BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian Penelitian

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Jurusan Teknik
Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2. Bahan Penelitian
Pada penelitian ini refrigeran yang digunakan adalah YescoolTM R-134a.
3.3. Alat Penelitian
3.3.1. Mesin Refrigerasi
Peralatan yang digunakan dalam penelitian merupakan mesin refrigerasi
yang terdiri dari beberapa komponen dasar yang disusun sesuai dengan Gambar
3.1.
Gambar 3.1. Rangkaian alat pengujian
27
28
3.3.2. Komponen kelistrikan
Penelitian ini menggunakan komponen-komponen sebagai berikut:
a. Kompresor elektrik
Kompresor yang digunakan dalam penelitian ini merupakan kompresor
hermetik satu fasa berjenis rotary compressor. Kompresor memiliki daya input
sebesar 585 W dan menghasilkan daya kompresi sebesar 0,75 pk. Kapasitas
silinder dari kompresor tersebut adalah 12,2 cm3.
b. Kondensor
Tipe kondensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah flat tube unmixed
cross flow condenser berpendingin udara dengan jumlah saluran 50 pipa dan
jumlah laluan 2 passes.
c. Receiver drier
Receiver drier digunakan sebagai penyaring refrigeran yang keluar dari
kondensor serta mengurangi kadar kelembaban refrigeran. Receiver drier juga
digunakan untuk melihat aliran refrigeran yang bersirkulasi dalam sistem.
d. Automatic expansion valve
Katup ekspansi yang digunakan dalam penelitian ini adalah tipe block
automatic expansion valve yang dibuat Denso dengan nomor seri 4475009190.
e. Evaporator
Evaporator yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis dry evaporator
with direct-expansion cooling coil. Pertukaran kalor yang terjadi antara
refrigeran dan udara berlangsung secara menyilang (cross-flow).
f. Manual voltage regulator
Voltage regulator berfungsi untuk mengatur besarnya tegangan keluaran dari
input serta sebagai penyetabil tegangan. Voltage regulator menggunakan tipe
manual, sehingga besarnya tegangan keluaran dapat diatur sesuai kebutuhan.
29
g. Transformator
Transformator menggunakan tipe step-down sehingga dapat menurunkan besar
tegangan dari manual voltage regulator. Transformator yang digunakan
berjumlah 2 buah yang mana memiliki kapasitas kuat arus listrik 10A untuk
rangkaian kipas kondensor dan 30A untuk rangkaian blower evaporator dan
kompresor.
h. Dioda penyearah
Dioda penyearah berfungsi sebagai pengubah arus listrik bolak-balik (Alternate
Current) menjadi arus listrik searah (Direct Current).
i. Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan listrik dari rangkaian. Dalam
penelitian ini kapasitor yang digunakan berkapasitas 10.000 µF.
j. Saklar
Saklar berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik secara
manual. Pada rangkaian listrik sistem refrigerasi, saklar menghubungkan dan
memutus arus listrik kompresor.
k. Normally Open (NO) Relay
Normally open (NO) relay berfungsi sebagai pengaman logika pada sistem
kerja AC mobil. Dengan menggunakan NO relay, kompresor hanya akan
menyala jika blower evaporator juga menyala.
l. Sekring
Sekring berfungsi sebagai pemutus arus listrik apabila terjadi hubungan arus
pendek maupun arus berlebih.
m. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan untuk mengeluarkan refrigeran beserta udara dan
pengotor yang terdapat dalam sistem refrigerasi. Kondisi vakum diperlukan
dalam rangka proses pengosongan sistem.
30
n. Manifold gauge
Manifold gauge merupakan alat bantu dalam pengisian dan pengosongan
refrigeran. Manifold terdiri dari tiga saluran, yaitu low pressure service, center
service dan high pressure service.
o. Can Tap Valve
Can tap valve merupakan katup atau kran yang dipasang pada botol refrigeran
yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran refrigeran yang keluar dari
botol.
p. Pipa
Berkas perpipaan digunakan untuk sarana pengaliran fluida refrigeran. Pipa
yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 0,5 in.
3.3.3. Instrumen pengukuran
Pengujian ini membutuhkan beberapa instrumen pengukuran yang akan
digunakan untuk pengambilan data yang selanjutnya akan diolah dan dianalisa.
Terdapat 18 titik pengukuran yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Diagram titik pengukuran pada alat uji
31
Data yang diambil akan dikelompokkan menjadi data temperatur, tekanan,
kecepatan aliran udara, tegangan listrik dan kuat arus yang dapat dilihat pada
Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Keterangan diagram titik pengukuran dan instrumentasinya
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Notasi
Keterangan
Tdb1 Temperatur bola kering lingkungan
Twb1 Temperatur bola basah lingkungan
Tdb2 Temperatur bola kering keluar
blower
Twb2 Temperatur bola basah keluar blower
T1
Temperatur masuk kompresor
P1
Tekanan masuk kompresor
T2
Temperatur keluar kompresor
P2
Tekanan keluar kompresor
T3
Temperatur masuk katup ekspansi
P3
Tekanan masuk katup ekspansi
T4
Temperatur keluar katup ekspansi
V1
Tegangan listrik kipas kondensor
I1
Kuat arus kipas kondensor
V2
Tegangan listrik blower evaporator
I2
Kuat arus blower evaporator
V3
Tegangan listrik kompresor
I3
Kuat arus kompresor
Kecepatan aliran udara keluar blower
v
Satuan
Instrumen
ºC
Termometer
ºC
Termometer
ºC
Termometer
ºC
ºC
psig
ºC
psig
ºC
psig
ºC
V
A
V
A
V
A
m/s
Termometer
Termokopel
Pressure gauge
Termokopel
Pressure gauge
Termokopel
Pressure gauge
Termokopel
Multimeter
Clampmeter
Multimeter
Clampmeter
Multimeter
Clampmeter
Anemometer
Berikut instrumen pengukuran yang digunakan dalam penilitian:
a. Multimeter
Besar tegangan pada komponen dibaca dengan menggunakan multimeter
digital APPA 25 dengan tingkat akurasi sebesar ± (0.5% + 1 d). Multimeter
juga digunakan sebagai pembaca suhu yang diukur termokopel dengan tingkat
akurasi sebesar ± (1.5% + 2d).
b. Clamp meter
Clamp meter digunakan untuk mengukur besar kuat arus yang mengalir di
sirkuit kipas kondensor, blower evaporator dan kompresor dengan tingkat
akurasi sebesar ± 0.01A.
32
c. Anemometer
Anemometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah Krisbow Tipe
KW06-562, digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara pada fan
kondensor dan saluran keluaran evaporator. Kecepatan aliran udara diukur
dalam satuan m/s dengan tolerasi pengukuran sebesar ±0,05 m/s.
d. Termometer
Termometer yang digunakan berjenis termometer ekspansi dengan cairan di
dalam kaca (liquid-in-glass expansion thermometer). Pada penelitian ini
termometer diberi dua perlakuan, yaitu temperatur bola basah dan bola kering
yang berfungsi sebagai pembaca suhu udara masuk dan keluar evaporator.
e. Termokopel
Termokopel yang digunakan dalam penelitian adalah termokopel tipe-K yang
memiliki jangkauan pengukuran antara -270ºC hingga 1370 ºC. Termokopel
tipe-K memiliki toleransi kesalahan sebesar 0,75%. Pembacaan termokopel
tipe-K ini dibantu dengan menggunakan multimeter.
f. Pressure gauge
Pressure gauge adalah alat pengukur tekanan yang dipasang di sepanjang
berkas perpipaan sistem refrigerasi. Pressure gauge yang digunakan memiliki
tingkat akurasi sebesar ± 1psi. Tekanan yang diukur merupakan tekanan gauge
lokal sesuai titik pengukuran.
33
3.4. Diagram Alir Penelitian
Berikut tahapan – tahapan proses penelitian yang akan dilakukan:
Mulai
Persiapan rangkaian alat
Proses Pemvakuman
Kebocoran?
Perbaikan
Y
T
Pengisian refrigeran
Variasi :
1. Pembuangan panas kondensor (I,II,III,IV)
2. Tingkat kecepatan blower evaporator (1,2,3,4)
Pengambilan data :
1. Temperatur
2. Tekanan
3. Kecepatan aliran udara
4. Tegangan listrik
5. Kuat arus
Analisa data :
1. Dampak refrigerasi (RE)
2. Kerja Kompresi (Wc)
3. Koefisien prestasi (COP)
4. Kapasitas pendinginan
5. Energy Efficiency Ratio (EER)
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3.3. Diagram alir penelitian
34
3.5. Pelaksanaan Penelitian
3.5.1. Tahap Persiapan
a. Persiapan Rangkaian Alat
Menyusun rangkaian alat uji yang terdiri dari kompresor, kondensor,
evaporator, katup ekspansi dan komponen penunjang lainnya seperti yang
terlihat pada Gambar 3.1.
b. Proses Pemvakuman
Proses pemvakuman pada sistem bertujuan untuk mengkosongkan sistem dari
udara (vacuum) dan zat pengotor. Tahapan pemvakuman alat uji adalah:
1. Mempersiapkan manifold gauge beserta selang dan pompa vakum
2. Menghubungkan selang berwarna biru pada service manifold dengan
nipple pipa hisap kompresor tekanan rendah.
3. Menyambungkan selang berwarna kuning pada bagian tengah service
manifold dan dihubungkan dengan pompa vakum.
4. Buka katup tekanan rendah (Lo) yang berwarna biru secara perlahan dan
pastikan katup tekanan tinggi (Hi) yang berwarna merah tertutup rapat.
5. Menghidupkan mesin pompa vakum sehingga seluruh udara dan zat
pengotor yang ada di dalam sistem akan terhisap hingga vacuum gauge
tekanan rendah menunjukkan nilai yang turun dari 0 psi menjadi -30 in
Hg.
6. Menutup katup tekanan rendah setelah proses pemvakuman selesai.
7. Cek jarum penunjuk vaccum gauge tekanan rendah, jika tetap berada di
posisi -30 in Hg maka sistem telah berhasil dikosongkan dan tidak
mengalami kebocoran. Jarum penunjuk vacuum gauge akan mengalami
kenaikan bila tejadi kebocoran pada sistem.
8. Untuk mendeteksi letak kebocoran, kompresikan udara kedalam sistem.
Percikkan air sabun di bagian yang rawan terhadap kebocoran seperti
berkas perpiaan dan sambungan sambungan.
9. Melakukan
perbaikan
pada
bagian
yang
mengalami
kebocoran.
Kebocoroan ditandai dengan adanya gelembung - gelembung kecil pada
komponen yang bermasalah.
10. Melakukan pemvakuman kembali setelah sistem diperbaiki.
35
c. Pengisian Refrigeran
Pengisian refrigeran dilakukan setelah kondisi vakum pada sistem tercapai.
Tahapan pengisian refrigeran adalah sebagai berikut:
1. Mempersiapkan manifold gauge beserta selang, refrigeran R-134a dan can
tap valve.
2. Memasang can tap valve pada botol refrigeran dan menutup kran hingga
melubangi botol refrigeran.
3. Menghubungkan selang berwarna biru pada service manifold dengan
nipple pipa hisap kompresor tekanan rendah.
4. Menyambungkan selang berwarna kuning pada bagian tengah service
manifold dan dihubungkan dengan saluran keluar can tap valve botol
refrigeran.
5. Buka katup tekanan rendah (Lo) yang berwarna biru dan buka kran botol
refrigeran secara perlahan.
6. Menghidupkan kompresor sistem refrigerasi. Refrigeran akan mengalir
masuk dari botol menuju sistem.
7. Membuka can tap valve secara perlahan sehingga kondisi tekanan Lo
menjadi 40 psig.
8. Menutup katup tekanan rendah pada service manifold dan amati tekanan
rendahnya. Apabila tekanan rendah stabil pada angka 40 psig, maka proses
pengisian refrigeran sudah berhasil dilakukan.
3.5.2. Tahap Pengujian
a. Variasi pembuangan panas
Pengujian dilakukan dengan memberikan variasi pada pembuangan panas
kondensor dan pembebanan evaporator. Variasi pembuangan panas dilakukan
dengan cara merubah kecepatan putar blower. Perbedaan kecepatan putar blower
pada kondensor mempengaruhi kecepatan udara yang melewati kondensor, seperti
yang terlihat pada tabel 3.2.
36
Tabel 3.2. Pembuangan panas kondensor
Variasi
Tegangan
Blower (V)
I
7
Kecepatan
Udara
(m/s)
4,83
II
8
5,43
III
9
5,88
IV
10
6,88
Setiap satu variasi pembuangan panas kondensor akan diambil 4 variasi data
berdasarkan kecepatan blower evaporator, seperti yang terlihat pada tabel 3.3.
Sehingga tahap pengujian akan menghasilkan 16 data variasi.
Tabel 3.3. Pembebanan evaporator
1
Kecepatan Udara
(m/s)
2,35
2
3,50
3
4,80
4
6,80
Beban Evaporator
b. Pengambilan Data
Proses pengambilan data dilakukan setelah pengisian refrigeran berhasil
dilakukan dan sistem tidak mengalami kebocoran. Tahapan pengoperasian alat
uji dan pengambilan data adalah sebagai:
1. Menyalakan power suply.
2. Menghidupkan kipas kondensor dengan mengatur pembuangan panas
kondensor pada tipe I.
3. Menghidupkan saklar dan mengatur beban evaporator pada tingkat 1.
4. Melakukan pengambilan data setelah sistem mencapai kondisi steady
state.
5. Melakukan pengambilan data kembali untuk variasi beban evaporator pada
tingkat 2, 3, dan 4 dan tipe pembuangan panas kondensor II, III, IV.
37
3.6. Metode Analisis Data
Proses pengolahan data dilakukan setelah mendapatkan semua data yang
diperlukan. Dari input data berupa temperatur dan tekanan akan diperoleh nilai
entalpi spesifik. Tegangan dan kuat arus listrik digunakan untuk menghitung total
konsumsi daya. Sementara kecepatan aliran udara pada blower evaporator diolah
menjadi laju aliran massa udara. Data - data tersebut digunakan untuk menghitung
dampak refrigerasi (RE), kerja kompresi (Wc), koefisien prestasi (COP), kapasitas
pendinginan, total konsumsi energi dan energy efficiency ratio (EER). Setelah itu
dibuat grafik hubungan antara besar pembuangan panas dengan dampak
refrigerasi (RE), kerja kompresi (Wc), koefisien prestasi (COP), kapasitas
pendinginan maupun energy efficiency ratio (EER).