TIM PENGUSUL Apollo, S.T., M. Eng. / 0023076901 Muh. Yusuf ...repository.poliupg.ac.id/648/1/Lampiran B17 LaporanAkhir_APOLLO_HB2015_2.pdfperubahan fasa refrijeran (se lalu berfasa

i

LAPORAN AKHIR

PENELITIAN HIBAH BERSAING

RANCANG BANGUN MESIN PENDINGIN UDARA ALTERNATIFRAMAH LINGKUNGAN YANG MEMANFAATKAN CAIRAN

ANTIBEKU SEBAGAI REFRIJERAN DANTHERMOELECTRIC SEBAGAI SUMBER DINGIN

TIM PENGUSUL

Apollo, S.T., M. Eng. / 0023076901Muh. Yusuf Yunus, S. ST., M. T. / 0020088004

Ir. La Ode Musa, M. T. / 0031126056

Dibiayai oleh DIPA Politeknik Negeri Ujung Pandang, sesuai denganSurat Perjanjian Pelaksanaan Program Penelitian Desentralisasi (Hibah Bersaing)

Tahun Anggaran 2015 Nomor: 098/SP2H/PL/DIT.LITABMAS/V/2015Tanggal Februari 2015

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

2015

431/Teknik Mesin (dan Ilmu Permesinana Lain)

ii

iii

RINGKASAN

Penggunaan jenis refrijeran pada berbagai mesin pendingin saat ini, baik refrijeransintesis yang mengandung CFC (chlorofluorocarbon) maupun refrijeran alternatif yangberbasis hidrokarbon masih berpotensi menimbulkan permasalahan lingkunngan globalyaitu adanya dampak penipisan lapisan ozon (ozone depleting), efek rumahkaca/pemanasan global (global warming) serta penggunaan energi yang relatif besar.Selain itu, harga pengadaan dan biaya operasional setiap unitnya juga relatif mahal.Untuk mengatasi masalah tersebut, perlu dipikirkan pendingin udara alternatif yangmemanfaatkan cairan anti beku sebagai refrijeran ramah lingkungan dan thermoelectricsebagai sumber dingin dengan jumlah komponen yang lebih sedikit. Hasil penelitian inimendapatkan kinerja pendingin udara alternatif yang memenuhi standar suhu udaradalam ruangan bagi kenyamanan manusia yang beraktivitas didalamnya. Untuk tujuanjangka panjang, penelitian ini akan mengatasi permasalahan lingkungan globalsebagaimana tersebut di atas serta dapat memberikan solusi bagi ketersediaan mesinpendingin secara umum untuk wilayah terpencil yang sulit terjangkau aliran listrik PLN,karena mesin pendingin ini dapat dioperasikan dengan sumber listrik arus searah yangdapat disuplai dari sel surya (solar cell). Metode yang digunakan untuk menyelesaikanmasalah di atas adalah dengan melakukan penelitian kinerja pendingin udara alternatifmelalui memodifikasi mesin pendingin udara konvensional, dimana penggunaanrefrijeran konvensional diganti oleh cairan antibeku dalam hal ini air-garam (brine) danglycol, sumber pendinginan memanfaatkan sisi dingin dari thermoelectric, penggunaankompressor digantikan dengan pompa sirkulasi. Kondensor pada mesin pendinginkonvensional tidak akan digunakan lagi pada sistem ini. Bagian evaporator akan dimodifikasi menjadi ventilator yang didinginkan oleh sirkulasi cairan antibeku yangtelah didinginkan oleh thermoelectric. Selama siklus pendinginan, tidak akan terjadiperubahan fasa refrijeran (selalu berfasa cair) sehingga sirkulasi refrijerannya hanyadilakukan oleh pompa. Uji kinerja mesin pendingin alternatif ini memvariasikan:campuran air dan garam untuk mendapatkan refrijeran air-garam yang sesuai danjumlah kepingan thermoelectric sebagai sumber dingin untuk mendapatkan efekpendinginan yang paling efektif dan efisien. Pada penggunaan cairan antibekucampuran NaCL+H2O temperatur rata-rata refrijeran terendah sebesar 6,1oC diperolehtemperatur rata-rata ruangan terendah sebesar 12,2oC dengan nilai COP tertinggisebesar 2,34 dan terendah sebesar 0,70, sedangkan pada penggunaan cairan antibekucampuran Glicol+H2O temperatur rata-rata refrijeran terendah sebesar 3,3oC diperolehtemperatur rata-rata rungan terendah sebesar 8,9oC dengan nilai COP tertinggi sebesar2,10 dan terendah sebesar 0,57. Nilai Coeficient of Performance (COP) yang cenderungterus turun ini disebabkan oleh temperatur ruangan menuju ke keadaan stabil.

Kata kunci: pendingin, thermoelectric, refrijeran, antibeku.

iv

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, oleh karena petunjuk dan bimbingan-Nya

sehingga Pelaksanaan dan Penyusunan Laporan Akhir Penelitian dengan judul

“Rancang Bangun Mesin Pendingin Udara Alternatif Ramah Lingkungan yang

Memanfaatkan Cairan Antibeku sebagai Refrijeran dan Thermoelectric sebagai Sumber

Dingin” dapat kami selesaikan, meskipun tidak sedikit hambatan yang kami hadapi.

Kegiatan penelitian ini merupakan salah satu wujud partisipasi kami dalam

memberikan kontribusi pada masyarakat dalam rangka membumikan Tri Dharma Perguruan

Tinggi. Namun demikian, kami menyadari bahwa laporan penelitian ini belum begitu

sempurna demikian pula hasilnya, oleh karena itu kami sangat membutuhkan masukan

dalam bentuk saran dan koreksi dari semua pihak yang telah membaca laporan ini.

Kepada semua pihak yang turut membantu terselenggaranya penelitian ini, khususnya

kepada penyandang dana, kami mengucapkan terima kasih. Semoga hasil kegiatan ini

memenuhi fungsi dan manfaatnya secara berkesinambungan kepada pengembahan ilmu

pengetahuan dan teknologi.

Akhirnya kepada Allah SWT kami serahkan untuk menilai kegiatan ini dan semoga

dapat diterima sebagai ibadah disisi-Nya.

Makassar, 11 Nopember 2015

Tim Peneliti

v

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL i

HALAMAN PENGESAHAN ii

RINGKASAN iii

KATA PENGANTAR iv

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN viii

BAB I. PENDAHULUAN 1

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 3

2. 1. Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan 3

2. 2. Konsumsi Energi Mesin Pendingin Ruangan 6

2. 3. Dampak Lingkungan terhadap Penggunaan Mesin Pendingin Ruangan 7

2. 4. Refrijerasi Thermoelectric 9

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 14

3. 1. Tujuan Penelitian 14

3. 2. Manfaat Penelitian 14

BAB 4. METODE PENELITIAN 14

4. 1. Deskripsi Sistem 14

4. 2. Bagan Alir Penelitian 15

BAB 5. HASIL DAN PEMBAHASAN 16

5. 1. Instalasi Pengujian 16

5. 2. Data Pengamatan dan Analisis Data 16

5. 3. Pembahasan 19

BAB 6. RENCANA PENELITIAN TAHAP BERIKUTNYA 20

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN 22

7. 1. Kesimpulan 22

7. 2. Saran-Saran 22

DAFTAR PUSTAKA 23

LAMPIRAN-LAMPIRAN 24

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Tabel Pengujian Kinerja Mesin Pendingin dengan RefrijeranAntibeku (Campuaran Air-Garam 25%)

27

Tabel 2. Pengujian Kinerja Mesin Pendingin dengan Refrijeran Antibeku(Campuaran Air-Glicol 50%)

28

Tabel 3. Hasil Perhitungan Uji Kinerja Mesin Pendingin dengan RefrijeranAntibeku (Campuaran Air-Garam 25%)

29

Tabel 4. Hasil Perhitungan Uji Kinerja Mesin Pendingin dengan RefrijeranAntibeku (Campuaran Air-Glicol 50%)

30

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Komponen-komponen sistem refrijerasi kompressi uap 3

Gambar 2. Diagram T-s dan p-h siklus refrijerasi kompressi uap 4

Gambar 3. Skematik diagram sistem thermoelectric 10

Gambar 4. Modul pendinginan thermoelectric yang merekatkan sebuahthermoelectric cooler (TEC) dengan sebuah pendingin udara heatsink (Chang, 2008).

13

Gambar 5. Instalasi mesin pendingin udara alternatif yang akan diteliti 15

Gambar 6. Bagan alir penelitian yang telah dilaksanakan 16

Gambar 7. Grafik perubahan temperatur ruangan & refrijeran versus waktuoperasi mesin

19

Gambar 8. Grafik perubahan temperatur ruangan versus waktu operasi mesin 20

Gambar 9. Bagan alir penelitian yang telah dan akan dilaksanakan (RoadmapPenelitian)

21

Gambar 10. Termoelektrik sumber dingin 24

Gambar 11. Power suplai DC, pompa sirkulasi, bak pendingin termoelektrik,& alat ukur

24

Gambar 12. Instalasi pengukuran temperatur dengan sistem data logger 25

Gambar 13. Proses pengerjaan bak pendingin termoelektrik 25

Gambar 14. Instalasi Pengujian Lengkap 26

viii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Dokumentasi Penelitian 24

Lampiran 2. Tabel Pengujian Kinerja Mesin Pendingin Alternatif 27

Lampiran 3. Tabel Hasil Perhitungan Uji Kinerja Mesin Pendingin Alternatif 29

Lampiran 4. Sifat-sifat Termodinamika Refrijeran Antiibeku 31

Lampiran 5. Dokumen Diseminasi Internal Politeknik 32

1

BAB I. PENDAHULUAN

Penggunaan jenis refrijeran pada berbagai jenis mesin pendingin saat ini,

baik refrijeran sintesis yang mengandung CFC (chlorofluorocarbon) maupun

refrijeran alternatif yang berbasis hidrokarbon masih berpotensi menimbulkan

permasalahan lingkunngan global yaitu adanya dampak penipisan lapisan ozon

(ozone depleting), efek rumah kaca/pemanasan global (global warming) serta

penggunaan energi yang relatif besar. Selain itu, harga pengadaan dan biaya

operasional setiap unitnya juga relatif mahal. Berbagai penelitian bidang

refrijerasi telah dilakukan sebagai upaya untuk melakukan penghematan energi

pada mesin refrijerasi diantaranya: Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompresor

Terhadap Prestasi Kerja Mesin Pendingin AC (Effendi, 2005), Pengaruh Variasi

Massa Refrigeran R-12 dan Putaran Blower Evaporator Terhadap COP pada

Sistem Pengkondisian Udara Mobil (Wibowo dan Subri, 2006), dan Penghematan

Energi pada Sistem Pendingin Bangunan dengan Menggunakan Kendali Logika

Fuzzy (Nasution, 2007), akan tetapi peneletian-penelitian tersebut masih seputar

bagaimana meningkatkan kinerja siklus refrijerasi kompressi uap, yang notabene

masih menggunakan refrijeran sebagai media penyerapan kalor. Padahal

penggunaan refrijeran yang beredar saat ini khususnya di Indonesia, masih

mengandung bahan yang berpotensi merusak lapisan ozon dan meningkatkan

pemanasan global. Sedangkan dalam penelitian: Analisis Kinerja Pendingin

Udara Alternatif yang Memanfaatkan Energi Laten Es dengan Dua Heat

Exchanger (Jamal dan Firman, 2011) mengklaim sebuah mesin pendingin yang

tidak menggunakan kompressor dan freon sebagai fluida kerja sehingga ramah

lingkungan. Akan tetapi penggunan kalor laten es (es batu) sebagai sumber

pendinginan air yang bersirkulasi anatara dua alat penukar kalor (heat exchanger)

justru menunjukkan bahwa klaim mesin ini masih belum mampu melepaskan

ketergantungan terhadap mesin refrijerasi konvensional yang menggunakan

refrijeran, karena es (es batu) tersebut tentunya tidak tercipta secara alamiah

sebagaimana di wilayah kutub utara dan selatan permukaan bumi.

Pada dasarnya penggunaan refrijeran yang ramah lingkungan telah banyak

digunakan, tetapi masih sebagai refrijeran sekunder yaitu cairan antibeku yang

2

biasanya digunakan pada pabrik es balok, misalnya air-garam (brine) dan glicol.

Untuk jenis air-garam, Sumardi (2011) telah melakukan reformulasi cairan

antibeku dari air-garam sebagai refrijeran sekunder pada sistem refrijerasi dengan

konsentrasi larutan garam optimal adalah 25% dengan titik beku -20oC.

Sedangkan pada proses pendinginan udara tanpa menggunakan refrijeran atau

mesin refrijerasi kompressi uap –yang dapat menimbulkan dampak kerusakan

lingkungan global–, Chang, et al. (2008) telah melakukan penelitian

eksperimental untuk modul pendingin udara thermoelectric, pada penelitiannya

Chang, et al. (2008) mampu mendapatkan pendingin udara yang dapat memenuhi

kebutuhan kenyamanan temperatur ruangan.

Untuk mengatasi masalah serta memanfaatkan peluang tersebut di atas,

akan dilakukan penelitian mesin pendingin udara alternatif, yang memanfaatkan

cairan anti beku (air-garam) sebagai pengganti refrijeran ramah lingkungan serta

sistem thermoelectric sebagai sumber dingin dengan judul “Rancang Bangun

Mesin Pendingin Udara Alternatif yang Memanfaatkan Cairan Antibeku sebagai

Refrijeran Ramah Lingkungan dan Thermoelectric sebagai Sumber Dingin”.

Secara umum hasil penelitian ini mendapatkan kinerja pendingin udara yang

memenuhi standar suhu udara dalam ruangan bagi kenyamanan manusia yang

beraktivitas didalamnya. Untuk tujuan jangka panjang, penelitian ini akan

mengatasi permasalahan lingkungan global sebagaimana tersebut di atas serta

dapat memberikan solusi bagi ketersediaan mesin pendingin secara umum untuk

wilayah terpencil yang sulit terjangkau aliran listrik PLN, karena mesin pendingin

ini dapat dioperasikan dengan sumber listrik arus searah yang dapat disuplai

dengan sel surya (solar cell).

3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2. 5. Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan

Komponen utama mesin yang menerapkan siklus kompressi uap terdiri

dari empat unit, yaitu kompressor, kondensor, alat ekspansi, dan evaporator.

Susunan ke empat unit komponen tersebut secara skematik ditunjukkan pada

Gambar 1. Serangkaian komponen tersebut merupakan komponen proses pada

refrijeran sehingga dapat mengalami siklus termodinamika (siklus kompressi uap).

Apabila ireversibilitas di dalam evaporator, kompressor, dan kondensor diabaikan,

tidak ada penurunan tekanan akibat gesekan aliran, refrijeran yang mengalir pada

alat penukar kalor tekanannya konstan, dan proses kompressinya secara

isentropik, maka siklus kompressi uap tersebut dikatakan sebagai siklus ideal

kompressi uap.

Gambar 1. Komponen-komponen sistem refrijerasi kompressi uap

Siklus ideal kompressi uap (refrijerasi & pompa kalor) terdiri dari

serangkaian proses sebagai berikut:

Proses 1-2s : Kompressi isentropik refrijeran dari keadaan 1 menuju tekanankondensor keadaan 2s.

Proses 2s-3 : Perpindahan kalor dari refrijeran yang mengalir pada tekanankonstan di dalam kondensor hingga keadaan 3.

Proses 3-4 : Proses pencekikan (throttling process) dari keadaan 3 ke fasacampuran uap-cairan keadaan 4.

Proses 4-1 : Perpindahan kalor ke refrijeran yang mengalir melalui evaporatorpada tekanan konstan hingga mencapai siklus yang lengkap.

Diagram T-s dan p-h untuk siklus refrijerasi kompressi uap di atas ditunjukkan

pada Gambar 2 berikut ini.

4

T

s

11'

22s

33'

4

Daerah temperaturtinggi, TH

Daerah temperaturrendah, TC

1

23 3' 2ss =ko

snta

n

T = konstan4

p

h(a) (b)

1'

Gambar 2. Diagram T-s dan p-h siklus refrijerasi kompressi uap

Berdasarkan uraian Gambar 2 dan Gambar 2 di atas, dan dengan

menerapkan persamaan kesetimbangan laju massa dan energi pada volume atur

untuk setiap komponen disertai dengan asumsi-asumsi rasional yang

menyertainya, akan diperoleh transfer energi baik dalam bentuk kerja maupun

dalam bentuk kalor pada setiap komponen mesin refrijerasi tersebut. Oleh karena

ke empat komponen proses pada Gambar 1 tersebut merupakan suatu volume atur

dengan masing-masing satu saluran masuk dan satu saluran keluar, dan dianggap

bekerja pada keadaan tunak, maka persamaan kesetimbangan laju massa untuk

siklus ini berlaku persamaan:

mmmmm 4321

Transfer energi dalam bentuk kerja dan kalor pada masing-masing

komponen proses pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 di atas, ialah sebagai berikut.

Kerja Input pada Kompressor

Refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh atau uap

panas lanjut dengan temperatur dan tekanan yang relatif rendah, kemudian oleh

kompressor, uap tersebut dinaikkan tekanannya (tekanan kondensor). Kompressi

ini diperlukan untuk menaikkan temperatur refrijeran, sehingga temperatur

refrijeran di dalam kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungannya.

Kerja input kompressor persatuan massa refrijeran dihitung dengan persmaan:

)( 12c hh

m

W

(1)

5

Pelepasan Kalor pada Kondensor

Setelah mengalami proses kompressi, refrijeran berada dalam fasa panas

lanjut dengan temperatur dan tekanan tinggi. Untuk mengubah wujudnya

menjadi cair, kalor refrijeran harus dilepas ke lingkungan melalui alat penukar

kalor (kondensor). Kalor refrijeran berpindah untuk memanaskan fluida

pendingin (udara atau air), sebagai konsekuensinya refrijeran mengalami

penurunan temperatur dari keadaan uap panas lanjut ke uap jenuh, selanjut

mengembun menjadi wujud cair. Kalor yang dilepas per satuan massa refrijeran

dihitung dengan persamaan:

)( 32out hhm

Q

(2)

Ekspansi pada entalpi konstan

Refrijeran dalam wujud cair mengalir melalui alat ekspansi. Ekspansi pada

alat ini menyebabkan tekanan turun tetapi entalpinya tetap ( h3 = h4 ) sehingga

keadaannya berubah menjadi campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur

rendah. Selama proses ini tidak terjadi perpindahan kalor maupun kerja antara

refrijeran dengan sekitarnya.

Penyerapan Kalor pada Evaporator

Refrijeran dalam fasa campuran uap-cair mengalir melalui sebuah penukar

kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator ini, temperatur jenuh

refrijeran lebih rendah daripada temperatur sekitarnya –media kerja atau media

yang didinginkan– sehingga dapat terjadi penyerapan kalor oleh refrijeran

terhadap sekitarnya. Kalor yang diserap oleh refrijeran per satuan massa

refrijeran dihitung dengan persamaan:

)( 41in hh

m

Q

(3)

Daya bersih pada siklus kompressi uap semata-mata merupakan daya input

kompressor, karena ekspansi pada Proses 3-4 tidak melibatkan daya masukan atau

daya keluaran. Oleh karena itu ukuran unjuk kerja siklus kompressi uap, baik

sebagai siklus refrijerasi maupun sebagai siklus pompa kalor, pembanding atau

penyebutnya adalah daya input kompressor.

6

Unjuk kerja siklus kompressi uap yang digunakan sebagai siklus refrijerasi

adalah rasio antara kalor yang diserap oleh siklus dengan daya input kompressor,

yang diistilahkan sebagai coeficient of performance refrigeration (COPref = ),

secara matematis dituliskan:

12

41

c

inref. /

/COP

hh

hh

mW

mQβ

(4a)

Sedangkan unjuk kerja siklus kompressi uap yang digunakan sebagai

siklus pompa kalor adalah rasio antara kalor yang dilepas oleh siklus dengan daya

input kompressor, yang diistilahkan sebagai coeficient of performance heat pump

(COPhp = ), secara matematis dituliskan:

12

32

c

ohp. /

/COP

hh

hh

mW

mQ ut

(4b)

Pada Gambar 2 juga ditunjukkan siklus aktual refrijerasi kompressi uap,

perbedaan siklus ideal (1-2s-3-4-1) dan siklus aktual (1-2-3-4-1) tersebut, semata

pada kerja kompressor yang memungkinkan adanya irreverbilitas, sehingga

dengan menggunakan bentuk efisiensi isentropik pada kompressor maka pengaruh

irreversibilitas proses kompressi dapat diketahui:

12

12s

c

scc /

/

hh

hh

mW

mWη

(5)

2. 6. Konsumsi Energi Mesin Pendingin Ruangan

Pemakaian energi khsusunya energi listrik untuk memenuhi kebutuhan

mesin-mesin pendingin ruangan yang menerapakan sistem refrijerasi kompressi

uap terhadap pasokan listrik secara global cukup signifikan, sehingga usaha

penghematan energi yang dilakukan terhadap mesin refrijerasi akan berdampak

signifikan terhadap usaha penghematan energi dunia. Sebagaimana diungkap oleh

Jamal (2011): di Indonesia misalnya, Suwono (2005 dalam Indartono, 2008)

menyebut sekitar 60% konsumsi listrik hotel di Jakarta digunakan untuk memasok

energi mesin refrijerasi. Sedangkan di Shanghai, Saito (2002 dalam Indartono,

2008) menyebut bahwa pada beban puncak di musim panas, mesin refrijerasi

mengkonsumsi 1/3 suplai listrik. Suzuki dkk (2005 dalam Indartono, 2008)

7

memperkirakan bahwa beban listrik untuk mesin refrijerasi mengkonsumsi tidak

kurang dari 1/5 suplai listrik di Jepang. Untuk belahan Amerika Utara, Todesco

(2005 dalam Indartono, 2008) menyatakan bahwa kebutuhan listrik untuk mesin

refrijerasi pada beban puncak mencapai 3,6-9,2 GW. Hal ini akan menjadi ironi

jika dibandingkan dengan kemampuan PT PLN untuk menyuplai listrik di

Indonesia sekitar 39,5 GW (Seymour, 2002 dalam Indartono, 2008). Dengan

persentase diatas terlihat bahwa pemakaian energi untuk mesin refrijerasi

sangatlah besar, dan 90% dari pemakaian energi tersebut dikosumsi oleh

kompresor (Tojo 1984 dalam Nasution, 2007).

Selain pada kompressor, mesin pendingin konvensional khususnya

pendingin udara (air conditioning) juga banyak menggunakan energi listrik pada

sisi kondensor yakni adanya motor listrik untuk penggerak kipas/fan penghembus

udara dingin menuju kondensor. Pada sebuah pendingin ruangan (AC split)

dengan kapasitas 1 kW, daya untuk motor penggerak kompressor dan kipas

kondensornya masing-masing 500 Watt dan 250 Watt. Hal ini menunjukkan

bahwa pada kedua komponen inilah penggunaan daya/energi listrik terbesar. Oleh

karena itu penelitian-peneitian yang berupaya untuk menggantikan dan atau

meminimalisasi penggunaan daya listrik pada kedua komponen ini menjadi sangat

menarik dan menantang untuk saat ini dan di masa-masa mendatang, mengingat

kebutuhan mesin pendingin sudah hampir menjadi kebutuhan primer bagi rumah-

rumah tangga sedangkan untuk perkantoran sudah menjadi kebutuhan primer.

2. 7. Dampak Lingkungan terhadap Penggunaan Mesin Pendingin Ruangan

CFC adalah singkatan dari Chloroflourocarbon yang terbentuk dari atom

chlor, flour, dan carbon. CFC merupakan gas yang berwarna biru tua, stabil, tidak

mudah terbakar, mudah disimpan, dan murah harganya. Karena sifat-sifat itulah

penggunaan CFC yang dikembangkan oleh Dr. Thomas Midgley pada tahun 1928

meluas dimana-mana hingga tidak terpisahkan dari kehidupan manusia. Tetapi di

sisi lain, aspek lingkungan yang kronis tidak dipertimbangkan di awal-awal

penggunaannya. CFC belakangan ini diketahui bertanggung jawab terhadap

penipisan lapisan ozon yaitu dengan dilepaskannya atom klorin ke atmosfer. CFC

8

merupakan salah satu gas rumah kaca yang melepas emisi secara langsung

maupun tidak langsung yang menjadi masalah lingkungan yang menjadi perhatian

bersama.

Pada tahun 1974, sebuah penelitian yang dipublikasikan oleh Prof.

Sherwood Rowland dan Prof. Mario Molina dari University of California,

mengatakan bahwa gas-gas CFC menimbulkan penipisan lapisan Ozon.

Peningkatan radiasi sinar ultraviolet yang disebabkan oleh penipisan lapisan Ozon

akibat CFC bukan hanya memberikan efek yang tidak baik terhadap kesehatan

seperti kanker kulit dan katarak, tetapi juga merusak gen dan membahayakan

keselamatan hewan dan tumbuhanan.

Pada tahun 1987, ditandatangani protocol Montreal, suatu perjanjian untuk

perlindungan terhadap lapisan ozon. Protokol ini kemudian diratifikasi oleh 36

negara termasuk Amerika Serikat. Pelarangan total terhadap penggunaan CFC

sejak 1990 diusulkan oleh Komunitas Eropa (sekarang Uni Eropa) pada tahun

1989, yang juga disetujui oleh Presiden AS George Bush. Pada Desember 1995,

lebih dari 100 negara setuju untuk secara bertahap menghentikan produksi

pestisida metil bromida di negara-negara maju. Bahan ini diperkirakan dapat

menyebabkan pengurangan lapisan ozon hingga 15 persen pada tahun 2000. CFC

tidak diproduksi lagi di negara maju pada akhir tahun 1995 dan dihentikan secara

bertahap di negara berkembang hingga tahun 2010. Hidrofluorokarbon atau

HCFC, yang lebih sedikit menyebabkan kerusakan lapisan ozon bila dibandingkan

CFC, digunakan sementara sebagai pengganti CFC, hingga 2020 pada negara

maju dan 2016 di negara berkembang. Untuk memonitor berkurangnya ozon

secara global, pada tahun 1991, National Aeronautics and Space Administration

(NASA) meluncurkan Satelit Peneliti Atmosfer. Satelit dengan berat 7 ton ini

mengorbit pada ketinggian 600 km (372 mil) untuk mengukur variasi ozon pada

berbagai ketinggian dan menyediakan gambaran jelas pertama tentang kimiawi

atmosfer di atas.

Pada bulan Desember 1995 diadakan Vienna conference yang merupakan

kelanjutan dari Montreal Protocol. Pada konferensi tersebut ditetapkan skenario

penghentian pemakaian CFC dan HCFC dan pencarian atas refrigeran-refrigeran

9

alternatif yang ramah lingkungan. Hidrokarbon sebagai salah satu refrigeran

alternatif memiliki banyak keuntungan, antara lain tidak diperlukan perubahan

peralatan utama yang sudah ada atau pembelian peralatan baru, hidrokarbon biasa

dipakai dengan pelumas mineral maupun sintetis serta tidak menyebabkan

kerusakan ozon dan pemanasan global karena ODP yang dimiliki nol dan GWP-

nya kecil. Kebutuhan pengisian hidrokarbon dalam mesin pendingin kurang dari

separuh (+40%) dibandingkan CFC. Refrigeran halokarbon yang paling banyak

dipakai adalah refrigeran CFC terutama CFC–12 yang diperkenalkan pada tahun

1931, telah digunakan secara luas pada sistem refrigerasi

Saat ini, berdasarkan pantauan menggunakan instrumen Total Ozone

Mapping Spectrometer (TOMS) pada satelit Nimbus 7 dan Meteor 3, kerusakan

ini telah menimbulkan sebuah lubang yang dikenal sebagai lubang ozon (ozone

hole) di kedua kutub bumi (Yusuf, 2008). Kerusakan ozon disebabkan

meningkatnya pelepasan Bahan Perusak Ozon (BPO) ke atmosfer. Sekitar 100

jenis BPO yang terdaftar berdasarkan Protokol Montreal 1987. Diantara BPO ada

beberapa jenis umum digunakan di Indonesia yaitu chlorofluorocarbons (CFCs)

dan hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) yang banyak digunakan pada pendingin

AC dan lemari es (Yusuf, 2008). Konvensi Wina dan Protokol Montreal pada

tahun 1992 dan menetapkan kebijakan agar masyarakat dunia aktif dalam upaya

perlindungan lapisan ozon. Upaya aktif yang harus ditempuh adalah pengurangan

pemakaian BPO terutama CFC, menggantikannya dengan yang ramah lingkungan

(refrigeran hidrokarbon) sampai penghentian penggunaannya (Yusuf, 2008).

Dengan kondisi di atas, maka salah satu upaya untuk menghasilkan mesin

refrijerasi yang ramah lingkungan adalah dengan menggantikan refrigeran CFC

dengan cairan antibeku yang mudah diperoleh.

2. 8. Refrijerasi Thermoelectric

Pendinginan thermoelectric menggunakan komponen yang menerapkan

efek Peltier, dengan cara pengaliran arus searah (DC) langsung yang melalui

sambungan dua material yang tidak sejenis sehingga menyebabkan pada dua sisi

sambungan tersebut menjadi dingin (dapat menyerap kalor) dan panas (dapat

10

melepaskan kalor), yang mana tergantung pada besarnya arus yang mengalir pada

komponen tersebut.

Gambar 3. Skematik diagram sistem thermoelectric

Pada Gambar 3, memperlihatkan sepasang elemen-termo yang

ditempelkan pada masing-masing ujungnya dengan lembaran logam yang

berdempetan di salah satu ujung oleh strip logam sehingga membentuk

sambungan antara kaki. Kaki membentuk rangkaian seri elektrik tetapi secara

termal membentuk rangkaian paralel. Unit ini disebut sebagai pasangan

termoelektrik dan merupakan blok bangunan dasar dari sebuah modul pendingin

termoelektrik (atau Peltier). Material termo-elemen adalah semikonduktor yang

ditambahkan dengan satu tipe-n sebagai pembawa muatan negatif (elektron)

mayoritas dan yang lainnya tipe-p sebagai pembawa muatan positif (hole)

mayoritas.

Bahan yang digunakan sebagai elemen kopel sitem pendingin

termoelektrik adalah campuran bismuth, tellurium dan antimony sebagai elemen

p, dan campuran bismuth, tellurium dan selenium sebagai elemen n. Nilai

parameter elemen termoelektrik tertentu adalah sebagai berikut: Daya

termoelektrik a = 0.00021 volt/K Konduktivitas termal k = 0.015W/cm.K,

Resistivitas listrik r = 0.001 ohm.cm, dan

Tahanan kontak listrik r = 0.00001 ~ 0.0001 ohm.cm2

Termoeletrik memanfaatkan salah satu efek pada termokopel yang dialiri

arus. Jika arus dilewatkan melalui suatu termokopel maka akan terjadi 5 efek

sebagai berikut:

a) Efek Seebeck; yaitu efek yang mendefinisikan mekanisme pengukuran suhu

dengan termokopel. Jika dua konduktor A dan B yang berbeda disambungkan

11

dan kedua ujung sambungan tersebut diletakkan pada suhu yang berbeda,

maka akan dihasilkan gaya gerak listrik (GGL). Sebaliknya, jika GGL

tersebut disediakan, maka akan terjadi suhu berbeda pada kedua ujung

tersebut. Hubungan antara beda suhu dengan GGL tersebut adalah:= ( − ) (6)

dimana a adalah daya termoelektrik atau koefieisen Seebeck (V/K)

b) Efek Joulean; yaitu efek pembentukan panas sebagai akibat dari arus yang

mengalir karena terbentuknya GGL pada efek Seebeck di atas. Panas Joulean

yang terbentuk adalah sebesar:= (7)

dimana qj adalah panas joulean (W), I adalah arus (A) dan R adalah total

tahanan pada rangkaian (ohm).

c) Efek Konduksi; yaitu jika salah satu ujung jembatan termokopel tersebut

dipertahankan pada suhu yang lebih tinggi dari ujung lainnya, maka akan

terjadi aliran panas dari ujung yang lebih panas ke ujung lebih dingin. Efek

ini bersifat tak-mampu balik, dan besarnya adalah:= ( − ) (8)

dimana U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan.

d) Efek Peltier; yaitu jika arus dilewatkan melalui termokopel yang pada

mulanya suhu kedua ujungnya adalah sama, maka sejumlah panas akan

dilepas pada salah satu ujungnya dan sejumlah lain panas akan diserap pada

ujung lainnya sehingga terjadi perbedaan suhu pada kedua ujung tersebut.

Perpindahan panas tersebut dipengaruhi oleh arus yang mengalir, dengan

hubungan seperti persamaan:= ∅ (9)

dimana ∅ adalah koefisien Peltier (volt). Efek Peltier ini menjadi dasar utama

sistem pendinginan efek termoelektrik.

e) Efek Thomson; jika arus mengalir melalui konduktor termokopel yang pada

mulanya bersuhu seragam, maka panas Joulean akan menyebabkan gradien

suhu sepanjang termokopel tersebut, dengan hubungan:

12

= (10)

dimana τ adalah koefisien Thomson (V/K) dan dT/dx adalah gradien suhu

yang terjadi pada konduktor.

Secara termodinamik koefisien Seebeck ( ), Peltier (∅) dan Thomson (τ)

adalah saling berhubungan. Besaran dan ∅ sangat tergantung pada sifat kedua

konduktor pada termokopel tersebut sehingga harus dinyatakan dalam nilai beda

( = A - B dan ∅ = ∅A - ∅B). Dengan demikian, hubungan ketiga koefisien

tersebut dapat dinyatakan dengan dua persamaan berikut:∅ = ( − ) (11)= − ( )(12)

Efek Peltier di atas dapat dimanfaatkan untuk tujuan pendinginan dengan

memilih secara tepat dua jenis material konduktor. Konduktor dipilih sedemikian

hingga terjadi daya termoelektrik positip dan negatip. Jembatan dingin direkatkan

dengan lempeng metal atau jenis permukaan pindah panas lainnya, yang

kemudian dipaparkan pada ruang atau benda yang akan didinginkan. Sedangkan

jembatan panas direkatkan dengan permukaan pindah panas untuk dapat

melepaskan panas ke atmosfir atau media lain.

Pada kondisi tunak (steady), penyerapan dan pelepasan panas dapat

dianggap terjadi hanya pada jembatan tersebut, dan sifat lain bahan tetap. Dengan

demikian, keseimbangan panas yang terjadi adalah:= − − ( − ) − (12)= − − ( − ) − (13)

Dari persamaan efek konduksi, diperoleh:− = (14)

Hal ini menunjukkan bahwa beda suhu (T1 – T0) maksimum terjadi saat efek

pendinginan q0 sama dengan nol. Tenaga baterai (w) yang diperlukan sebagai

kompensasi kehilangan daya karena efek Joulean dan counteract pembangkitan

daya oleh efek Seebeck, adalah:= − ( − ) + (15)

13

Sehingga koefisien penampilan sistem pendingin tersebut menjadi:= = ( )( ) (16)

Untuk sistem termoelektrik yang mampu balik secara sempurna, tanpa efek

Joulean dan konduksi, maka nilainya akan sama dengan COP siklus Carnot.

Nilai , ( − ), dan COP dapat dimaksimalkan, dan nilainya diperoleh

dengan menurunkan masing-masing persamaan yang berkaitan terhadap I dan

menyamakan dengan nol, yaitu:= (17)( − ) = (18)

Dimana = disebut sebagai figure of merit.

, = − ( − ) (19)

Untuk COP maksimum, maka= ( )(20)

dan = (21)

Contoh modul pendingin udara thermoelectric dapat diperhatikan pada

Gambar 4 berikut.

Gambar 4. Modul pendinginan thermoelectric yang merekatkan sebuahthermoelectric cooler (TEC) dengan sebuah pendingin udara heat sink(Chang, 2008).

14

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3. 1. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Merancang bangun mesin pendingin ruangan yang tidak menerapkan siklus

refrijerasi kompressi uap.

2. Mendapatkan komposisi cairan antibeku (campuran air-garam) yang dapat

menggantikan fungsi refrijeran konvensional sebagai refrijeran primer.

3. Mendapatkan sumber dingin tanpa melibatkan adanya mesin refrijerasi

kompressi uap konvensional.

3. 2. Manfaat Penelitian

Penelitian ini dapat berkontribusi langsung pada kampanye permasalahan

lingkungan global tentang pembatasan penggunaan refrijeran sintesis yang

mengandung CFC (chlorofluorocarbon) maupun refrijeran alternatif yang

berbasis hidrokarbon karena masing-masing kelompok refrijeran tersebut dapat

menyebabkan penipisan lapisan ozon (ozone depleting) dan efek rumah

kaca/pemanasan global (global warming).

Penelitian ini juga dapat menjadi referensi bagi peneliti-peneliti bidang

refrijerasi berikutnya yang berminat mengembangkan mesin pendingin tanpa

melibatkan penggunaan refrijeran yang mengandung bahan perusak ozon dan

bahan yang dapat meningkatkan pemanasan global.

BAB 4. METODE PENELITIAN

4. 3. Deskripsi Sistem

Penelitian ini dilakukan secara bertahap, dengan tahapan yang dimulai

dengan pembuatan peralatan uji mesin pendingin ruangan yang memanfaatkan

cairan antibeku dan thermoelectric. Selanjutnya dilakukan pengujian kinerja

peralatan uji dan diakhiri dengan evaluasi hasil kinerja. Alat uji yang digunakan

adalah memodifikasi mesin pendingin ruangan (AC) yang ada dipasaran dengan

hanya memanfaatkan bagian sistem evaporatornya yang terdiri dari fan

15

penghembus, alat penukar kalor dan rangkanya, bagian ini disebut sebagai

ventilator dingin. Cairan antibeku dari bak penampungan (telah didinginkan oleh

kepingan thermoelectric yang disuplai dari sumber tegangan 12 V DC)

disirkulasikan oleh pompa (pompa akuarium) menuju ke ventilator dingin dan

kemabli ke bak penampungan. Cairan antibeku yang digunakan ialah campuran

25% NaCL dalam larutan air (H2O) dan campuran 50% Etilen Glicol dalam

larutan air (H2O) Rancangan instalasi dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Instalasi mesin pendingin udara alternatif yang akan diteliti

4. 4. Bagan Alir Penelitian

Bagan alir penelitian Rancang Bangun Mesin Pendingin Udara Alternatif

Yang Memanfaatkan Cairan Anti Beku Sebagai Refrijeran Ramah Lingkungan

Dan Thermoelectric Sebagai Sumber Dingin untuk tahun I sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 6. Sedangkan rangkaian penelitian yang terkait dengan

penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 7.

16

Gambar 6. Bagan alir penelitian yang telah dilaksanakan

BAB 5. HASIL DAN PEMBAHASAN

5. 4. Instalasi Pengujian

Pelaksanaan penelitian hingga saat ini telah mencapai pada rancang

bangun instalasi penelitian sebagaimana ditunjukkan pada gambar 5.1 berikut ini.

5. 5. Data Pengamatan dan Analisis Data

Berdasarakan tabel data pengamatan Lampiran 2a, maka parameter kinerja

mesin pendingin ruangan alaternatif hasil rancang bangun dapat diuraikan dengan

mengambil sampel data nomor 1 yakni:

a. Kalor yang diterima refrijeran antibeku di indoor sistem mesin pendingin.

Temperatur refrijeran antibeku masuk ke indoor sistem mesin

pendingin, TRin = 4,0 oC, temperatur refrijeran antibeku keluar dari indoor

17

sistem mesin pendingin, TRout = 15,0 oC. Jadi temperatur rata-rata refrijeran

yang melewati indoor sistem mesin pendingin,= = = 9,5 [oC]

Untuk keadaan refrijeran masuk dan keluar indoor sistem mesin pendingin;

selisih temperatur refrijeran ∆ = − = 15,0 − 4,0 = 11,2 [K],debit refrijeran [ ] = = 1 72 = 0,1389 x =

0,1389 x10-3 .

Dari tabel nilai sifat-sifat termodinamika refrijeran antibeku dalam hal ini

larutan air-garam (brine: 20%NaCl-H2O) pada temperatur rata-rata

pencampuran 15oC sebagaimana terlampir (Lampiran 4) diperoleh: nilai

kalor spesifik cR = 3,310 [kJ/kg.K] dan nilai densitas = 1152 [kg/m3].

Jadi kalor yang diterima refrijeran antibeku di indoor sistem mesin

pendingin,= ̇ ∆ atau = [ ] ∆ [kJ/s],= 1152 3,310 11,0 [ ] = 0,583 [kJ/s].

Dengan cara yang sama maka hasil perhitungan data selanjutnya dirangkum

pada tabel hasil perhitungan (Lampiran 3a).

Parameter dan persamaan yang sama dengan di atas, juga digunakan

untuk perhitungan hasil pengujian mesin pendingin yang menggunakan

cairan antibeku dari bahan campuran air (H2O) dengan 50% ethylene-glycol,

dengan sifat-sifat termodinamika sebagaimana terlampir (Lampiran 4),

dengan nilai kalor spesifik cR = 3,570 [kJ/kg.K] dan nilai densitas =

1066 [kg/m3].

b. Keadaan Udara Ruangan Pengujian.

Perubahan temperatur udara ruangan pengujian yang merupakan

obyek pendinginan mesin pendingin alternatif ini dipantau pada lima titik

pengukuran, dengan tujuan untuk mengetahui efek penurunan temperatur

yang disebabkan oleh penyerapan kalor oleh refrijeran antibeku pada indoor

sistem mesin pendingin ini. Temperatur rata-rata ruangan adalah:

18

= + + + +5= 20,0 + 23,2 + 23,5 + 22,4 + 22,05= 22,22 oC

c. Penggunaan Energi Listrik pada Sistem

Berdasarakan tabel data pengamatan (Lampiran 3a) suplai tegangan

arus pada blower 'evaporator' atau indoor mesin pendingin yang merupakan

mekanisme sirkulasi udara dari permukaan pipa 'Evaporator' atau indoor

mesin pendingin menuju ke ruangan yang didinginkan, merupakan salah

satu input kerja sistem yakni Kerja Blower (Wb-ev).

Wb-ev = Vb-ev . Ib-ev = 220 Volt . 1,5 Ampere = 330 Watt = 0,33 kJ/s

Suplai tegangan dan arus pada pompa sirkulasi refrijeran antibeku

yang bersirkulasi antara kontainer atau bak penampungan dengan indoor

mesin pendingin, juga merupakan salah satu input kerja sistem yakni Kerja

Pompa (Wp). Pompa yang digunakan adalah pompa akuarium.

Wp = Vp . Ip = 220 Volt . 0,15 Ampere = 33 Watt = 0,033 kJ/s

Kerja utama yang menjadi sumber efek dingin pada sistem ini ialah

supali tegangan dan arus pada sistem sumber dingin termoelektrik. Sistem

suplai listrik arus searah ini terdiri dari suplai untuk elemen

termoelektriknya sendiri sehinggga menimbulkan efek dingin di satu sisi

dan efek panas di sisi yang lain, pada sisi panasnya diperlukan suplai listrik

untuk kipas/fan pelepasan kalor agar sisi dinginnya terjaga. Kerja ini disebut

sebagai Kerja Termoelektrik (WTE).

WTE = VTE . ITE = 12 Volt . 8 Ampere = 216 Watt = 0,216 kW

Daya(AC) Pompa sirkulasi refrijeran antibeku dari bak pendingin

menuju ke indoor system pendingin:

WP = VP . Ip = 220 Volt . 0,15 Ampere = 33 Watt = 0,033 kW

Daya suplai ke blower evaporator untuk menghembuskan udara yang

telah didinginkan di indoor system menuju ke ruangan:

WE = VE . IE = 220 Volt . 1,5 Ampere = 330 Watt = 0.33 kW

Daya suplai ke blower evaporator ini berpotensi untuk direduksi.

19

5. 6. Pembahasan

Berdasarkan tabel hasil perhitungan yang selanjutnya diplot dalam grafik

hubungan antara perubahan temperatur ruangan & refrijeran versus waktu operasi

mesin pendingin, serta hubungan antara perubahan temperatur ruangan versus

kinerja mesin, dalam hal ini coefficient of performance (COP) untuk masing-

masing jenis refrijeran yang menggunakan cairan antibeku baik larutan air dan

garam (25%NaCl-H2O) maupun glicol dan air (50% EtilenGlicol-H2O)

sebagaimana dapat diperhatikan pada Gambar 7 dan Gambar 8.

Pada Gambar 7 berikut, menunjukkan bahwa semakin lama waktu operasi

mesin maka temperatur ruangan dapat terus diturunkan menuju ke temperatur

minimum (stabil) yang mendekati temperatur rata-rata refrijeran sebagai sumber

dingin yang telah didinginkan oleh sistem termoelektrik. Pada penggunaan cairan

antibeku campuran NaCL+H2O temperatur rata-rata refrijeran terendah sebesar

6,1oC diperoleh temperatur rata-rata ruangan terendah sebesar 12,2oC, sedangkan

pada penggunaan cairan antibeku campuran Glicol+H2O temperatur rata-rata

refrijeran terendah sebesar 3,3oC diperoleh temperatur rata-rata rungan terendah

sebesar 8,9oC.

Gambar 7. Grafik perubahan temperatur ruangan & refrijeran versus waktuoperasi mesin

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0Tem

pera

tur R

uang

an/R

efrij

eran

(o C)

Waktu Operasi (menit)

Grafik Perubahan Temperatur Ruangan & Refrijeranversus Waktu Operasi

Tu:Nacl+H2O

Tu:Glicol+H2O

TR:NaCl+H20

TR:Glicol+H2O

20

Pada Gambar 8, menunjukkan bahwa coefficient of performance (COP)

sistem pendingin akan terus turun sesuai dengan penurunan temperatur ruangan

menuju temperatur terendah (jenuh). Untuk penggunaan cairan antibeku

campuran NaCl+H2O diperoleh COP tertinggi sebesar 2,34 dan terendah sebesar

0,70, sedangkan untuk penggunaan campuran Glicol+H2O diperoleh COP

tertinggi sebesar 2,10 dan terendah sebesar 0,57. Nilai COP tertinggi diperoleh

pada saat awal operasi mesin pendingin karena besarnya efek pendinginan pada

saat tersebut.

Gambar 8. Grafik perubahan temperatur ruangan versus waktu operasi mesin

Rendahnya nilai coefficient of performance (COP) ini lebih disebabkan

oleh besarnya daya listrik yang dibutuhkan untuk memutar blower evaporator

(indoor sistem) yang mana hal ini masih memungkinkan untuk direduksi pada

penelitian selanjutnya.

BAB 6. RENCANA PENELITIAN TAHAP BERIKUTNYA

Untuk tahap berikutnya, penelitian akan dititik beratkan pada upaya

mendapatkan sumber dingin semaksimal mungkin (dengan temperatur seminimal

mungkin) melalui variasi susunan termoelektrik serta optimalisasi penggunaan

energi listrik untuk mejalankan sistem pendingin ini, dengan target temperatur

pendinginan termoelektrik mencapai titik beku masing-masing cairan antibeku.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

Coef

icie

nt o

f Per

form

ance

(CO

P)

Temperatur Rungan (oC)

Grafik COP versus Perubahan Temperatur Ruangan

NaCl-H2O

Glicol-H2O

21

Gambar 9. Bagan alir penelitian yang telah dan akan dilaksanakan(Roadmap Penelitian)

22

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN

7. 1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang telah dicapai disimpulkan:

1. Rancang bangun mesin pendingin ruangan yang tidak menerapkan siklus

refrijerasi kompressi uap telah tercapai.

2. Pada penggunaan cairan antibeku campuran NaCL+H2O temperatur rata-

rata refrijeran terendah sebesar 6,1oC diperoleh temperatur rata-rata

ruangan terendah sebesar 12,2oC, sedangkan pada penggunaan cairan

antibeku campuran Glicol+H2O temperatur rata-rata refrijeran terendah

sebesar 3,3oC diperoleh temperatur rata-rata rungan terendah sebesar 8,9oC

3. Untuk penggunaan cairan antibeku campuran NaCl+H2O diperoleh COP

tertinggi sebesar 2,34 dan terendah sebesar 0,70, sedangkan untuk

penggunaan campuran Glicol+H2O diperoleh COP tertinggi sebesar 2,10

dan terendah sebesar 0,57

4. Coeficient of Performance (COP) yang cenderung terus turun ini

disebabkan oleh temperatur ruangan menuju ke keadaan stabil.

7. 2. Saran-Saran

Adapun saran-saran yang penting dikemukakan dari hasil penelitian ini

ialah:

1. Penting menguji cairan antibeku lainnya yang sifat-sifat

termodinamikanya telah diteliti sebelumnya melalui studi literatur.

2. Penting memvariasikan susunan termoelektrik untuk untuk

mendapatkan target temperatur pendinginan dengan daya listrik yang

optimal.

3. Penting dilakukan reduksi daya blower evaporator untuk meningkatkan

Coeficient of Performance (COP) sistem.

23

DAFTAR PUSTAKA

Bayanullah, A. 2011. Penghematan Energi Pada Sistem Air Conditioning UntukKapal Penumpang http://digilib.its.ac.id/.../ITS-Undergraduate-9466-42011.Diakses 28 Mei 2013

Cengel, Y.A. dan Boles, M.A., 2002. Thermodynamics. 4th edition. Boston-USA:Mc. Graw Hill.

Chang, Yu-Wei. et al., 2008. An Experimental Investigation of ThermoelectricAir-Cooling Module. International Journal of Engineering and AppliedSciences Vol 4:3.

Effendy,M. 2005. Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompresor Terhadap PrestasiKerja Mesin Pendingin AC, Jurnal. Surakarta: Jurnal Media Mesin Vol.6No.2 2005.

Huang, B. J., Chin, C.J., Duang, C.L. 2000. A design method of thermoelectriccooler. International Journal of RefrigerationVolume 23, Issue 3, May 2000,Pages 208–218.

Indartono, Y. S. 2006. Pendingin Alami City of The Viking King (III), Internet.http: //www.indeni.org, 23 Maret 2008, Berita Iptek.

Indartono, Y. S. 2006. Perkembangan Terkini Teknologi Refrijerasi (I), Internet.http: //www.beritaiptek.com, 23 Maret 2008.

Jamal & Firman. 2011. Analisis Kinerja Pendingin Udara Alternatif yangMemanfaatkan Energi Laten Es dengan Dua Heat Exchanger. Jurnal TeknikMesin SINERGI No. 1, Tahun 9, April 2011.

Martinez, Isidoro. 2015. Properties of Secondary Refrigerant. Personal Blogspot:isidoro_martinez.com. diakses pada tanggal 15 Agustus 2015.

Nasution, H. 2007. Aplikasi Kendali Logika Fuzzy pada Sistem PendinginBangunan Sebagai Upaya Penghematan Energi, Jurnal. Jogja: Jurnal AES,2007.

Nasution, H. 2007. Penghematan Energi pada Sistem Pendingin BangunanDengan Menggunakan Kendali Logika Fuzzy, Jurnal. Bandung: Jurnal Race,2007.

Sumardi, K. 2011. Reformulasi Larutan Antibeku sebagai Refrigeran Sekunderpada Sistem Refrigerasi. http://repository.upi.edu/operator/upload/kamin_reformulasi_larutan_anti_beku.pdf. Diakses pada 28 Mei 2013

Wibowo, D.B. dan Subri, M. 2006. Pengaruh Variasi Massa Refrigeran R-12 danPutaran Blower Evaporator Terhadap COP pada Sistem PengkondisianUdara Mobil, Jurnal. Bandung: Jurnal Traksi, Vol.4 No.1 2006.

Yusuf, M.S. 2008. Lapisan Ozon Menipis Kehidupan Diambang Bahaya, Internet.http://www.bekasinews.com, 23 Maret 2008.

24

LAMPIRAN-LAMPIRAN

Lampiran 1. Dokumentasi Penelitian

Gambar 10. Termoelektrik sumber dingin

Gambar 11. Power suplai DC, pompa sirkulasi, bak pendingintermoelektrik, & alat ukur

25

Gambar 12. Instalasi pengukuran temperatur dengan sistem data logger

Gambar 13. Proses pengerjaan bak pendingin termoelektrik

26

Gambar 14. Instalasi Pengujian Lengkap

27

Lampiran 2. Tabel Pengujian Kinerja Mesin Pendingin Alternatif

Tabel 1. Tabel Pengujian Kinerja Mesin Pendingin dengan Refrijeran Antibeku (Campuaran Air-Garam 25%)

No.

Wak

tu (

men

it) Temp.

RefrijeranAntibeku

(oC)

Debit / AliranRefrijeran

Temp. Udara di'Evaporator' (oC)

Temperatur Udara Ruangan(oC)

Daya(AC)

Blower'Evaporator'

Daya(AC)

PompaDaya

Termoelektrik

TRin TRout V (ltr) t (s)TUev_in TUev_out TUr1 TUr2 TUr3 TUr4 TUr5 VE

(V)IE (A)

Vp

(V)Ip (A)

VT

(V)IT (A)

1 0.0 4.0 15.0 1.0 72.0 24.1 19.5 20.0 23.2 23.5 22.4 22.0 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.02 10.0 4.2 14.6 1.0 72.0 22.5 17.8 19.4 21.5 21.8 20.7 20.3 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.03 20.0 4.1 13.0 1.0 75.0 20.8 16.1 17.7 19.8 20.1 19.0 18.6 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.04 30.0 4.5 13.2 1.0 72.0 19.3 14.8 16.4 18.5 18.5 17.7 17.3 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.05 40.0 4.3 12.8 1.0 74.0 18.7 14.1 15.7 17.8 17.8 17.0 16.6 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.06 50.0 4.2 12.7 1.0 72.0 18.0 13.2 14.8 16.9 16.9 16.1 15.7 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.07 60.0 4.1 11.0 1.0 73.0 17.2 12.8 14.4 16.5 16.5 15.7 15.3 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.08 70.0 4.4 10.2 1.0 72.0 15.9 10.4 12.0 14.1 14.1 13.3 12.9 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.09 80.0 4.5 9.2 1.0 72.0 14.9 9.3 10.9 13.0 13.0 12.2 11.8 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.0

10 90.0 4.5 8.1 1.0 72.0 14.7 9.4 11.0 13.1 13.1 12.3 11.9 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.011 100.0 4.6 7.7 1.0 72.0 14.8 9.3 10.9 13.0 13.0 12.2 11.8 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.0

12 110.0 4.4 7.7 1.0 72.0 14.7 9.3 10.9 13.0 13.0 12.2 11.8 220.0 1.5 220.0 0.15 12.0 18.0

28

Tabel 2. Tabel Pengujian Kinerja Mesin Pendingin dengan Refrijeran Antibeku (Campuaran Air-Glicol 50%)

No.

Wak

tu(m

enit

)Temp.

RefrijeranAntibeku (oC)

Debit / AliranRefrijeran

Temp. Udara di'Evaporator'

(oC)Temperatur Udara Ruangan (oC)

Daya(AC)

Blower'Evaporator'

Daya(AC)

PompaDaya

Termoelektrik

TRin TRout V (ltr) t (s)TUev_in TUev_out TUr1 TUr2 TUr3 TUr4 TUr5 VE

(V)IE

(A)Vp (V)

Ip

(A)VT

(V)IT

(A)1 0.0 3.0 14.2 1.0 80.0 24.0 18.4 23.5 22.4 20.0 22.0 23.2 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.02 10.0 3.2 13.7 1.0 83.0 23.5 17.3 21.0 22.3 22.1 21.6 19.2 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.03 20.0 3.1 13.5 1.0 85.0 21.2 16.0 19.7 17.9 21.0 20.8 20.3 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.04 30.0 3.5 12.5 1.0 83.0 19.5 15.0 18.7 16.9 20.0 18.5 19.3 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.05 40.0 3.3 11.8 1.0 87.0 18.4 14.1 17.8 16.0 19.1 17.6 18.4 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.06 50.0 3.2 11.7 1.0 89.0 17.9 13.2 16.7 17.5 15.1 16.9 18.2 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.07 60.0 3.1 10.0 1.0 88.0 17.2 11.9 15.4 16.2 13.8 15.6 16.9 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.08 70.0 3.4 9.2 1.0 90.0 16.0 10.5 14.0 14.8 12.4 14.2 15.5 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.09 80.0 3.5 7.8 1.0 87.0 14.9 9.3 11.0 12.4 11.5 13.0 14.0 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.010 90.0 3.5 7.1 1.0 87.0 14.7 9.4 10.0 10.3 10.7 11.0 12.1 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.011 100.0 3.6 6.7 1.0 87.0 14.8 9.3 9.7 9.8 9.0 9.5 11.0 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.0

12 110.0 3.4 6.7 1.0 87.0 14.7 9.3 8.8 8.7 8.9 9.0 10.0 220.0 1.5 220.0 0.17 12.0 18.0

29

Lampiran 3. Tabel Hasil Perhitungan Uji Kinerja Mesin Pendingin Alternatif

Tabel 3. Hasil Perhitungan Uji Kinerja Mesin Pendingin dengan Refrijeran Antibeku (Campuaran Air-Garam 25%)

W te W p W B_ev

(oC) (K) (kg/m

3) (kJ/kgK) (kg/s) (kJ/s) Tur (

oC) (kW) (kW) (kW) COP

9.5 11.0 1152 3.310 1.21E-08 0.583 22.2 0.216 0.033 0.33 2.349.4 10.4 1152 3.310 1.21E-08 0.551 22.1 0.216 0.033 0.33 2.218.6 8.9 1152 3.310 1.16E-08 0.452 19.0 0.216 0.033 0.33 1.828.9 8.7 1152 3.310 1.21E-08 0.461 17.7 0.216 0.033 0.33 1.858.6 8.5 1152 3.310 1.17E-08 0.438 17.0 0.216 0.033 0.33 1.768.5 8.5 1152 3.310 1.21E-08 0.450 16.1 0.216 0.033 0.33 1.817.6 6.9 1152 3.310 1.19E-08 0.360 15.7 0.216 0.033 0.33 1.457.3 5.8 1152 3.310 1.21E-08 0.307 13.3 0.216 0.033 0.33 1.236.9 4.7 1152 3.310 1.21E-08 0.249 12.2 0.216 0.033 0.33 1.006.3 3.6 1152 3.310 1.21E-08 0.191 12.3 0.216 0.033 0.33 0.776.2 3.1 1152 3.310 1.21E-08 0.164 12.2 0.216 0.033 0.33 0.666.1 3.3 1152 3.310 1.21E-08 0.175 12.2 0.216 0.033 0.33 0.70

Kalor diserap oleh Refrijeran antibeku KinerjaSistem

Temp.RerataUdara

Suplai Energi Listrik

30

Tabel 4. Hasil Perhitungan Uji Kinerja Mesin Pendingin dengan Refrijeran Antibeku (Campuaran Air-Glicol 50%)

W te W p W B_ev

(oC) (K) (kg/m

3) (kJ/kgK) (kg/s) (kJ/s) Tur (

oC) (kW) (kW) (kW) COP

8.6 11.2 1066 3.570 1.17E-08 0.533 22.0 0.216 0.0374 0.33 2.108.5 10.5 1066 3.570 1.13E-08 0.481 21.7 0.216 0.0374 0.33 1.908.3 10.4 1066 3.570 1.1E-08 0.466 19.5 0.216 0.0374 0.33 1.848.0 9.0 1066 3.570 1.13E-08 0.413 18.5 0.216 0.0374 0.33 1.637.6 8.5 1066 3.570 1.08E-08 0.372 17.6 0.216 0.0374 0.33 1.477.5 8.5 1066 3.570 1.05E-08 0.363 16.6 0.216 0.0374 0.33 1.436.6 6.9 1066 3.570 1.07E-08 0.298 15.3 0.216 0.0374 0.33 1.186.3 5.8 1066 3.570 1.04E-08 0.245 13.9 0.216 0.0374 0.33 0.975.7 4.3 1066 3.570 1.08E-08 0.188 12.0 0.216 0.0374 0.33 0.745.3 3.6 1066 3.570 1.08E-08 0.157 10.5 0.216 0.0374 0.33 0.625.2 3.1 1066 3.570 1.08E-08 0.136 9.5 0.216 0.0374 0.33 0.545.1 3.3 1066 3.570 1.08E-08 0.144 8.9 0.216 0.0374 0.33 0.57

KinerjaSistem

Kalor diserap oleh Refrijeran antibeku Temp.RerataUdara

Suplai Energi Listrik

31

Lampiran 4. Sifat-sifat Termodinamika Refrijeran Antiibeku

Sumber: IsodoroMartinez.com

32

Lampiran 5. Dokumen Kegiatan Diseminasi Internal Politeknik

33

34