M E S I N
Jurnal Teknik Mesin Vol. 22, No. 2, Oktober 2007 ISSN 0852-6095
Diterbitkan oleh : Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Teknologi Industri - ITB
Surat ijin : STT No. 964/DIT-JEN/PPG/STT/1982.
MESIN Vol. 22 No. 2 i
DAFTAR ISI
| Thermodynamic property model of wide-fluid phase n-butane. Chan Sarin, I Made Astina, Prihadi Setyo Darmanto dan Haruki Sato | 44-54 |
|---|---|
| Sifat mampu nyala dan massa optimum refrigeran campuran R-290/R-22 Sebagai alternatif pengganti R-22 | |
| Ari Darmawan Pasek, Aryadi Suwono, Novianti Nugraha dan Usman Rosyadi | 55-61 |
| Optimisasi proses pemesinan EDM wire cut untuk modus gerak sirkular menggunakan algoritma genetik. | |
| Sigit Yoewono Martowibowo dan Adriansyah | 62-68 |
| Effects of hydrogen addition into intake air on hydrocarbon emission of gasoline engines at cold start condition. | |
| Arief Haryanto, Wiranto Arismunandar dan Gerard George Engel | 69-72 |
| Particle size distribution and rheological characteristic of trimethylolethane treated by cationic surfactant. | |
| Yuli Setyo Indartono, Hiromoto Usui, Hiroshi Suzuki, Satoshi Tanaka, Kousuke Nakayama, Yohiyuki Komada dan Tetsu Itotagawa. Mu | 73-80 |
| Pemanfaatan system CAD/CAM/CAE dalam reverse dan forward engineering untuk turbin Francis. | |
| Indra Djodikusumo, Lukman Santoso dan Rahmat Haris. Mu | 81-89 |
M E S I N
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 22, No. 2, Oktober 2007 ISSN 0856-6095
Ari D. Pasek <sup>(1)</sup>, Aryadi Suwono<sup>(1)</sup>, Novianti Nugraha<sup>(2)</sup> dan Usman Rosyadi<sup>(2)</sup> <sup>(1)</sup>Kelompok Keahlian Konversi Energi, FTI- Institut Teknologi Bandung, <sup>(2)</sup>Jurusan Teknik Mesin, FTI – ITENAS Bandung
Ringkasan
Dengan semakin dibatasinya penggunaan Bahan Perusak Ozon (BPO) seperti refrigeran CFC dan HCFC di Indonesia, diperlukan usaha-usaha untuk menemukan refrigeran alternatif pengganti. Refrigeran hidrokarbon R-290 (propana) kini mulai banyak digunakan sebagai pengganti R-22. Sifat R-290 yang ramah lingkungan, hemat energi dan dapat digunakan langsung membuat refrigeran ini dapat dianggap sebagai salah satu refrigeran alternatif pengganti HCFC. Namun demikian R-290 memiliki sifat yang mudah terbakar, termasuk refrigeran kelas A3 yang penggunaannya dibatasi oleh standar keamanan. Oleh sebab itu perlu dilakukan usahausaha untuk menurunkan sifat mampu nyala refrigeran ini sehingga penggunaannya dapat lebih luas. Pencampuran R-290 dengan R-22 pada komposisi tertentu diharapkan dapat menurunkan sifat mampu nyala refrigeran R-290. Berdasarkan hasil pengujian flammability yang dilakukan dalam penelitian ini, campuran R-290/R-22 pada komposisi 0,4/0,6; 0,5/0,5 dan 0,59/0,41 fraksi mol mempunyai batas penyalaan bawah yang lebih besar dari 3,5%, sehingga dapat dikategorikan sebagai refrigeran kelas A2. Sedangkan berdasarkan hasil pengujian massa optimum, refrigeran campuran ini membutuhkan muatan refrigeran yang lebih sedikit dibandingkan dengan refrigeran R-22. Refrigeran campuran R-290/R-22 bersifat azeotrope dan dapat digunakan langsung pada sistem refrigeran R-22 tanpa harus melakukan penggantian komponen. COP sistem dengan refrigeran campuran ini dapat lebih tinggi dari COP sistem dengan R-22 tetapi lebih kecil dari COP sistem dengan refrigeran R-290 murni.
1. PENDAHULUAN
Sejak ditemukannya zat perusak ozon pada refrigeran senyawa halokarbon, pada tahun 1981 United Nations Environment Programme (UNEP) menghimpun negaranegara di dunia dalam pengembangan langkah-langkah internasional untuk melindungi lapisan ozon. Langkah negosiasi tersebut mencapai puncaknya dengan tersusunnya Konvensi Wina tentang Perlindungan Lapisan Ozon yang disahkan pada bulan Maret 1985. Konvensi ini mendorong terbentuknya Protokol Montreal tentang Bahan-bahan Perusak Ozon (BPO), yang ditandatangani pada bulan September 1987.
Protokol Montreal kemudian telah mengalami penyempurnaan melalui penetapan amandemennya dalam pertemuan di London (1990), Copenhagen (1992), Montreal (1997), dan Beijing (1999)[1].
Refrigeran R-22 merupakan salah satu jenis HCFC yang memiliki indeks ODP (Ozone Depletion Potential) sebesar 0,055 dan GWP (Global Warming Potential) sebesar 1700[2]. Meskipun R-22 memiliki perlu dilakukan usaha-usaha untuk mencari refrigeran pengganti R-22.
R-290 adalah refrigeran alami yang merupakan salah satu jenis refrigeran hidrokarbon (HC) yang kini mulai banyak digunakan sebagai pengganti R-22. Sifat R290 yang ramah lingkungan baik dari segi perusakan ozon, maupun pemanasan global membuat refrigeran ini dapat dianggap sebagai salah satu refrigeran alternatif pengganti HCFC. Disamping sifatnya yang ramah lingkungan, R-290 juga dapat menggantikan langsung refrigeran R-22 tanpa harus mengganti komponen mesin refrigerasi R-22 dan dapat menurunkan konsumsi pemakaian energi sampai dengan 30%[3]. Namun demikian R-290 dapat menyala (flammable) dengan Lower Flammability Limit (LFL) dan Upper Flammability Limit (UFL), masingmasing sebesar 2,1% dan 9,6% volume di udara[4], sehingga termasuk dalam refrigeran kelompok A3 (LFL<3,5% volume di udara), yaitu kelompok refrigeran yang tidak beracun, namun dapat menyala.
Berkaitan dengan kondisi permasalahan di atas, beberapa pengembangan lebih lanjut diperlukan sebagai upaya untuk menurunkan sifat mampu nyala refrigeran R-290. Cara yang dapat ditempuh untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan mencampur R-290 dengan refrigeran lain yang memiliki sifat mampu nyala yang lebih rendah. Refrigeran HCFC seperti R-22 dapat saja digunakan sebagai refrigeran pencampur. Karena R-22 merupakan fraksi dari refrigeran campuran, maka nilai ODP dan GWPnya pun menjadi lebih kecil.
Untuk mengetahui perubahan batas penyalaan pada campuran R-290 yang telah ditambahkan R-22 pada suatu komposisi tertentu maka uji flammability perlu dilakukan. Pengujian ini dimaksudkan untuk mendapatkan komposisi campuran R-290 + R-22 yang memiliki batas penyalaan bawah (LFL) > 3,5%, sehingga refrigeran campuran tersebut dapat dikategorikan sebagai refrigeran kelas A2, yang aturan keamanan penggunaannya lebih ringan dibandingkan dengan refrigeran kelas A3. Untuk mengetahui banyaknya refrigeran yang dibutuhkan dalam suatu mesin pendingin, maka diperlukan pengujian massa optimum refrigeran campuran R-290+R-22 pada komposisi yang telah diuji batas penyalaannya.
2. TEKANAN DAN TEMPERATUR JENUH REFRIGERAN CAMPURAN R-290/R-22
Dengan menggunakan bantuan sebuah perangkat lunak, dapat dicari tekanan jenuh campuran R-290 dengan R-22 yang mendekati tekanan jenuh R-22. Propana murni memiliki kurva titik didih yang lebih rendah dari R-22, tetapi pencampurannya dengan R-22 pada perbandingan fraksi molar tertentu akan menyebabkan tekanan jenuh campuran R-290 R-22 menjadi lebih tinggi dari tekanan jenuh R-290 maupun R-22, atau dapat juga menghasilkan tekanan jenuh campuran setara R-22. Kurva tekanan terhadap temperatur jenuh di berbagai komposisi campuran R-290 R-22 untuk fasa cair dapat dilihat pada Gambar 1. Dari gambar tersebut terlihat bahwa komposisi campuran yang memiliki tekanan
jenuh mendekati R-22 adalah campuran yang memiliki fraksi molar propana antara 20% - 80%.
Gambar 1. Kurva cair jenuh berbagai fraksi molar campuran R-290/R-22.
Keisitimewaan lain dari campuran refrigeran ini adalah, pada temperatur evaporasi dan kondensasi sekitar 0°C dan 45°C, ditemukan campuran azeotrop di sekitar 40% - 60% propana. Fenomena tersebut dapat dilihat pada Gambar 2[5].
Gambar 2. Kurva tekanan terhadap komposisi molar campuran R-290/R-22 [6].
3. VALIDASI PERHITUNGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR JENUH
Hasil perhitungan tekanan dan temperatur jenuh yang dihasilkan oleh perangkat lunak di atas kemudian divalidasi pada pengujian. Alat pengujian yang digunakan berupa tabung uji yang terbuat dari gelas dan berdinding ganda. Diantara dinding tersebut terdapat ruang vakum yang berfungsi sebagai isolator. Alat uji tersebut dilengkapi dengan sensor temperatur (thermocouple) dan sensor tekanan (pressure transducer). Alat uji yang dimaksud secara skematik dapat dilihat pada Gambar 3.
Pengujian dimulai dengan mengisi tabung dengan cairan jenuh refrigeran campuran, kemudian tekanan dan temperaturnya diamati setelah refrigeran berada pada kondisi stedi. Pengujian dilakukan pada refrigeran campuran R-290/R-22 dengan fraksi molar 50%/50%.
Gambar 3. Alat uji tekanan dan temperatur cair jenuh.
Gambar 4 menunjukkan perbandingan antara kurva tekanan jenuh hasil prediksi dengan hasil pengujian. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa hasil prediksi dengan perangkat lunak memberikan hasil yang dekat dengan hasil pengujian. Dengan demikian campuran yang dihasilkan dapat dikatakan mendekati kurva jenuh R-22 murni yang akan digantikan dengan deviasi ratarata 2%.
Gambar 4. Perbandingan hasil pengujian dan hasil prediksi kurva cair jenuh campuran dengan komposisi molar 50% R-290 dan 50% R-22
4. PENGUJIAN FLAMMABILITY REFRIGERAN CAMPURAN R-290/R-22
Tujuan dari pengujian flammability adalah untuk mendapatkan komposisi R-290/R-22 dengan sifat mampu nyala yang masuk dalam kategori refrigeran A2 (yaitu LFL > 3,5%).
4.1. Prediksi LFL Campuran R-290/R-22
Nilai LFL campuran R-290/R-22 dapat diprediksi dengan persamaan Le Chatelier [7]:
\[LFL_{m} = \frac{100}{\frac{P_{R-290}}{LFL_{R-290}} + \frac{P_{R-22}}{LFL_{R-22}}}\](1)
Dimana:
\(P_{R-290}\): Persentase komposisi R-290 dalam campuran (% mol),
\(P_{R-22}\): Persentase komposisi R-22 dalam campuran ( % mol ),
\(LFL_m\): Batas penyalaan bawah campuran R-290/R-22 ( % mol ),
LFL \(_{R-290}\) : Batas penyalaan bawah R-290 dalam campuran ( % mol ),
LFL \(_{R\text{-}22}\) : Batas penyalaan bawah R-22 dalam campuran ( % mol ).
Berdasarkan SNI 06-6500-2000, besarnya LFL untuk komponen murni R-290 adalah sebesar 2,1% volume di udara. Sedangkan komponen murni R-22 termasuk ke dalam golongan refrigeran A1, sehingga komponen ini tidak memiliki batas nyala baik LFL maupun UFL. Oleh karena itu, komponen murni R-22 tidak disertakan (dianggap nol) pada perhitungan LFL. Prediksi LFL R-290/R-22 disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Prediksi LFL campuran pada berbagai komposisi molar.
| Komposisi motar. | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| % R-290 | % R-22 | %LFLcampuran | |||
| 100 | 0 | 2,1 | |||
| 90 | 10 | 2,33 | |||
| 80 | 20 | 2,625 | |||
| 70 | 30 | 3 | |||
| 60 | 40 | 3,5 | |||
| 59 | 41 | 3,56 | |||
| 50 | 50 | 4,2 | |||
| 40 | 60 | 5,25 | |||
| 30 | 70 | 7 | |||
| 20 | 80 | 10,5 | |||
| 10 | 90 | 21 | |||
Dari tabel tersebut, dapat dilihat bahwa refrigeran campuran yang dapat memiliki LFL > 3,5% adalah refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi molar 0,4/0,6; 0,5/0,5 dan 0,59/0,41. Dengan demikian pengujian flammability dilakukan hanya pada komposisi tersebut.
4.2. Pengujian Flammability
Alat uji untuk pengujian sifat flammability secara skematik dapat dilihat pada Gambar 5. Alat uji terbuat dari tabung kaca yang diberi penutup flens logam. Pada flens dipasang elektroda pemantik api. Kipas udara kecil diletakkan dalam tabung untuk mengaduk campuran udara-refrigeran. Tabung uji juga dilengkapi dengan sensor tekanan vakum akurasi tinggi, saluran masuk berkatup untuk alur masuk refrigeran dan udara, saluran pompa vakum, dan katup pengaman. Tabung mula-mula divakum hingga tekanan udara dalam tabung mencapai tekanan vakum tertentu, kemudian refrigeran uji diisikan ke dalam tabung. Pengisian dilakukan hingga konsentrasi uji yang diinginkan tercapai. Hal ini dapat dilihat dari pengamatan kenaikan tekanan dalam tabung. Kenaikan tekanan dalam tabung merupakan tekanan parsial refrigeran, dan besarnya dianggap sebanding dengan fraksi mol.
Gambar 5 Skema alat uji flammability
Setelah tabung terisi refrigeran, kipas udara dijalankan beberapa menit. Setelah itu semua katup dibuka, sensor vakum presisi dicabut, dan elektroda dinyalakan. Kemudian diamati apakah terjadi propagasi penyalaan. Apabila tidak terjadi propagasi penyalaan, maka pengujian diulangi dengan konsentrasi/tekanan parsial refrigeran yang lebih tinggi. Apabila pada suatu tekanan parsial tertentu terjadi propagasi nyala, maka tekanan parsial sampel pada kondisi itu dicatat dan dinyatakan dengan \((L_1)\), sedangkan pada kondisi sebelumnya yang tidak terjadi propagasi nyala dinyatakan dengan \((L_2)\). Tekanan parsial sampel untuk batas bawah penyalaan (LFL) diperoleh dari[8]:
\[L_{p} = \frac{1}{2} (L_{1} + L_{2}) \tag{3}\]
Batas bawah penyalaan (LFL) diperoleh dengan perhitungan [8]:
\[LFL_n = \frac{L_p}{P_{rm}} \tag{4}\]
Untuk mendapatkan hasil pengujian dengan keterulangan yang baik, pengujian LFL dilakukan beberapa kali pada tekanan parsial sekitar kondisi terjadinya propagasi penyalaan. Nilai LFL yang diperoleh dengan merata-ratakan nilai LFL dari masing-masing pengujian.
\[LEL = \frac{1}{n} \left( LEL_1 + LEL_2 + LEL... + LELn \right)\] (5)
Metoda perhitungan yang digunakan untuk mencari nilai UFL juga sama dengan metoda pencarian nilai LFL. Namun pada penentuan UFL, tekanan parsial terbesar, \(U_1\), merupakan tekanan parsial dimana campuran tidak menyala, dan tekanan parsial terkecil, \(U_2\), merupakan tekanan parsial dimana campuran masih dapat menyala dan terjadi propagasi.
4.3. Hasil Pengujian Flammability dan Perbandingan dengan Hasil Perhitungan
Gambar 6 menunjukkan hasil pengujian batas penyalaan atas dan bawah campuran R-290/R-22 pada beberapa komposisi molar. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa penambahan R-22 dalam campuran R-290/R-22 dapat menaikkan batas penyalaan bawah (LFL). Sedangkan batas penyalaan atas (UFL) campuran mengalami peningkatan juga seiring dengan meningkatnya fraksi mol R-22.
Batas Penyalaan (LFL & FL), % volume dalam udara
Gambar 6. Pengaruh komposisi molar R-22 terhadap batas penyalaan campuran R-290/R-22.
Gambar 6 juga menunjukkan refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi molar 0,4/0,6; 0,59/0,41 dan 0,5/0,5 memiliki batas penyalaan bawah lebih dari 3,5%, sehingga refrigeran campuran dengan komposisi tersebut dapat dikategorikan sebagai refrigeran kelas A2.
Perbandingan hasil pengujian dengan hasil prediksi dengan mengunakan persamaan Le Chatelier diperlihatkan dalam Tabel 2. Pada tabel ini terlihat bahwa nilai LFL hasil pengujian mendekati hasil perediksi. Nilai UFL refrigeran campuran tidak dapat diprediksi dengan Persamaan Le Chatelier. Nilai UFL hasil pengujian dan prediksi sangat jauh berbeda.
Tabel 2. Perbandingan LFL Hasil Pengujian dan Hasil Prediksi Persamaan Le Chatelier
| Komp Camp | Prediksi Le Chatelier | Hasil Pengujian | ||
|---|---|---|---|---|
| % R-290 | % R-22 | %LFL | %LFL | %UFL |
| 100 | 0 | 2,1 | 2,18 | 9,76 |
| 59 | 41 | 3,56 | 3,65 | 12,7 |
| 50 | 50 | 4,2 | 3,95 | 13,32 |
| 40 | 60 | 5,25 | 5,15 | 14,80 |
5. PENGUJIAN MASSA OPTIMUM CAMPURAN R-290/R-22
Pengujian massa optimum refrigeran bertujuan untuk mengetahui jumlah refrigeran yang harus diisikan ke dalam sistem pendingin agar diperoleh performansi sistem yang terbaik. Pengujian massa optimum dilakukan dengan cara mengukur kapasitas pendinginan dan daya kompresor sistem refrigerasi pada jumlah massa refrigeran yang bervariasi sampai diperoleh nilai COP yang terbesar.
Alat uji yang digunakan berupa mesin pendingin yang bekerja berdasarkan siklus kompresi uap. Pada mesin pendingin ini digunakan air sebagai media yang didinginkan pada evaporator dan sebagai media pendingin pada kondensor. Skema alat uji massa optimum dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Skema alat uji massa optimum
Keterangan gambar:
T<sub>1</sub> dan P<sub>1</sub> = Temperatur dan tekanan refrigeran masuk kompresor
T<sub>2</sub> dan P<sub>2</sub> = Temperatur dan tekanan refrigeran masuk kondensor
\(T_3\) dan \(P_3\) = Temperatur dan tekanan refrigeran keluar kondensor
\(T_4\) dan \(P_4\) = Temperatur dan tekanan refrigeran masuk evaporator
\(T_5 dan T_6 = Temperatur air masuk dan keluar evaporator\)
\(T_7 dan T_8 = Temperatur air masuk dan keluar kondensor\)
Untuk mengetahui besarnya kapasitas pendinginan dan daya kompresor sistem, pada pengujian massa optimum diukur besaran-besaran berikut:
• Tekanan dan temperatur refrigeran pada stasion masuk dan keluar keempat komponen utama.
- Temperatur air sisi masuk dan keluar evaporator serta kondensor.
- Laju aliran air di evaporator dan kondensor.
- Daya input aktual pada motor penggerak kompresor.
Pengukuran temperatur dan tekanan refrigeran, dan temperatur air menggunakan perekam data berbasis komputer personal (PC). Perangkat lunak perekam data berbasis bahasa Delphi dikembangkan untuk mengidentifikasi data yang dikirimkan oleh ADC (Analog Digital Converter).
5.1 Hasil Pengujian Massa Optimum
Pada pengujian massa optimum refrigeran ini, temperatur evaporasi refrigeran merupakan parameter yang nilainya dijaga konstan dan sama untuk setiap pengujian. Massa optimum refrigeran campuran R-290/R-22, ditentukan berdasarkan perhitungan dengan terlebih dahulu menghitung kapasitas pendinginan dan daya kompresor aktual.
• Kapasitas Pendinginan (O<sub>in</sub>)
Kapasitas pendinginan adalah besarnya laju panas yang dapat diserap oleh refrigeran di evaporator. Penyerapan panas yang diperoleh dari air yang didinginkan, akan menyebabkan penurunan temperatur air di evaporator. Dengan demikian kapasitas pendinginan dapat dihitung dari [9]:
\[Q_{in} = \dot{m}_a \cdot C_{p,a} \cdot \Delta T_a \tag{7}\]
Dimana : \(Q_{in}\) = Kapasitas pendinginan, Watt
\(\dot{m}_a\) = Laju aliran massa air evaporator, kg/s
\(C_{n,q}\) = Panas spesifik air, J/kg ·°C
\(\Delta T_a\) = Selisih temperatur air masuk dan keluar evaporator, °C
• Daya Kompresor (W<sub>in</sub>)
Daya kompresor aktual dapat dihitung dari [10]:
\[W_{in} = 3 \cdot W_{motor3 \, fasa} \tag{8}\]
Koefisien Performansi/COP
Koefisien performansi mesin pendingin adalah perbandingan antara kapasitas pendinginan evaporator dengan daya kompresor aktual, atau[9]:
\[COP = \frac{Q_{in}}{W_{in}} \tag{9}\]
Nilai kapasitas pendinginan dan daya kompresor aktual dihitung dari persamaan kesetimbangan massa dan energi pada evaporator dan kompresor. Hasil perhitungan COP untuk berbagai jumlah massa refrigeran yang diisikan ke dalam sistem diperlihatkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Perbandingan COP terhadap penambahan massa refrigeran.
Dari Gambar ini dapat dilihat bahwa, penambahan massa refrigeran akan menimbulkan kenaikan nilai COP sistem, namun pada suatu nilai massa tertentu COP sistem menunjukkan kecenderungan untuk berkurang seiring dengan ditambahkannya massa refrigeran. Penambahan sedikit refrigeran ke dalam sistem akan mengakibatkan penurunan COP yang cukup besar. Pengisian refrigeran yang berlebihan akan menyebabkan tingginya daya kompresi dan tidak sebanding dengan kapasitas refrigerasi yang dihasilkan.
5.2 Analisis Hasil Pengujian Massa Optimum Massa optimum refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi 0,4/0,6; 0,59/0,41 dan 0,5/0,5, diperlihatkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Perbandingan massa optimum setiap refrigeran uji.
Massa optimum terendah dengan COP yang tertinggi dihasilkan oleh refrigeran R-290, hal tersebut disebabkan oleh kecilnya konsumsi energi yang dibutuhkan kompresor akibat pengisian refrigeran yang lebih sedikit dari R-22 dan refrigeran campuran. Walaupun jumlah refrigeran yang bersirkulasi sedikit, refrigeran R-290 memiliki panas laten penguapan yang dua kali lebih besar dibandingan dengan R-22, sehingga perbandingannya dengan daya kompresor yang rendah menghasilkan COP yang tinggi.
Massa optimum refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi 0,5/0,5; 0,59/0,41 dan 0,4/0,6 relatif sama. Jika dibandingkan dengan massa optimum R-290, refrigeran campuran memiliki massa optimum lebih besar. Meskipun demikian, massa optimum refrigeran campuran masih lebih kecil dari massa optimum R-22.
Dari Gambar 9 terlihat bahwa COP sistem dengan refrigeran campuran R-290/R-22 lebih kecil dari COP sistem apabila menggunakan R-290 murni. Hal ini disebabkan oleh lebih kecilnya daya kompresor yang dikonsumsi oleh sistem dengan refrigeran R-290 (lihat Gambar 11), sebagai akibat massa optimum refrigeran R-290 yang lebih kecil dibandingkan dengan massa optimum refrigeran campuran.
Dari Gambar 9 dapat dilihat pula bahwa COP sistem dengan refrigeran campuran R-290/R-22 dipengaruhi oleh kandungan R-22. Pada campuran yang kandungan R-22nya lebih besar COP akan mengecil. Pada komposisi R-22 40% COP sistem dengan refrigeran campuran R-290/R-22 masih lebih besar dibandingkan dengan COP R-22, tetapi kemudian menjadi lebih kecil dari COP R-22 dengan bertambahnya kandungan R-22. Hal ini disebabkan oleh daya kompresor sistem dengan refrigeran campuran R-290/R-22 lebih besar dibandingkan dengan jika menggunakan R-22. Sedangkan kapasitas refrigerasi refrigeran campuran yang meskipun lebih tinggi dari R-22, tidak mampu meningkatkan COP kecuali pada komposisi campuran 50% R-22.
Besarnya daya kompresor pada refrigeran campuran di dapat disebabkan oleh lebih rendahnya tekanan di evaporator, yang disebabkan oleh lebih kecilnya bukaan katup ekspansi. Dari Gambar 12 dapat dilihat bahwa refrigeran campuran R-290/R-22 pada semua komposisi memiliki tekanan jenuh yang lebih tinggi dari R-22 maupun R-290. Besarnya tekanan jenuh refrigeran campuran seharusnya akan menyebabkan tekanan evaporasi yang lebih besar pula. Namun, karena refrigeran penggerak katup ekspansi yang digunakan dalam sensing bulb adalah R-22, sedangkan refrigeran uji yang bersirkulasi pada sistem adalah refrigeran campuran yang memiliki tekanan jenuh lebih besar dari R-22 maka bukaan katup ekspansi yang terjadi menjadi lebih kecil dari yang seharusnya. Dengan demikian laju aliran massa refrigeran di dalam evaporator menjadi lebih sedikit, dan tekanan dan temperatur evaporasi menjadi lebih rendah dari kondisi operasi yang seharusnya. Akibatnya perbandingan kompresi yang menjadi beban kompresor menjadi lebih besar. Oleh karena itu sistem dengan refrigeran campuran R-290/R-22 memiliki daya kompresor yang lebih besar dibandingkan jika menggunakan R-22.
Gambar 11. Perbandingan kapasitas pendinginan dan daya kompresor untuk masing-masing jenis refrigeran uji.
Gambar 12. Perbandingan tekanan jenuh refrigeran yang diuji (fasa cair).
6. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang dilakukan dalam pengujian flammabilitis, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
- Hasil pengukuran LFL dan UFL untuk komponen murni R-290 masing-masing adalah sebesar 2,18 dan 9,76% volume di udara. Hasil tersebut tidak terlalu jauh dari data SNI 06-6500-2000 yakni 2,1 dan 9,6% volume di udara, sehingga alat uji flammability ini dipandang cukup akurat untuk mengukur batas penyalaan.
- Refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi molar 0,4/0,6; 0,59/0,41 dan 0,5/0,5, memiliki batas penyalaan bawah/LFL lebih dari 3,5% sehingga pada komposisi tersebut campuran yang diuji dapat dikategorikan sebagai refrigeran kelas A2.
- Penambahan LFS berupa R-22 dalam campuran R-290/R-22 dapat menurunkan sifat mampu nyala campuran tersebut yang ditunjukkan dengan semakin naiknya batas penyalaan bawah (LFL) refrigeran campuran.
- LFL hasil pengujian relatif sama dengan LFL perediksi menggunakan persamaan Le Chatelier, namun persamaan tersebut tidak dapat digunakan untuk memprediksi UFL.
- Refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi 0,4/0,6; 0,59/0,41 dan 0,5/0,5 lebih aman dari R-290
karena memiliki sifat lebih tidak mudah terbakar (kelas A2).
Sedangkan berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang dilakukan dalam pengujian massa optimum refrigeran, dapat disimpulkan bahwa campuran R-290/R-22 pada komposisi 0,4/0,6; 0,59/0,41 dan 0,5/0,5 fraksi mol dapat langsung menggantikan refrigeran R-22 pada suatu sistem refrigerasi kompresi uap tanpa melakukan penggantian komponen. Keunggulan penggunaan refrigeran campuran tersebut dalam sistem pendingin adalah:
- Lebih hemat bahan Massa optimum refrigeran campuran R-290/R-22 pada komposisi 0,5/0,5 dan 0,59/0,41 hanya 60% dari massa optimum R-22.
- Lebih hemat energi COP sistem dengan refrigeran campuran R-290/R-22 dapat lebih besar dari sistem dengan R-22, tetapi lebih kecil dari COP sistem yang menggunakan R-290.