensor adalah bagian dari refrigerasi yang berfungsi menerima uap

refrigeran tekanan tinggi yang panas dari kompresor lalu melepas panas

pengembunan itu dengan cara mendinginkan uap refrigeran tekanan

tinggi yang panas ke titik embunnya dengan melepaskan panas

sensibelnya. Pelepasan selanjutnya panas laten menyebabkan uap itu

mengembun menjadi cairan.

25

Untuk mencairkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur

tinggi (yang keluar dari kompresor diperlukan usaha melepaskan kalor

sebanyak kalor laten pengembunan, dengan cara mendinginkan uap

refrigeran dengan udara peridingin di dalam kondensor, sama dengan

selisih entalphi uap refrigeran pada seksi masuk dan pada seksi keluar

kondensor.

Jumlah kalor yang dilepaskan di dalam kondensor sama dengan jumlah

kalor yang diserap oleh refrigeran di dalam evaporator dan kalor ekivalen

dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresi di dalam

kompresor.

Kondensor merupakan salah satu alat penukar kalor yang berfungsi

sebagai tempat kondensasi. Uap yang bertekanan dan bertemperatur

tinggi pada akhir kompresi dapat dengan mudah dicairkan dengan cara

mendinginkannya dengan media pendingin.

Didalam pipa kondensor terjadi perpindahan kalor dari uap refrigeran ke

fluida pendingin. Besarnya laju perpindahan kalor yang terjadi didalam

kondensor dipengaruhi oleh bebrapa faktor antara lain; koefisien

perpindahan panas, faktor kotoran, kecepatan aliran pendingin, jenis

refrigeran dan kerugian tekanan yang terjadi sepanjang pipa.

Berdasarkan jenis fluida pendingin, kondensor terbagi atas 3 jenis yaitu :

a. Kondensor pendingin udara

b. Kondensor pendinginan air

c. Evaporative kondensor

26

4. Tangki PenerimaCairan (Liquid Receiver Tank)

Receiver adalah suatu wadah berbentuk tangki untuk menyimpan

refrigeran cair yang berasal dari kondensor. Fungsi tangki penerima cairan

adalah :

a. Menyimpan refrigeran cair selama operasi

b. Meningkatkan beberapa perubahan dalam muatan refrigeran dan

volume cairan, yakni pemuaian dan penyusutan refrigeran karena

perubahan suhu

c. Dapat menyediakan cukup refrigeran cair

5. Intercooler

Intercooler adalah tangki vertikal yang digunakan sebagai wadah proses

pendinginan antar tingkat kompresi uap keluaran kompresor tingkat

rendah sebelum masuk ke kompresor tingkat tinggi untuk penghematan

sejumlah kerja dengari menggunakan refrigeran cair dari kondensor untuk

intercooling. Dalam artian intercooler sebagai salah satu alat penukar

kalor.

6. Low Pressure Vessel ( LPV )

Pada sistem kompresi terutama yang menggunakan kompresor bolak-

balik perlu diusahakan agar refrigeran yang mengalir dari evaporator mesti

berupa uap sebelum memasuki kompresor, kalau refrigeran masih berada

dalam keadaan cair, kompresor dapat rusak.

Untuk mencegah atau mengurangi masuknya refrigeran cair ke pipa

pengisapan dalam kompresor, telah diusahakan berbagai Cara dan alat

27

antara lain yang digunakan pada PT. Prima Indo Papua yaitu memasang

suatu vessel horisontal yang dinamakan Low Pressure Vessel ( LPV ).

Refrigeran cair dan refrigeran dalam bentuk gas dipisah, dimana zat

pendingin dalam bentuk gas dihisap oleh kompresor dari nisi suction dan

pendingin dalam bentuk cair disirkulasi kembali ke evaporator dengan

pompa liquid.

Low Pressure Vessel (LPV) ini dipasang pada arah pengeluaran dari

evaporator. Tempat keluar refrigeran uap terletak di bagian atas LPV.

7. Evaporator

Evaporator adalah penukar kalor yang memegang peranan yang paling

penting di dalam sistem pendingin, yaitu mendinginkan media sekitarnya.

Ada beberapa macam evaporator, sesuai dengan tujuan penggunaannya,

bentuknya pun dapat berbeda-beda. Hal ini disebabkan karena media

yang hendak didinginkan dapat berupa gas, cairan atau zat padat.

Sesuai dengan keadaan pendingin yang ada di dalamnya, maka

evaporator dapat dibedakan atas:

1. Evaporator jenis ekspansi kering, cairan pendingin yang

diekspansikan melalui katup ekspansi, pada waktu masuk ke dalam

evaporator sudah dalam keadaan campuran cair dan uap, sehingga

keluar dari evaporator dalam keadaan uap kering, perpindahan

kalor pada jenis ini tidak begitu besar jika dibandingkan dengan

keadaan dimana evaporator terisi pendingin cair, akan tetapi

evaporator jenis ini tidak memerlukan pendingin dalam jumlah yang

28

bestir. Di samping jumlah minyak pelumas yang tertinggal di dalam

evaporator sangat kecil.

2. Evaporator lenis setengah basah, evaporator dengan kondisi

pendingin di antara jenis basah dan kering. Dalam jenis setengah

basah ini selalu terdapat pendingin cair dalam penguapannya.

Oleh karena itu, laju perpindahan kalor dalam evaporator

jenis ini lebih tinggi daripada yang dapat diperoleh pada jenis

ekspansi kering, tetapi lebih rendah daripada yang diperoleh pada

jenis basah.

3. Evaporator jenis basah, pada jenis ini sebagian besar dari

evaporator terisi oleh cairan pendingin, proses penguapannya

terjadi seperti pada ketel uap. Gelembung pendingin yang terjadi

karena pemanasan akan naik, pecah dan permukaan cairan atau

terlepas dan sebagian pendingin kemudian masuk akumulator yang

memisahkan uap dan cairan. Maka pendingin yang ada dalam

bentuk uap saja yang masuk ke dalam kompresor. Bagian

pendingin cair yang dipisahkan di dalam akumulator akan masuk

kembali dalam evaporator, bersama dengan pendingin (cair) yang

berasal dari kondensor.

Pada PT. Prima Indo Papua evaporator yang digunakan adalah jenis

basah. Pemisahan zat pendingin cair dan gas bukan di dalam akumulator

melainkan di dalam LPV dan evaporator ini terdapat di Cold Room I dan II,

Ante Room, dan di Ice Storage.

29

8. Alat Ekspansi

Alat ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatik

cairan refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai

mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah; jadi

melaksanakan proses trotel atau proses ekspansi enthalpi konstan. Selain

itu, katup ekspansi mengatur pemasukan refrigeran sesuai dengan beban

pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator. [3]

Jadi alat ekspansi mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja

sehingga diperoleh efisiensi siklus yang maksimal. Dalam gambar 4

diperlihatkan keadaan pada waktu alat ekspansi membuka saluran sesuai

dengan jumlah refrigeran yang diperlukan oleh evaporator, seperti

ditunjukkan oleh (a), sedemikian rupa sehingga refrigeran menguap

sempurna pada waktu keluar dari evaporator.

Apabila beban pendinginan turun seperti pada gambar (b), atau apabila

katup ekspansi membuka lebih lebar, maka refrigeran didalam evaporator

tidak menguap sempurna, sehingga refrigeran yang terisap masuk ke

dalam kompressor mengandung cairan. Apabila hal tersebut terjadi dalam

waktu cukup lama, sebagian uap akan mencair kembali, dan katup

kompressor akan mengalami kerusakan. Jika jumlah uap refrigeran yang

mencair bertambah banyak atau apabila kompressor mengisap cairan,

maka akan terjadi pukulan cairan (liquid hammer) yang dapat merusak

kompresor.

30

A. Apabila beban pendinginan bertambah besar seperti terlihat pada gbr.

(c), atau apabila pembukaan katup ekspansi bertambah kecil, cairan

refrigeran akan menguap sempurna sehingga ada pada kondisi

superpanas ketika mencapai seksi keluar evaporator. Dalam hal

tersebut kalor yang diserap menjadi bertambah besar, sehingga

temperatur uap refrigeran makin lebih tinggi daripada temperatur

penguapannya (superpanas). Derajat superpanas yang rendah tidak

akan mengganggu; tetapi, derajat superpanas yang terlampau besar

akan menyebabkan temperatur gas refrigeran keluar dari kompresor

terlampau tinggi. Dalam hal tersebut terakhir kompresor akan bekerja

pada temperatur yang sangat tinggi, sehingga cepat rusak.

B. Sistem Kompresi Uap

1. Perbedaan kompresi basah dan kompresi kering

Perbedaan antara kompresi basah dan kompresi kering terletak pada

keadaan refrigeran yang akan masuk ke dalam kompresor. Perbedaan ini

dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini:

Gambar 7. Daerah kompresi basah dan kompresi kering

2 2’

1 1’

Tanduk

Panas lanjut

T

s

31

2

3

1 4

T

s

Pengembunan

P

h

Penguapan Eksp

ansi

Kompresi

1

2 3

4

Dinamakan kompresi basah, jika refrigeran yang berada dalam keadaan

campuran (titik 1) kemudian dikompresi menjadi uap jenuh (titik 2).

Kelemahan kompresi basah, jika berlangsung pada kompresor torak maka

cairan refrigeran dapat merusak kepala selinder dan dapat mengganggu

pergerakan katup yang ada di selinder, serta akan menghalangi

pelumasan torak dengan silinder.

Sedangkan kompresi kering, jika refrigeran dalam keadaan uap jenuh (titik

1) dikompresi sehingga menjadi panas lanjut (titik 2). Dalam aplikasinya,

kompresi kering lebih banyak digunakan dalam kompresor torak dan

kompresor sekrup.

2. Siklus kompresi uap standar

Hal terpenting dari siklus kompresi uap standar yaitu uap dikompresi

menjadi uap panas lanjut. Adapun proses yang membentuk siklus dapat

dilihat pada gambar 5 berikut ini:

Gambar 8. Diagram P-h dan T-s Untuk Siklus Kompresi Uap Standar

Proses yang terjadi pada siklus kompresi uap standar ,yaitu:

Proses 1-2 : Kompresi adiabatis, s2 = s1, Q = 0 Kerja yang

dilakukan , w = - v dp = - dh = -(h2 – h1)

32

Proses 2-3 : Penurunan panas lanjut dan kondensasi pada

tekanan konstan Pelepasan kalor, qc = h2 – h3

Proses 3-4 : Proses ekspansi, h3 = h4 = hf4 + x (h1 – hf4) atau

f41

f43

hh

hhx

Proses 4-1 : Proses penguapan pada tekanan konstanEfek

pendingin, qe = h1 – h4

Koefisien prestasi (COP) dari siklus uap standar :

12

41

hh

hhCOP

.................................................................( 2.8 )

3. Siklus kompresi uap nyata

Perbedaan antara siklus nyata dan siklus standar yaitu terletak pada

penurunan tekanan di dalam kondensor dan evaporator, subcooling cairan

yang meninggalkan kondensor, serta pemanasan lanjut uap yang

meninggalkan evaporator. Siklus standar dianggap tidak mengalami

penurunan tekanan pada kondensor dan evaporator, sebaliknya pada

siklus nyata, terjadi penurunan tekanan karena adanya gesekan refrigeran

dengan dinding pipa. Akibat dari penurunan tekanan ini, kompresi pada

titik 1 dan 2 memerlukan lebih banyak kerja dibandingkan dengan siklus

standar. Pemanasan lanjut uap biasanya terjadi di dalam evaporator

dengan maksud untuk mencegah cairan agar tidak memasuki kompresor.

Perbedaan akhir pada siklus nyata adalah kompresi yang tidak lagi

33

isentropis dan terdapat ketidak-efisienan yang disebabkan oleh gesekan

dan kerugian lainnya.

4. Penukar kalor (heat exchanger)

Beberapa sistem pendingin dilengkapi dengan penukar kalor jalur cair-ke-

hisap (liquid-to-suction), yang menurunkan suhu (subcools) cairan dari

kondensor dengan uap isap (suction vapor) yang datang dari evaporator.

Susunannya diperlihatkan dalam gambar 8a, dan diagram tekanan-entalpi

yang bersangkutan dalam gambar 8b.

Gambar 9a. Skema pendingin dengan menggunakan intercooler

Gambar 9b. Siklus VCRS dengan alat penukar kalor pada diagram p-h

LP-

Comp.

HP-Comp.

7

8

K

6 5

K

3

2

4

1

Kondensor

Rec.

Evaporator

I C

Cairan jenuh pada titik 3 yang berasal dan kondensor didinginkan hingga

titik 4 dengan cara bertukar kalor dengan uap pada t

dipanaskan hingga mencapai titik 1.

h3–h4 = h1–h6 ......................................................................................(2

Dampak pendinginnya dapat berbentuk

Q = �( h6–h5)........................................................................................(2

Gambar 9 menunjukkan penampang terpotong penukar kalor jalur cair

hisap (liquid-to-suction heat exchanger

Gambar 10. Sebuah penukar kalor jalur cair

dengan rumah luar

Dibandingkan dengan daur kompresi uap standar, sistem yang

menggunakan penukar kalor nampaknya lebih memiiki keuntungan yang

jelas karena naiknya dampak refngerasi.

tampaknya dapat ditingkatkan. Tetapi hal ini tidak sepenuhnya benar.

Walaupun dampak pendingin dapat ditingkatkan, tetapi kompresi

terdorong jauh masuk ke dalam daerah panas

kompresi akan lebih besar

uap-jenuh. Dalam hal kapasitas, titik 1 mempunyai rapat massa lebih

tinggi dibanding titik 6, sehingga volume yang dapat dipompa dan titik 6

tersebut lebih sedikit. Sehingga perbaikan potensial pada prestasi


titik 4 dengan cara bertukar kalor dengan uap pada titik 6 yang

dipanaskan hingga mencapai titik 1. Dan keseimbangan kalor yaitu

......................................................................................(2

Dampak pendinginnya dapat berbentuk

)........................................................................................(2

Gambar 9 menunjukkan penampang terpotong penukar kalor jalur cair

suction heat exchanger).

Gambar 10. Sebuah penukar kalor jalur cair-ke-hisap sebelum diselubungi



jelas karena naiknya dampak refngerasi. Kapasitas dan koefisien prestasi



terdorong jauh masuk ke dalam daerah panas-lanjut, sehingga kerja

kompresi akan lebih besar dibandingkan dengan yang dekat dengan garis

jenuh. Dalam hal kapasitas, titik 1 mempunyai rapat massa lebih



34


itik 6 yang

Dan keseimbangan kalor yaitu

......................................................................................(2-9)

)........................................................................................(2-10)

Gambar 9 menunjukkan penampang terpotong penukar kalor jalur cair-

isap sebelum diselubungi



Kapasitas dan koefisien prestasi



lanjut, sehingga kerja

dibandingkan dengan yang dekat dengan garis

jenuh. Dalam hal kapasitas, titik 1 mempunyai rapat massa lebih



35

mendapat reaksi yang berlawanan, dan penukar kalor tersebut mungkin

mempunyai keuntungan termodinamika yang dapat diabaikan.

Tetapi sampai batas tertentu, penukar kalor dapat diterima dalam situasi

dimana uap yang masuk ke kompresor harus dipanaskan lebih lanjut,

untuk menjaga agar tidak ada cairan yang terbawa. Alasan praktis lain

penggunaan penukar kalor adalah untuk membawah-dinginkan cairan dan

kondensor untuk mencegah terbentuknya gelembung uap yang

mengganggu aliran refrigeran melewati alat ekspansi.

Pada beberapa sistem pendingin, banyak pipa kapiler dipasang sehingga

menjadi bagian dari penukar kalor, dengan menenpelkan pipa jalur hisap

dengan pipa kapiler. Gas isap yang dingin dari evaporator menghalangi

pencetusan (flashing) cairan yang melewati pipa kapiler.[14]

C. Refrigeran

Selain peralatan refrigerasi di atas terdapat juga suatu medium pendingin

yang dipakai yaitu refrigeran. Refrigeran adalah suatu zat yang wujudnya

mudah diubah dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Dan dapat

mengambil panas atau kalor dari evaporator dan membuangnya di

kondensor. Karakteristik thermodinamika refrigeran antara lain meliputi

temperatur penguapan, tekanan penguapan, temperatur pengembunan

dan tekanan pengembunan. Untuk keperluan suatu jenis pendingin

diperlukan refrigeran dengan karakteristik thermodinamika yang tepat.

Adapun syarat-syarat umum untuk refrigeran adalah

36

1. Tekanan penguapannya harus cukup tinggi, hal ini dimaksudkan

untuk menghindari kemungkinan terjadinya vakum pada

evaporator, dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya

perbandingan kompresi.

2. Tekanan pengembunan yang tidak teriampau tinggi, apabila

tekanan penaembunan rendah maka perbandingan kompresi

menjadi rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat

dihindarkan. Selain itu, dengan tekanan kerja yang lebih rendah,

mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya

kebocoran, kerusakan, ledakan, dan sebagainya, menjadi lebih

kecil.

3. Kalor laten penguapan harus tinggi, dengan laten penguapan

yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas

pendinginan yang sama, jumlah bahan pendingin yang

bersirkulasi menjadi iebih kecil.

4. Volume spesifik ( terutama dalam fase gas ) yang cukup kecil,

hal ini memungkinkan penggunaan kompresor dengan

volume langkah torak yang sama, ukuran unit pendinginan yang

bersangkutan menjadi lebih kecil.

5. Koefisien prestasinya harus tinggi, hal ini merupakan

parameter yang terpenting untuk menentukan biaya operasi.

6. Konduktifitas termal yang tinggi, hal ini menentukan karakteristik

perpindahan kalor.

37

7. Viskositas yang rendah dalam fase cair maupun gas, dengan

turunnya tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian

tekanannya akan berkurang.

8. Konstanta dielektrik dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang

besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator

listrik.

9. Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material

yang dipakai, jadi tidak menyebabkan korosi.

10. Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau merangsang

11. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak.

12. Refrigeran harus mudah dideteksi, jika terjadi kebocoran.

13. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

PT. Prima Indo Papua menggunakan Refrigeran Amoniak (R-717)

D. Beban Pendingin

Beban pendingin adalah laju aliran kalor yang dapat dipindahkan dari

suatu ruangan untuk menjamin kondisi yang dikehendaki dalam ruangan

tersebut.

Adapun beban pendingin dapat terjadi pada ruang pendinginan (cold

room) seperti beban lampu, pekerja, beban kalor produk, pengepakkan.

Secara umum beban-beban kalor tersebut dapat dirumuskan sebagai:

� = �� × �� × ∆�� (1)

38

Selain itu beban pendinginan juga dapat berasal dari luar seperti beban

kalor transmisi yang melalui dinding, atap dan lantai cold room, ante room,

dan ice storage termasuk kalor infiltrasi.

Panas yang menembus dinding, lantai dan langit-langit (atap) bervariasi

sesuai dengan jenis material isolasi, ketebalan dan perbedaan temperatur

antara ruang pendingin dengan udara luar. Meskipun temperatur di dalam

ruang pendingin dapat dianggap konstan, namun variasi temperatur udara

luar akan mengakibatkan aliran pangs yang tidak teratur.

Tetapi dengan perhitungan besarnya laju aliran kalor setiap interval waktu

yang kecil, maka selama itu laju aliran kalor dapat dianggap konstan.

39

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April 2013 sampai dengan Oktober

2013 bertempat di PT. Prima Indo Papua dengan alamat JI. Kima 2 no. 14

Makassar.

B. Bahan dan Peralatan

Bahan dan peralatan yang akan digunakan adalah :

1. Bahan penelitian

Fluida kerja atau refrigeran yang digunakan pada sistem refrigerasi pada

PT. Prima Indo Papua adalah Amoniak (R717).

2. Alat dan instrumen penelitian

Sistem cold storage pada PT. Prima Indo Papua adalah evaporator, ice

making, kondensor, dan receiver (tangki penerima cairan), sebuah

intercooling, dan Low Pressure Vessel. Terdiri pula dari empat buah

kompresor yang dilengkapi dengan oil separator dimana sistem

pemampatannya bertahap, kompresor tingkat rendah (low-stage-

compresor ke kompresor tingkat tinggi (high-stage-compresor). Sistem ini

melakukan intercooling antara kedua tingkatan kompresi dengan maksud

untuk menurunkan kerja kompresi yang memungkinkan penambahan

peralatan seperti kompresor.

Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat yang digunakan PT. Prima Indo Papua:

40

A. Kompresor

Kompresor Tekanan Tinggi :

Tegangan Operasi : 3 x 380 v, 50 Hz

Tegangan Kontrol : 1 x 220 v, 50 Hz

Type : HC - 8 - 100 – A

Kapasitas : 275.800 kcal/h

Temp. Seksi Masuk / Temp. Ruang : 0 / 32 oC

Kecepatan : 985 rpm

Transmisi : V – Belt

Daya yang di Konsumsi : 58,7 kW

Daya Motor : 90 kW

Kecepatan : 1470 rpm

B. Kompresor Tekanan Rendah

Type : HC – 8 – 100 – A

Kapasitas : 75.600 Kcal/h

Temp. Seksi Masuk / Temp. Ruang : - 32 / 0 oC



Daya yang di Konsumsi : 21.2 kW

Daya Motor : 45 kW


C. Kompresor Tekanan Rendah untuk coold storage

Tegangan Operasi : 3 x 380 v, 50 Hz

41

Tegangan Kontrol : 1 x 220 v, 50 Hz

Type : HC - 4 - 75 – A

Kapasitas : 40.2000 kcal/h

Temp. Seksi Masuk / Temp. Ruang : -15 / 0 oC



Konsumsi Daya : 4,2 kW

Daya Motor : 7,5kW


D. Kondensor

Type : Pendingan Udara

Temp. Kondensor : 32 oc

Dimensi : 2,4 x 2,4 m

Jumlah Pipa : 2960

E. Receiver

Diameter Panjang : 600 mm / 2.500 mm

Volume : 730 l

Berat Bersih : 385 kg

Berat Operasional : 565 kg

F. Data Refrigran

PT. Prima Indo Papua menggunakan refrigran R 717 :

Rumus Kimia : NH3

Berat Molekul : 17,03

42

Titik Didih : - 33,3 oc

Titik Pembekuan : - 77,7 oc

Temperatur Kritis : 133,0oc

Kalor Laten Penguapan

Titik Didih : 32,7 Kcal/gram

Berat Jenis

Titik Didih : 0.905 gram/liter

Berat Jenis Cair 30 oc : 0,59 gram/cc

Kalor spesifik Cair : 1,143 cal/gr oc (30oc)

Kalor Spesifik Uap : 0,52 cal/gr oc (30oc)

Diagram sistem cold storage yang akan dianalisis sebagai berikut :

36

Gambar 11. Skema Instalasi Sistem Pendingin PT. Prima Indo Papua

Keterangan :

K Kompressor

OS Oil Separator

IC Inter Cooler

R Receiver

AC Acumulator

AB Air Blass

C Condensor

Os

C

R

IC

K K

AC

AB

CS

37

OS

Keterangan :

K Kompressor

OS Oil Separator

IC Inter Cooler

R Receiver

AC Acumulator

AB Air Blass

C Condensor Gambar 3.2 Skema Instalasi Sistem Pendingin PT. Prima Indo Papua dengan Sistem Intercooler

OS

C

R

AB

AC

K

IC

38

Keterangan :

K Kompressor

OS Oil Separator

IC Inter Cooler

R Receiver

C Condensor

EXP K. Expansi

K

OS

C

CS

EXP

R

39

Gambar 12 Skema Instalasi Sistem Pendingin PT. Prima Indo Papua Tanpa Intercooler

40

C. Metode Pengambilan Data

Metode atau langkah-langkah pengambilan data yang akan ditempuh

dalam mencapai tujuan penelitian, adalah sebagai berikut :

1. Studi lapangan, yaitu pengambilan data secara langsung dilakukan

pada objek penelitian guna memperoleh data-data yang akan

digunakan untuk perhitungan. Metode ini berdasarkan pengumpulan

data-data teknis dan operasional dari lokasi penelitian dengan format

pengambilan seperti pada table 3.1 dan 3.2

2. Studi literatur, dengan membaca literatur yang berkaitan dengan

masalah yang dianalisis agar dapat membantu penyelesaian

penulisan ini.

41

Tabel 3.1. Pengamatan Data Menggunakan Intercooler

No Variabel Waktu (jam)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1 Tekanan masuk kompresor (P1)

2 Temperatur masuk kompresor (T1)

3 Tekanan masuk intercooler (P2)

4 Temperatur masuk intercooler (T2)

5 Tekanan keluar intercooler (P3)

6 Temperatur keluar intercooler (T3)

7 Tekanan keluar kompresor (P4)

8 Temperatur keluar kompresor (T4)

9 Tekanan keluar recerver (P5)

10 Temperatur keluar recerver (T5)

11 Tekanan masuk intercooler (P6)

12 Temperatur masuk intercooler (T6)

13 Tekanan keluar intercooler (P7)

14 Temperatur keluar intercooler (T7)

15 Tekanan masuk evaporator (P8)

16 Temperatur masuk evaporator (T8)

42

Tabel 3.2. Pengamatan Data Tanpa Menggunakan Intercooler

No Variabel Waktu (jam)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1 Tekanan masuk kompresor (P1)

2 Temperatur masuk kompresor (T1)

3 Tekanan keluar kompresor (P2)

4 Temperatur keluar kompresor (T2)

5 Tekanan keluar kondensor (P3)

6 Temperatur keluar kondensor (T3)

7 Tekanan masuk evaporator (P4)

8 Temperatur masuk evaporator (T4)

43

D. Diagram Alir Penelitian

Kesimpulan dan Saran

Mulai

Tinjauan Pustaka

Pengambilan data teknis dan opresional

Dengan Intercooler

Tanpa Intercooler

Olah data

Olah data

Bandingkan efektifitas pendinginan

Selesai

44

BAB IV

HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Perhitungan

1. Perhitungan prestasi mesin tanpa menggunakan intercooler

Perhitungan prestasi mesin tanpa menggunakan intercooler digunakan type

mesin HC - 8 - 100 – A dengan spesifikasi dapat dilihat pada bagian bab III

di metodologi penelitian.Sebagai contoh perhitungan digunakan data

pengujian 6 dengan waktu 3 jam yang diambil pada tanggal 15 Juni 2013

yaitu :

- Tekanan masuk kompressor (Pcomp,in) = P1 = 1,8 bar

- Tekanan keluar kompressor (Pc) = P2= 14 bar

- Tekanan masuk evaporator (P4) = 2 bar

- Temperatur masuk kompressor (T1) = 10 0C

- Temperatur keluar kompressor (T2) = 1320C

- Temperatur keluar kondensor (T3) = 330C

- Temperatur masuk evaporator (T4) = -200C

a. Penentuan nilai entalpi (h)

Titik 1 (masuk kompressor) :

Untuk Pcomp,in = P1 = 1,8 bar

T1 = 10 0C

Dari Tabel B.2.2 (Termodinamika) diperoleh :

h1 = 1488,32 kj/kg (superheated vapour)

Titik 2 (keluar kompressor) :

45

P2 = 14 bar

T2 = 1320C



Titik 3 (keluar kondensor) :

P3 = 13,7 bar

T3= 330C


h3 = 379,5kj/kg (compressed liquid)

Titik 4 masuk evaporator) :

h3 = h4 = 379,5 kj/kg

Sifat sifat refrigerant ditinjau pada P4 = 2 bar, dari Dari Tabel B.2.2

(Termodinamika) diperoleh :

X4 = 0.283

b. Laju aliran massa refrigeran (m)

Perhitungan laju aliran massa dapat dilakukan dengan mengambil data

pengamatan pada kompressor.

Berdasarkan data pengujian ,pada tekanan masuk kompressor (P comp,in)

= 1,8 bar, diketahui :

Tegangan (V) = 220 V

Kuat Arus (I) = 2,5 A

Daya motor penggerak kompressor yaitu :

Ps = V . I . cosθ

46

= 220 . 2,5 . 0,7

= 385 W

= 0,385 kW

Daya yang dibutuhkan kompressor adalah :

Pk = Ps . ηc . ηm

Berdasarkan kurva hubungan rasio kompresi dan efisiensi , untuk r

=��

��=

��,�

�,� = 7,61 diperoleh ηc = 0,7 dan ηm = 0,88

Pk = 0,385 . 0,7 . 0,88

= 0,264 kW

Jadi laju aliran massa refrigeran :

� = ��

(��)

= �,��

(��,��,��)

= 0,0010 kg/s

c. Kapasitas Refrigerasi (Qe)

Qe = �(h1 – h4)

= 0,0010(1488,32 – 379,5)

= 1,064 kW

d. Kalor yang dilepaskan kondensor (Qc)

Qc = Qe + Pk

= 1,064 + 0,264

= 1,328 kW

e. Koefisien Prestasi

COP = Qe / Pk

= 1,328 / 0,264

47

= 4,026

2. Perhitungan prestasi mesin menggunakan intercooler

Untuk perhitungan prestasi mesin yang menggunakan intercooler digunakan

type mesin HC - 8 - 100 – A dengan spesifikasi dapat dilihat pada bagian

bab III di metodologi penelitian

Sebagai contoh perhitungan digunakan data pengujian 6 pada waktu 3 jam

yang diambil pada tanggal 20 Juni 2013 sebagai berikut :

- Tekanan masuk kompressor (Pcomp,in) = P1 = 1,8 bar

- Tekanan masuk intercooler (P2) = 2,8

- Tekanan keluar intercooler (P3) = 2,5 bar

- Tekanan keluar kompressor (P4) = 13,7 bar

- Tekanan keluar reserver (P5) = 13 bar

- Tekanan masuk intercooler (P6) = 2,3

- Tekanan keluar intercooler (P7) = 2,1

- Tekanan masuk evaporator (P8) = 1,8

- Temperatur masuk kompressor (T1) = 150C

- Temperatur masuk intercooler (T2) = 26

- Temperatur keluar intercooler (T3) = 20

- Temperatur keluar kompressor (T4) = 1280C

- Temperatur masuk intercooler (T3) = 320C

- Temperatur keluar intercooler (T4) = 24

- Temperatur keluar reserver (T5) = 32

- Temperatur masuk intercooler (T6) = 6

- Temperatur keluar intercooler (T7) = -11

48

- Temperatur masuk evaporator (T8) = -22

Tekanan kondensor (Pc) dan tekanan evaporator (Pe) di tunjukkan pada

diagram p-h dan pada Gambar 27 berikut ini :

GAMBAR P-H DAN T-S INTERCOOLER

Gambar 13. Diagram p-h dan T-s yang menggunakan intercooler

a. Penentuan nilai entalpi (h)

Titik 1 (masuk kompressor) :

Untuk Pcomp,in = P1 = 1,8 bar

T1 = 150C



Titik 2 (masuk intercooler) :

P2 = 2,8 bar

T2 = 260C

(a) s

T

1

2

3

4

5

7

8

6

(b)

49



Titik 3 (keluar intercooler) :

P3 = 2,5 bar

T3 = 200C


h3 = 1517,7kj/kg (compressed liquid)

Titik 4 (keluar kompressor) :

P4 = 13.7 bar

T4 = 1280C


h4 = 1723,397 kj/kg (superheated)

Titik 5 (keluar reserver) :

P5 = 13 bar

T5 = 320C


h5 = 391.5 kj/kg (compressed liquid)

Titik 6 (masuk intercooler)

h6 = h5 = 391,5 kj/kg

Sifat sifat refrigerant ditinjau pada P6 = 3,6 bar, dari Dari Tabel B.2.2


X6 = 0.06

Titik 7 (keluar intercooler) :

50

P7 = 1,8 bar

T7 = -90C


h7 = 195.65 kj/kg

Titik 8 (masuk evaporator)

h7 = h8 = 195,65 kj/kg

Sifat sifat refrigerant ditinjau pada P8 = 1,8 bar, dari Dari Tabel B.2.2


X8 = 0.125

b. Laju aliran massa refrigeran (m)

Berdasarkan data pengujian ,pada tekanan masuk kompressor

(Pcomp,in) = 1,5 bar, diketahui :

Tegangan (V) = 220 V

Kuat Arus (I) = 2,5A

Daya motor penggerak compressor yaitu :

Ps = V . I . cosθ

= 220 . 2,5 . 0,7

= 385 W

= 0,385 kW

Daya yang dibutuhkan compressor adalah :

Pk = Ps . ηc . ηm

Berdasarkan kurva hubungan rasio kompresi dan efisiensi , untuk r = 9.2

diperoleh ηc = 0,92 dan ηm = 0,82

51

Pk = 0,385 . 0,87 . 0,78

= 0,26 kW

Jadi laju aliran massa refrigeran :

� =��

ℎ� − ℎ�

= �,��

��,��,��

= 0,0012 ��/�

c. Kapasitas Refrigerasi (Qe)

Qe = �(h1 – h8)

= 0,0012(1499,54 – 195,65)

= 1,5218 kW

d. Kalor yang dilepaskan kondensor (Qc)

Qc = Qe + Pk

= 1,5218 + 0,26

= 1,783 kW

e. Koefisien Prestasi

COP = Qe / Pk

= 1,5218 / 0,26

= 5,825

52

Qe

(kW

)

Waktu (Jam)

Kapitasi Refrigrasi(kW) Vs Waktu (Jam)

Intercooler Tanpa Intercooler

A. PEMBAHASAN

1. Kapasitas refrgerasi

Gambar.14 Hubungan Kapitasi Refrigrasi (Qe) dengan Waktu (t)

Kapasitas Refrigerasi adalah hasil kali antara laju aliran massa

refrigerant dan efek refrigerasi. Efek refrigerasi didapat dari selisih entalpi

yang masuk dan keluar dari evaporator.

Dari Gambar diatas dapat diperlihatkan bahwa pada pengujian

tanpa intercooler beban kapasitas refrigerasi cenderung turun seiring

dengan waktu dan temperatur yang keluar dari evaporator semakin

menurun. Hal ini disebabkan karena terjadinya laju aliran massa

menurun disebabkan daya kompressor menurun sehingga kapasitas

refrigerasi cenderung menurun dan akan konstan.

53

PK

(kW

)

Waktu (Jam)

Daya Kompresor (kW) Vs Waktu (Jam)


Hal yang sama juga terjadi pada saat menggunakan intercooler,

bahwa kapasitas refrigerasi semakin menurun. Namun, penggunaan

intercooler kapasitas refrigerasinya lebih besar dibanding dengan tanpa

intercooler, hal ini disebabkan karena dengan adanya intercooler (Heat

Exchanger) yang menyebabkan tekanan hisap kompresor menjadi

cenderung naik. Adapun fungsi intercooler yaitu supaya uap yang masuk

kompressor terjadi kondisi uap panas lanjut.

2. Daya Kompressor

Gambar. 15 Hubungan Daya kompresor (Pk) dengan Waktu (t)

Daya kompressor adalah daya yang dibutuhkan kompressor dari

hasil kali antara daya motor dengan efisiensi kompressor dan efisiensi

mekanik.Dari hasil pengujian tanpa intercooler dilihat bahwa dari jam ke-

0,5 sampai jam ke-3,5 tekanan kondensor semakin bertambah

54

Qc

(kW

)

Waktu (Jam)

Kalor Kondensor (kW) Vs Waktu (Jam)


sedangkan tekanan evaporator menurun yang menyebabkan

perbandingan kompresi semakin besar sehingga menyebabkan efisiensi

kompressor menurun.Terjadinya penurunan efisiensi kompressor dan

efisiensi mekanik maka daya kompressor menurun. Hal yang sama juga

terjadi pada penggunaan intercooler, bahwa dari jam ke-0,5 sampai jam

ke-3,5 daya kompressornya semakin menurun.

3. Kalor kondensor

Gambar.16 Hubungan Kalor Kondensor (Qc) dengan Waktu (t)

Nilai dari kalor kondensor adalah berbanding lurus dengan laju

aliran massa refrigerant dan selisin entalpi refigeran yang meninggalkan

dan memasuki kondensor. Dari Gambar diatas pada pengujian tanpa

intercooler diperlihatkan bahwa kalor kondensor cenderung menurun

seiring dengan waktu yang disertai penurunan kapasitas refrigerasi dan

laju aliran massa refrigeran.Semakin menurun laju aliran massa

refrigeran maka kalor kondensor semakin menurun, hal ini disebabkan

55

m (

kg/s

)

Waktu (jam)

Aliran Massa Refrigrasi (kg/s) Vs Waktu (jam)


karena daya dari kompressor menurun dan kerja kompressor semakin

naik seiring dengan waktu.

Hal yang sama juga terjadi pada penggunaan intercooler, bahwa

semakin lama kalor kondensor juga semakin turun karena laju aliran

massa refrigerant semakin menurun dan kapasitas refrigerasinya juga

semakin menurun.

4. Laju aliran massa refrigeran

Gambar.17 Hubungan Aliran Massa Refrigrasi(m) dengan Waktu (t)

Nilai dari laju aliran massa refrigeran diperoleh dari perbandingan

daya kompressor dengan kerja kompressor yaitu selisih entapi yang

masuk dan keluar compressor.

Dari Gambar diatas diperlihatkan bahwa laju aliran massa

refrigerant pada pengujian tanpa intercooler lebih kecil dibandingkan

dengan jika ditambah intercooler. Dalam hal ini disebabkan pada

56

CO

P

Waktu (Jam)

Koefisien Prestasi (COP) Vs Waktu (Jam)


penggunaan intercooler daya compressor lebih besar yang menyebabkan

laju aliran massa refrigerant bertambah besar.

5. Koefisien Prestasi

Gambar.18 Hubungan Koefisien Prestasi (COP) dengan Waktu (t)

Koefisien prestasi sama dengan efisiensi yang menyatakan

perbandingan jumlah hasil yang diinginkan dengan pengeluaran. Nilai dari

COP berbanding lurus dengan dampak refrigerasinya dan berbanding

terbalik dengan kerja kompressinya.

Dari grafik tersebut bahwa nilai koefisien prestasi (COP) semakin

menurun seiring dengan menurunnya kapasitas refrigerasi. Adapun

perbandingan yang menggunakan intercooler dan tanpa intercooler

bahwa COP tanpa menggunakan intercooler 4.026 lebih rendah

dibandingkan dengan yang menggunakan intercooler 5.825.Hal ini

disebabkan karena pada yang menggunakan intercoolerl kapasitas

refrigerasi lebih besar dan daya kompressor yang dibutuhkan besar

57

sehingga menyebabkan COP besar.Adapun fungsi intercooler yaitu

supaya uap yang masuk kompressor terjadi kondisi uap panas lanjut,

yang bisa menyebabkan COP besar.

58

BAB V

Kesimpulan dan Saran

A. Kesimpulan

1. Beban kalor pembekuan lebih tinggi tanpa menggunakan

intercooler dibanding menggunakan intercooler dilihat dari

kinerja kompresor yang meningkat

2. Koefisien Prestasi (COP) tanpa menggunakan intercooler dari

waktu 0,5 jam COP 6,319 sampai 3,5 jam COP 5,722 lebih

rendah dibanding menggunakan intercooler dari waktu 0,5 jam

COP 4,121 sampai 3,5 jam COP 4,011 jadi koefisien prestasi

menggunakan intercooler lebih baik dari pada tanpa

menggunakan intercoler dilihat dari kinerja mesin yang

cendrung menurun

3. Dari hasil penelitian waktu pembekuaan menggunakan

intercooler lebih baik dibanding tanpa menggunakan intercooler

dilihat dari koefisien prestasi yang cenderung

B. Saran

Untuk industri yang bergerak dibidang pengawetan sebaiknya

memakai sistem intercooler untuk mengurangi biaya proses

waktu pembekuan dan masa proses pembekuan lebih cepat.

59

Tabel 1. Pengamatan Data Menggunakan Intercooler

No Variabel

Waktu (jam)

0,5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1 Tekanan masuk kompresor (P1) 1,4 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,5

2 Temperatur masuk kompresor (T1) 13 14 14 24 24 23 22

3 Tekanan masuk intercooler (P2) 3,3 3,2 3,2 3 3 2,8 2,8

4 Temperatur masuk intercooler (T2) 28 27 26 26 24 22 22

5 Tekanan keluar intercooler (P3) 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1

6 Temperatur keluar intercooler (T3) 26 25 25 25 24 23 23

7 Tekanan keluar kompresor (P4) 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,7 13,7

8 Temperatur keluar kompresor (T4) 127 128 130 135 138 140 142

9 Tekanan keluar recerver (P5) 11,5 11,7 12 12,2 12 13 13

10 Temperatur keluar recerver (T5) 35 34 33 33 32 32 32

11 Tekanan masuk intercooler (P6) 3,9 3,9 3,8 3,8 3,6 3,6 3,5

12 Temperatur masuk intercooler (T6) 11 11 10 8 8 6 6

13 Tekanan keluar intercooler (P7) 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7

14 Temperatur keluar intercooler (T7) 22 21 20 18 18 16 15

15 Tekanan masuk evaporator (P8) 2 2 2 2 1,8 1,8 1,6

16 Temperatur masuk evaporator (T8) -8 -9 -10 -10 -11 -11 -11

Tabel 2. Pengamatan Data Tanpa Menggunakan Intercooler

No Variabel

Waktu (jam)

0,5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1 Tekanan masuk kompresor (P1) 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8

2 Temperatur masuk kompresor (T1) 22 21 20 20 20 19 19

3 Tekanan keluar kompresor (P2) 14 14 14 14 14 14 14

4 Temperatur keluar kompresor (T2) 130 131 133 135 140 142 144

5 Tekanan keluar kondensor (P3) 12,7 12,8 13 13,1 13,5 13,5 13,5

6 Temperatur keluar kondensor (T3) 123 124 125 135 140 140 143

7 Tekanan masuk evaporator (P4) 2 2 2 2 2 2 2

8 Temperatur masuk evaporator (T4) -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

Documents

ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN INTERCOOLER TERHADAP