YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript

TUGAS SARJANA

UJI EKSPERIMENTAL MINYAK PELUMAS PADA KOMPRESOR HERMETIK DENGAN REFRIGERAN HCR-22

Diajukan sebagai salah satu tugas dan syarat Untuk memperoleh gelar Strata-1 (S-1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh : DWI PURWANTO NIM. L2E 302 413

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2004

1

TUGAS SARJANADiberikan kepada Dosen Pembimbing Jangka Waktu Judul Isi Tugas : Nama : Dwi purwanto NIM : L2E 302 413 : 1. Dr. Ir. Berkah Fajar, Dipl, Ing 2. Ir. Bambang Yunianto, MSc : : Uji Eksperimental Minyak Pelumas pada Kompresor Hermetik dengan Viskositas 32 dan Refrigeran HCR-22 : 1. Merakit mesin pendingin yang akan digunakan dalam penelitian. 2. Melakukan pengujian dan pengambilan data dari prestasi kerja mesin pendingin dan penggunaan pelumas pada kompresor hermetik selama 2000 jam. 3. Melakukan pengujian dan analisa minyak dan pelumas serta analisa visual kompresor perhitungan data

Semarang,

Pebruari 2004

Dosen Pembimbing II

Dosen Pembimbing I

Ir. Bambang Yunianto, MSc NIP : 131 668 514

Dr. Ir. Berkah Fajar, Dipl, Ing NIP : 131 668 482

2

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Sarjana dengan judul Uji Eksperimental Minyak Pelumas pada Kompresor Hermetik Dengan Viskositas 32 dan Refrigeran HCR-22 telah diperiksa dan disetujui pada : Hari Tanggal : :

Oleh Dosen Pembimbing II Dosen Pembimbing I

Ir. Bambang Yunianto, MSc NIP : 131 668 514 Mengetahui,

Dr. Ir. Berkah Fajar, Dipl, Ing NIP : 131 668 482

Koordinator Tugas Akhir

Ir. Bambang Yunianto, MSc NIP : 131 668 514

3

ABSTRAKSemakin meningkatnya kesadaran akan pentingnya teknologi yang ramah lingkungan saat ini mendorong para ilmuwan untuk menciptakan teknologi baru disegala bidang. Bidang refrigerasi dan pengkondisian udara (air conditioning) juga tidak terlepas dari perkembangan ini. Penggunaan refrigeran CFC dan HCFC yang relatif merusak lingkungan sudah mulai dikurangi, bahkan beberapa tahun lagi diharapkan refrigeran jenis ini tidak lagi digunakan secara menyeluruh di seluruh dunia. Sebagai konsekuensinya diperlukan adanya refrigeran pengganti bagi CFC dan HCFC. Refrigeran berbahan dasar hidrokarbon saat ini mulai banyak dilirik kembali sebagai salah satu alternatif pengganti, namun masih diperlukan banyak penelitian dan percobaan untuk dapat meningkatkan performa dan faktor keamanannya agar dapat menggantikan refrigeran CFC dan HCFC. Salah satu hal yang perlu mendapatkan perhatian adalah pemilihan jenis minyak pelumas yang sesuai dan pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan kombinasi yang sesuai antara refrigeran yang digunakan dengan berbagai variasi viskositas minyak pelumas. Uji eksperimental dilakukan pada kompresor hermetik dengan menggunakan minyak pelumas Kompen dengan viskositas 100 dengan refrigeran HCR-22. Pengujian ini sendiri dilaksanakan selama 2000 jam non stop. Setelah pengujian selesai, kemudian dilakukan penelitian dan analisa terhadap minyak pelumas untuk mengetahui kondisinya setelah beroperasi selama 2000 jam dan juga dilakukan pemeriksaan pada komponen komponen kompresor untuk mengetahui pengaruhnya. Hasil yang diperoleh dari pengujian ini yaitu adanya penurunan viskositas dari pelumas menjadi 90,59 cSt dari nilai viskositas semula yaitu 100,1 cSt dan pada minyak pelumas terdapat wear metal berupa Al (1 ppm), Cu (2 ppm), Fe (2 ppm) dan Si (2 ppm).

4

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tugas Sarjana ini Kupersembahkan untuk Orang Tuaku yang Aku Hormati dan Aku Sayangi

Sesungguhnya Allah SWT tidak merubah keadaan suatu kaum sehingga mereka merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri(Q.S. Ar rad : 11).

5

KATA PENGANTAR

Puji syukur senantiasa kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya serta sholawat dan salam tidak lupa kita sampaikan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa manusia menuju jalan yang lurus dan diridhoi Allah swt. Laporan Tugas Sarjana ini diberi judul Uji Eksperimental Minyak Pelumas Kompresor Hermetik dengan Viskositas 32 dan Refrigeran HCR-22. Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat yang dibebankan pada setiap mahasiswa yang mengambil mata kuliah Tugas Akhir di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang. Pada kesempatan ini, Penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Ir. Berkah Fajar, Dipl, Ing selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 2. Dr. Ir. Berkah Fajar, Dipl, Ing selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, membantu dan mengarahkan selama penulis menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Ir. Bambang Yunianto, MSc selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan, nasehat dan petunjuknya sehingga Tugas Sarjana ini dapat terselesaikan. 4. Ir. Bambang Yunianto, MSc selaku Dosen Wali dan Dosen Koordinator tugas sarjana . 5. Teman-teman di Team Kulkas, Rizky, Budi, Momiek, Fajar, Dani, Anom, and Derry, i hope after this Battle, we can achieve greatness.

6

6. My Palls di Kramast Enterprise, Atmo Pak Kost, Derry, Momiek, Pak Dhe and Puji yang selalu memberikan support dan gasaannya disaat senang dan susah. 7. Rekan - rekan angkatan 98 yang selalu kompak hingga sekarang dan mudahmudahan hingga setelah lulus kita selalu kompak. 8. Seluruh dosen dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmunya dan staff Tata Usaha. 9. Bapak Joko, ST selaku penanggung jawab Laboratorium Fenomena Dasar 10. Mas Broto, selaku penanggung jawab Laboratorium Prestasi Mesin. 11. Semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, sehingga dengan lapang dada penulis akan menerima kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhir kata penulis mengucapkan semoga laporan Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat bagi semua pembaca.

Semarang,

Desember 2003

Penulis

7

DAFTAR ISI Halaman Judul Halaman Tugas Sarjana Halaman Pengesahan Halaman Abstrak Halaman Persembahan Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Batasan Masalah 1.4 Tujuan Penulisan 1.5 Metodologi Penelitian 1.6 Sistematika Penulisan Laporan BAB IIDASAR TEORI 2.1 2.2 REFRIGRASI DALAM KEHIDUPAN MANUSIA DAUR KOMPRESI UAP 5 5 1 2 3 3 3 4 i ii iii iv v vi vii xii xv

8

2.2.1 2.2.2 2.2.3

Daur Refrigarasi Carnot daur Kompresi Uap standar Daur Kompresi Uap Nyata 2.2.4 Analisa Matematis Siklus Kompresi Uap 2.2.4.1 Proses Pencekikan (Throttling Process) 2.2.4.2 Koefisien Prestasi (COP)

6 8 11 12

2.2.5

Komponen Utama Kompresi Uap 2.2.5.1 Kompresor 2.2.5.2 Kondensor 2.2.5.3 Evaporator 2.2.5.4 Pengering (drier) dan Saringan (strainer) 2.2.5.5 Alat Expansi

12 12 13 14 15 16 17 18 19 23 24 25 26 33 36 37

2.3 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.4 2.4.1

KOMPRESOR 2.3.1 Kompresor torak kompresor Rotari Kompresor Sekrup Kompresor Terbuka Kompresor semi Hermetik Kompresor Hermetik REFRIGERAN Refrigeran Hydrocarbon 2.4.1.1 Keuntungan Refrigeran Hydrocarbon 2.4.1.3 Aspek Keamanan Penggunaan Refrigeran Hydrocarbon 2.4.1.4 Kompatabilitas dengan Minyak Pelumas 38

2.4.1.2 Aspek Lingkungan Refrigeran Hydrocarbon 37 37 39 40 41

2.5 2.5.1 2.5.2

MINYAK PELUMAS Fungsi Minyak Pelumas Bahan Dasar Minyak Pelumas

9

2.5.3 2.5.3.2 2.5.3.3 2.5.3.4 2.5.3.5

Sifat-sifat Dasar Minyak Pelumas 2.5.3.1 Viskositas Minyak Pelumas Indeks Viskositas Titik Nyala Minyak Pelumas Titik Tuang Minyak Pelumas Warna Minyak Pelumas 2.5.3.6 Oksidasi pada Minyak Pelumas 2.5.3.7 Keasaman dari Minyak Pelumas

42 42 44 44 45 45 46 47 47 49 49 51 51 52 52

2.5.4 2.5.5 2.5.6

Bahan Tambahan Minyak Pelumas Kontaminan Minyak Pelumas 2.5.5.1 Efek Kontaminasi Jenis Pelumas 2.5.6.1 Pelumasan Hydrodinamika 2.5.6.2 Pelumasan Tipis (Thin Film Lubrication) 2.5.6.3 Pelumasan batas (Boundary Lubrication)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 54 3.1 3.2 3.3 Pendahuluan Penentuan Parameter-parameter Pengukuran Tahap Persiapan Instalasi 55 3.3.1 Persiapan Peralatan Refrigerasi 55 3.3.1.1 Lemari ES 3.3.1.2 Pelumas 3.3.1.3 3.3.1.4 Pengisian refrigerant 57 Menguji Kebocporan pada Instalasi 58 Penambahan bagian-bagian pada Unit 56 Pembuangan dan Pengisian Minyak 56 54 54

10

3.3.2

Persiapan Alat dan Bahan yang digunakan 59 3.3.2.1 Peralatan Pengujian 59

3.3.3 3.3.4 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4

Persiapan Analisa Minyak Pelumas 64 Persiapan Analisa Secara Visual pada Bagian-bagian Kompresor 64 65 65

Tahap Kalibrasi Alat Ukur Pressure Gauge Panel Meter 65

Tahap Pengujian Refrigerator selama 2000 jam Non-Stop 66 Tahap Analisa Minyak Pelumas 67 Analisa Viskositas 67 Analisa Metal Content Analisa Water Content dan Soot 69 Analisa TAN ( Total Acid Number ) 70 68

BAB IV

PENGAMBILAN DATA DAN ANALISA DATA 4.1 Data Pengujian Refrigerator Selama 2000 jam Non-Stop

72 72

4.1.1

Data Pengujian Temperatur 72 Temperatur 4.1.1.2 Temperatur T1 73 T2

11

73 4.1.1.3 Temperatur T374 74 4.1.1.4 Temperatur 74 4.1.2 Data Pengujian Tekanan 75 Tekanan P1 75 Tekanan P2 75 Tekanan P3 76 Tekanan P4 76 4.1.3 4.1.4 Lingkungan 4.2 Analisa Data Pengujian 4.2.1 Beroperasi 2000 jam 4.2.1.1 Perhitungan COP 4.2.1.2 Analisa Pengaruh Daya terhadap COP 4.2.1.3 Analisa Pengaruh Tlingkungan terhadap COP 4.3 Data Hasil Pengujian Pelumas di Laboratorium Pertamina 81 81 80 Data Peenganpan Daya 77 Data 77 78 Analisa Pengujian Refrigerator selama 78 78 Pengamatan Temperatur T4

12

4.4 Analisa Data Pengujian Pelumas di Laboratorium 83 4.4.1 Analisa Hasil Pengujia Pelumas 83 4.4.1.1 Analisa Viskositas Pelumas 4.4.1.2 Analisa TAN 4.4.1.3 Analisa soot dan water content 4.4.1.4 Analisa Metal content 4.4.2 2000 jam Kompresor setelah bekerja selama 85 83 84 84 84

Analisa Visual PengaruhTerhadap

BAB VII

KESIMPULAN DAN SARAN 7.1 Kesimpulan 7.2 Saran

89 89 90 91

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

13

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 : (a) mesin carnot (b) diagram suhu-entropi mesin kalor Carnot Gambar 2.2 : (a) daur refrigerasi Carnot (b) diagram suhu-entropi daur refrigerasi carnot Gambar 2.3 : (a) daur kompresi uap standar (b) daur kompresi uap standar dalam diagram tekanan- entalpi (c) diagram aliran Gambar 2.4 : Daur kompresi uap nyata dibandingkan daur standar Gambar 2.5 : Kondensor tipe pipa dengan plat besi berpendingin udara Gambar 2.6 : Evaporator sistem langsung Gambar 2.7 : Saringan (Stainer) Gambar 2.8 : Pipa kapiler Gambar 2.9 : kompresor torak Gamabr 2.10 : Kompresor Rotari dengan daun pisau tetap Gambar 2.11 : Kompresor Rotari dengan daun pisau berputar Gambar 2.12 : Kontuksi dari kompresor sekrup Gambar 2.13 : Mekanisme dari kompresor sekrup Gambar 2.14 : Kompresor terbuka Gambar 2.15 : Penampang kompresor semi Hemetik Gambar 2.16 : Kompresor Hermetik Gambar 2.17 : Potongan suction chamber Gambar 2.18 : Suction tube Gambar 2.19 : A. Katub suction ; B. Katub discharge Gambar 2.20 : Piston Gambar 2.21 : Connecting rod Gambar 2.22 : Potongan discharge chamber Gambar 2.23 : (a) Rotor ; (b) Stator Gambar 2.24 : Rumah kompresor Gambar 2.25 : crank shaft 7 7 8 8 9 9 9 11 14 15 16 17 19 21 22 23 24 25 26 27 27 28 28 28 28 29 29 29 30

14

Gambar 2.26 : Internal discharge tube Gambar 2.27 : Oil discharge tube Gambar 2.28 : Potongan discharge tube accumulator Gambar 2.29 : suction tube Gambar 2.30 : (A) Discharge tube ; (B) Pipa pengisian refrigerant Gambar 2.31 : Syarat terjadinya penyalaan Gambar 2.32 : Penambahan aditif pada lube base oil menjadi pelumas Gambar 2.33 : Perubahan Viskositas disebabkan kenaikan suhu dari suatu minyak pelumas Gambar 2.34 : Proses oksidasi pelumas Gambar 2.35 : Koefesien gesek sebagi fungsi dari (ZN/P) Gambar 2.36 : Hydrodinamic Lubrication Gambar 2.37 : Pembentukan wedge pada pelumasam hidrodinamika Gambar 2.38 : Pelumasan tipis / Thin Film Lubrication Gambar 2.39 : Pelumasan batas Gambar 3.1 : Skema instalasi peralatan pengujian Gambar 3.2 : Panel peralatan pengujian Gambar 3.3 : Kompresor Hermetik Gambar 3.4 : Evaporator permukaan datar (Plate Surfrace Evaporator) Gambar 3.5 : Kondensor dengan pipa dan pelat besi Gambar 3.6 : Pipa kapiler Gambar 3.7 : Strainer (saringan) dengan satu lubang Gambar 3.8 : Termometer paying Gambar 3.9 : Pengukur tekanan tinggi Gambar 3.10 : Pengukur tekanan rendah Gambar 3.11 : Panel meter Gambar 3.12 : Viscometer Gambar 3.13 : ICP (Inductively Coupled Plasma) Gambar 3.14 : FTIR ( Fourier Transform Infra Red) Gambar 3.15 : Titrimeter Gambar 4.1 : Grafik temperatur T1 pada mesin pendingin

30 30 31 31 31 38 41 43 46 51 51 52 52 53 56 59 60 61 61 61 61 62 62 63 63 68 69 70 71 73

15

Gambar 4.2 : Grafik temperatur T2 pada mesin pendingin Gambar 4.3 : Grafik temperatur T3 pada mesin pendingin Gambar 4.4 : Grafik temperatur T4 pada mesin pendingin Gambar 4.5 : Grafik tekanan P1 pada mesin pendingin Gambar 4.6 : Grafik tekanan P2 pada mesin pendingin Gambar 4.7 : Grafik tekanan P3 pada mesin pendingin Gambar 4.8 : Grafik tekanan P4 pada mesin pendingin Gambar 4.9 : Grafik Power / Daya selama 2000 jam Gambar 4.10 : Grafik Tlingkungan selama 2000 jam Gambar 4.11 : Grafik COP rata-rata selama 2000 jam operasi Gambar 4.12 : Grafik pengaruh Daya terhadap COP Gambar 4.13 : Grafik pengaruh Tlingkungan terhadap COP Gambar 4.14 : Komponen klep luar kepala silinder sebelum pengujian Gambar 4.15 : Komponen klep luar kepala silinder setelah digunakan selama 2000 jam Gambar 4.16 : Komponen klep dalam kepala silinder sebelum pengujian Gambar 4.17 : Komponen klep dalam kepala silinder setelah digunakan selama 2000 jam Gambar 4.18 : Piston Gambar 4.19 : Silinder Gambar 4.20 : Poros kruk as

73 74 74 75 75 76 76 77 78 79 80 81 85 86 86 87 87 87 88

16

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 : Beberapa senyawa halocarbon Tabel 2.2 : Beberapa senyawa anorganik Tabel 2.3 : Beberapa senyawa Hidrokarbon Tabel 2.4 : Perbandingan ODP dan GWP berbagai refrigerant Tabel 4.1 : Data pelumas sebelum pengujian Tabel 4.2 : Data pelumas setelah pengujian Tabel 4.3 : Hasil pengujian viscositas minyak pelumas kompen 32 setelah bekerja selama 2000 jam Tabel 4.4 : Hasil pengujian metal content pada kompen 32 HCR-22. 83 85 34 34 35 37 82 82

17

NOMENKLATUR

Simbol

Keterangan Metal Content Soot Water Content

Satuan (ppm) (A/.1mm) (%) (kJ/kg) (Ampere) (Psia) (Watt) (kJ/kg K) (oC) (mg KOH/g) (oC) (oC) (Volt) (SAE)

h i p P s T TAN Tfp Tpp v V VG

Entalpi Kuat Arus Tekanan Daya Entropi Temperatur Total Acid Number Flash Point Pour Point Tegangan Viscosity Grade

Kinematic Viscosity (cSt)

18

BAB I PENDAHULUAN

1. 1

LATAR BELAKANG Belakangan ini penggunaan alternatif refrigeran telah meningkatkan nilai dari

sistem disain baru untuk refrigeran alami. Peningkatan perpindahan panas dan pengoptimalisasian sistem disain sering membutuhkan penggunaan akan teknologi pelumasan baru untuk memaksimalkan effisiensi operasional. Ada kecenderungan dalam industri refrigerasi terhadap penggunaan refrigeran alami. Hidrokarbon, karbondioksida dan amonia semua terbukti sebagai refrigeran yang dapat digunakan. Kelompok itu juga dapat digunakan sebagai alternatif yang dapat diterima untuk HFC (hydrofluorocarbon) dan HCFC (hydroclhorofluorocarbon) dalam beberapa aplikasi. Dengan batas waktu untuk HCFC semakin dekat, peralihan ke refrigeran alami adalah momen yang tepat. Perubahan ini merupakan bukti utama di eropa utara dimana beberapa negara sedang mempertimbangkan larangan total terhadap penggunaan HFC. Pada satu waktu, karbondioksida telah luas penggunaannya sebagai refrigeran. Refrigeran ini berharga murah, tidak mudah terbakar dan gas ini berkadar racun rendah. Bagaimanapun juga, temperatur kritis yang rendah dan effisiensi cycle yang rendah dari karbondioksida telah membatasi penggunaannya dalam sistem refrigerasi. Amonia dan propana telah lama digunakan sebagai refrigeran penting dan telah diketahui oleh sebagian besar orang dalam industri refrigerasi. Keuntungan dari refrigeran ini meliputi ketersediaannya, harga yang murah, ramah lingkungan dan efek refrigerating yang cukup besar. Titik didih yang rendah dari amonia dan propana memungkinkan temperatur refrigerasi dibawah nol tanpa memerlukan tekanan subatmosfer di evaporator. Pelumas telah berkembang untuk peningkatan properties dengan karbondioksida, amonia dan refrigeran hidrokarbon. Kemampuan untuk bercampur,

19

daya larut dan mencair dalam temperatur rendah adalah parameter kritis untuk pelumas dalam aplikasi ini. Begitu pula pelumas sintetis yang telah ada dalam 50 tahun terakhir. Kemajuan dan pembersihan yang berkesinambungan dalam bidang teknologi telah mengantarkan ke pengembangan produk dengan peningkatan stabilitas, temperatur cair rendah, penurunan kecenderungan berbusa dan penguapan yang rendah. Pembaharuan kepentingan dalam produk refrigeran telah mengantarkan kepada pengembangan pemakaian yang cepat dimana teknologi pelumasan dapat memainkan peranan penting dalam performa sistem. Suatu kombinasi baru dari refrigeran dan pelumas telah menawarkan solusi yang aman untuk lingkungan pada masa kini sejalan dengan effisiensi energi yang signifikan dan perbaikan kapasitas sistem. 1.2 PERUMUSAN MASALAH Perumusan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini adalah pengujian ketahanan kompresor dan pengujian karakteristik kombinasi penggunaan refrigeran dan pelumas pada suatu mesin pendingin. Uji ketahanan ini menggunakan kompresor hermetik untuk mempelajari kemampuan penggunaan gabungan bahan kimia dan meterial yang dipakai dari bagianbagian yang ditujukan untuk refrigeran dan pelumas. Pengujian ini memberikan gambaran dari ketahanan kompresor setelah digunakan dalam jangka waktu yang cukup lama. Dengan mempertimbangkan sifatsifat dari material-material pada kompresor dalam keadaan refrigeran dan pelumasnya bekerja pada suhu dan tekanan yang relatif tinggi. Pengujian ini juga menggunakan pemakaian kombinasi dari pelumas Kompen 32, 46, 68 dan 100 dengan refrigeran HCR - 12 dan HCR - 22. Pengujian ini dilakukan selama 2000 jam setelah itu dilakukan inspeksi terhadap kerusakan-kerusakan pada material yang tercatat sewaktu pengambilan data seperti yang disebabkan oleh suhu dan bahan kimia.

20

Percobaan ini mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Sukumar Devotta, Nitin N. Sawant, Shaelish N. Joshi, dengan judul Life Cycle Testing Of Hermetic Compressor with Alternative to CFC-12, dimana penelitian mereka mengacu pada penelitian dari pengembangan yang dilakukan di Research Center for Refrigeration and Heat Pumps Ltd yang bekerja sama dengan University of Hannover, Germany. 1.3 PEMBATASAN MASALAH Analisa penggunaan minyak pelumas Kompen dengan viskositas 100 dan refrigeran HCR - 22. 1.4 TUJUAN Tujuan Khusus 1. Mengetahui efek pemakaian kombinasi refrigeran dan pelumas terhadap bagian - bagian kompresor 2. Sampling pelumas: - Mengetahui kadar keasaman dari pelumas - Mengetahui kandungan logam pelumas - Mengetahui viskositas kinetik setelah pengujian - Mengetahui kandungan air dan kadar kerak dari pelumas Tujuan Umum Mengetahui ketahanan kompresor hermetik yang digunakan. 1.5 METODE PENELITIAN Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian ketahanan kompresor hermetik dan pengujian karakteristik kombinasi pelumas dan refrigeran adalah: a. Studi Pustaka Dalam kaji eksperimental ini, studi pustaka sangat penting untuk mengetahui dasar teori yang berkaitan dengan masalah diatas.

21

Adapun studi pustaka ini diperoleh dari beberapa literatur, baik berupa bukubuku perpustakaan, karya ilmiah maupun skripsi yang berhubungan dengan pengujian ini. b. Perancangan dan Pembuatan Alat Sebelum pengujian ini tentunya perlu dilakukan perancangan alat dan instalasi terlebih daluhu yang sesuai dengan spesifikasi kompresor hermetik yang dipilih. c. Pengambilan Data dan Analisa Pengujian ini dilakukan dengan pengambilan data, pengolahan dan analisa data serta menarik kesimpulan dari hasil pengujian yang dilakukan. 1. 6 SISTEMATIKA PENULISAN

Untuk mempermudah memahami penulisan tugas akhir ini perlu disusun sitematika penulisan yang meliputi: BAB I PENDAHULUAN Bab I ini berisi latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan serta sistematika penulisan tugas akhir. BAB II DASAR TEORI Bab II ini berisi dasar dasar teori dari kompresor, pelumas, daur kompresi uap dan refrigran. BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bab III ini berisi langkah langkah mulai dari instalasi alat sampai dengan metode pemeriksaan pelumas hasil pengujian di LAB. PERTAMINA. BAB IV BAB V DATA dan ANALISA DATA Bab IV ini berisi data hasil pengujian dan analisa dari data tersebut. PENUTUP Bab V ini berisi kesimpulan dan saran.

22

BAB II DASAR TEORI

1.1

REFRIGERASI DALAM KEHIDUPAN MANUSIA Refrigerasi adalah proses pendinginan, biasanya ke temperatur jauh dibawah

titik beku air. Refrigerasi ini telah digunakan untuk mengawetkan makanan dan meningkatkan kenyamanan manusia. Pada zaman dahulu, artian refrigerasi hanya yang tersedia atau yang didapat dari alam, seperti halnya goa dingin, air dingin, dan es yang dikumpulkan dan disimpan untuk digunakan pada saat udara panas. Dengan adanya pengembangan mekanis untuk mendapatkan dan menjaga udara pada temperatur rendah, kegunaan refrigerasi pada saat ini telah menjadi sangat penting, sehingga kehidupan moderen kita akan tidak mungkin tanpa adanya refrigerasi. Pengelolaan es untuk barang-barang yang tidak tahan lama, gudang penyimpanan dingin, makanan beku, semuanya dimungkinkan karena refrigerasi mekanis, yang pelayanannya akan memungkinkan keanekaragaman makanan sepanjang tahun akan tetap ada. Pemakaiannya dalam Air-Conditioner memungkinkan untuk mengatasi udara panas seperti di Indonesia ini untuk perkantoran, pertokoan, rumah ibadah, rumah tinggal, bioskop, dan masih banyak tempat lain yang akan sangat bergantung pada sistem refrigerasi. Refrigerasi yang telah dipakai dalam ilmu pengetahuan dan industri telah memberikan ke pengembangan dan produksi dari banyak barang-barang yang sangat berguna, dan penggunaannya pasti masih akan sangat luas untuk menambah kenyamanan dan kemudahan dalam kehidupan kita.

DAUR KOMPRESI UAP Di dalam sistem refrigerasi, daur kompresi uap merupakan daur yang terbanyak digunakan [Ref. 10, hal. 175]. Pada daur kompresi uap, uap ditekan kemudian diembunkan kembali menjadi cairan, lalu dilakukan penurunan tekanan agar cairan tersebut dapat menguap kembali.

23

1.1

Daur Refrigerasi Carnot Daur refrigerasi Carnot merupakan suatu pembatas yang tak dapat dilebihi jika

melakukan kerja diantara dua suhu tertentu Dari kajian termodinamika, daur Carnot dikenal terjadi pada mesin-mesin kalor. Daur refrigerasi Carnot berbeda dengan mesin Carnot. Prinsip kerja mesin Carnot adalah dengan menerima energi kalor pada suhu tinggi, merubah sebagian menjadi kerja, dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada suhu yang lebih rendah. Sedangkan daur refrigerasi Carnot merupakan kebalikan dari mesin Carnot. Daur refrigerasi Carnot membutuhkan kerja luar untuk dapat bekerja. Daur refrigerasi Carnot menyalurkan energi dari suhu rendah menjadi suhu yang lebih tinggi. [Ref. 11, hal. 175] Proses-proses yang membentuk daur refrigerasi Carnot adalah : 1-2. Kompresi adiabatic 2-3. Pelepasan kalor isothermal 3-4. Ekspansi adiabatic 4-1. Pemasukan kalor isothermal Seluruh proses pada daur Carnot secara termodinamika bersifat reversibel. Oleh karena itu proses 1-2 dan 3-4 bersifat isentropik. Pada daur refrigerasi Carnot, proses penyerapan kalor dari sumber bersuhu rendah pada proses 4-1 merupakan tujuan utama dari daur ini. Seluruh proses lainnya pada daur berfungsi sedemikian rupa sehingga energi bersuhu rendah dapat dikeluarkan ke lingkungan yang bersuhu lebih tinggi. Pada kenyataannya daur refrigerasi Carnot adalah suatu daur yang ideal dan tidak dapat dicapai, tetapi daur ini memberikan pedoman tentang suhu yang harus dipertahankan sehingga diperoleh keefektifan yang maksimum [Ref. 11, hal. 175].

24

.Kalor dari sumber bersuhu tinggi

2Kompresor Kerja

3

Kerja Turbin

1

4Kalor ke penyerap (lingkungan) bersuhu rendah

(a)

Suhu, oK

2 Kerja bersih 1

3

4

Entropi kJ/kg K (b) Gb. 2.1 (a) Mesin Kalor Carnot; (b) Diagram Temperatur-Entropi Mesin Kalor Carnot [Ref. 11, hal. 176]Kalor menuju lingkungan bersuhu tinggi

3 2Turbin Kerja Kerja Kompresor

1 4

1Kalor dari sumber bersuhu rendah

25

(a)

Suhu, K

3 Kerja Bersih 4

2 1

Entropi kJ/kg K (b) Gb. 2.2 (a) Daur Refrigerasi Carnot; (b) Diagram Suhu Entropi Daur Refrigerasi Carnot [Ref. 11, Hal. 179] 1.2 Daur Kompresi Uap Standar Yang perlu diperhatikan dalam daur kompresi uap standar adalah uap refrigeran yang keluar dari evaporator dan masuk ke kompresor merupakan uap jenuh pada tekanan dan temperatur penguapan. Selain itu, refrigeran yang keluar dari kondensor dan masuk ke alat ekspansi berupa cairan jenuh pada tekanan dan temperatur pengembunan. Gambar 2.3a berikut ini menyatakan skema siklus kompresi uap, siklus ini dibentuk oleh proses kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi.

26

Suhu, K

2 3

4

1

Entropi, kJ/kg . K (a)

Tekanan, kPa

Ekspansi

3

Pengembunan

2Kompresi

Penguapan

4 Entalpi kJ/kg (b) 3KONDENSOR

1

2

KATUP EKSPANSI

4

EVAPORATOR

1KOMPRESOR

(c)

27

Gb. 2.3 (a) Daur Kompresi Uap Standar; (b) Daur Kompresi Uap Standar Dalam Diagram Tekanan- Entalpi; (c) Diagram Aliran [Ref. 11, hal.185-187]

1.

Proses Kompresi Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2. Pada siklus teoritis diasumsikan mengalir refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi selama pada tekanan di jalur hisap. Pada proses ini uap refrigeran

evaporasi di kompresi sampai pada tekanan kondensasi. Proses kompresi diasumsikan isentropik sehingga pada diagram tekanan entalpi, titik 1 dan titik 2 berada pada satu garis entropi konstan. Pada titik 2 uap refrigeran berada pada kondisi superheat. Proses kompresi memerlukan kerja luar, entalpi uap naik yaitu dari h1 ke h2. Besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja mekanis yang dilakukan pada uap refrigeran. 2. Proses Kondensasi Proses 2 3 terjadi dikondensor. Uap panas refrigeran yang keluar dari kompresor didinginkan sampai pada temperatur kondensasi dan kemudian di kondensasikan. Titik 2 adalah kondisi refrigeran yang keluar dari kompresor. Pada proses 2-3 ini refrigeran mula-mula berada pada kondisi uap jenuh pada tekanan dan temperatur kondensasi yang selanjutnya akan mengalami proses kondensasi uap di dalam kondensor. Proses kondensasi terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara 2 3. Panas total ini berasal dari panas yang diserap oleh refrigeran yang menguap di dalam evaporator dan panas yang masuk karena adanya kerja mekanis pada kompresor. 3. Proses Ekspansi Proses ekspansi berlangsung dari titik 3 ke titik 4. Pada siklus standar diasumsikan tidak terjadi perubahan kondisi cairan refrigeran yang mengalir di dalam jalur cairan sampai ke throttling device. Kondisi refrigeran masuk ke alat pengontrol dinyatakan oleh titik 3. Pada proses ini terjadi penurunan tekanan refrigeran dari tekanan kondensasi titik 3 menjadi tekanan evaporasi titik 4. Pada waktu cairan diekspansikan melalui

28

alat ekspansi

ke evaporator, temperatur refrigeran

juga turun dari

temperatur kondensasi ke temperatur evaporasi. Hal ini disebabkan oleh terjadinya penguapan sebagian cairan refrigeran selama proses ekspansi. Proses 3 4 merupakan proses ekspansi adiabatik dimana entalpi fluida tidak berubah di sepanjang proses. Refrigeran kondisi campuran cair uap. 4. Proses Evaporasi Proses 4 1 adalah proses penguapan refrigeran pada evaporator. Proses ini berlangsung pada temperatur beda entalpi dan tekanan tetap. Pada titik 1 seluruh antara titik 1 dan titik 4 disebut efek refrigeran berada pada kondisi uap jenuh. Selama proses 4 1 entalpi yang diserap adalah refrigerasi (RE). 1.3 Daur Kompresi Uap Nyata Daur kompresi uap nyata mengalami pengurangan efisiensi dibandingkan dengan daur standar. Perbedaan penting antara daur nyata dan standar terletak pada penurunan tekanan didalam kondensor dan evaporator, dalam pembawahdinginan (subcooling) cairan yang meninggalkan kondensor, dan dalam pemanasan lanjut (superheat) uap yang meninggalkan evaporator. Pada daur nyata penurunan tekanan karena adanya gesekan. Akibat dari penurunan ini, kompresi pada titik 1 dan 2 memerlukan lebih banyak kerja dibandingkan dengan daur standar. pada titik 4 berada pada

29

Tekanan, kPa

Bawah dinginPenurunan tekanan

Daur nyata

3

2

Daur standar Penurunan tekanan

4

1Panas lanjut

Entalpi kJ/kgGb. 2.4 Daur Kompresi Uap Nyata Dibanding Dengan Daur Standar [Ref. 11. hal. 191]

Subcooling yang terjadi pada kondensor merupakan peristiwa yang normal dan menguntungkan karena dengan adanya proses ini maka refrigeran yang memasuki katup ekspansi seluruhnya dalam keadaan cair, sehingga menjamin efektifitas alat ini. Superheat yang terjadi pada evaporator juga merupakan sesuatu yang menguntungkan karena peristiwa ini dapat mencegah refrigeran yang masih dalam fase cair memasuki kompresor. Perbedaan terakhir pada siklus nyata kompresi yang tidak lagi isentropik dan terdapat kerugian akibat gesekan dan hal hal lain.

1.4

Analisis Matematis Siklus Kompresi Uap 2.2.4.1 Proses Pencekikan (Throttling Process) Proses ini terjadi di dalam pipa kapiler atau pada katup ekspansi. Pada proses ini tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga W = 0. Perubahan energi kinetik dan potensial dianggap nol. Proses dianggap adiabatik sehingga q = 0. Persamaan energi aliran menjadi [Ref. 12, hal. 188]:

h3 = h4 ( kJ/kg )

30

2.2.4.2 Koefisisen Prestasi (COP) Koefisien prestasi dari sistem refrigeran adalah perbandingan besarnya panas dari ruang pendingin (efek refrigerasi) dengan besarnya kerja yang dilakukan kompresor. Koefisien prestasi (COP) dirumuskan sebagai berikut[Ref. 12 hal. 187] :

COP =

h1 - h4 h2 -h1

1.5

Komponen Utama Siklus Kompresi Uap Komponen utama dari daur kompresi uap yang penting yaitu bagian yang dialiri

bahan pendingin diantaranya adalah kompresor, kondensor, evaporator, pengering dan saringan, serta alat ekspansi yang dapat berupa pipa kapiler. 1.5.1 Kompresor

Kompresor adalah bagian yang terpenting dari lemari es. Pada tubuh manusia kompresor dapat diumpamakan sebagai jantung yang memompa darah ke seluruh tubuh kita. Sedangkan kompresor menekan bahan pendingin ke semua bagian dari sistem. Kompresor pada sistem refrigerasi berfungsi untuk: 1. Menurunkan tekanan di dalam evaporator, sehingga bahan pendingin cair di evaporator dapat menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap panas lebih banyak dari ruang di dekat evaporator. 2. Menghisap bahan pendingin gas dari evaporator dengan suhu rendah dan tekanan rendah lalu memampatkan gas tersebut sehingga menjadi gas suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kemudian mengalirkannya ke kondensor, sehingga gas tersebut dapat memberikan panasnya kepada zat yang mendinginkan kondensor lalu mengembun [Ref. 5, hal. 75].

31

Sehingga dengan kata lain, pada sistem refrigerasi kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan, sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu bagian ke lain bagian dari sistem. Karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah, maka bahan pendingin cair dapat mengalir melalui alat pengatur bahan pendinginan (pipa kapiler) ke evaporator. 1.5.2 Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor. Kondensor seperti namanya adalah alat untuk membuat kondensasi dari bahan pendingin gas atau refrigeran dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi, sehingga berubah wujudnya dari gas menjadi cair. Pada saat bekerja, refrigeran di dalam kondensor akan mengeluarkan kalor yang telah diserap dari evaporator dan panas yang ditambahkan oleh kompresor. Kondensor ditempatkan diantara kompresor dan alat pengatur bahan pendingin (pipa kapiler), jadi pada sisi tekanan tinggi dari sistem. Kondensor pada sistem pendingin biasanya terletak dibagian luar dan berhubungan langsung dengan medium pendinginnya yang dapat berupa udara dan juga air. Hal ini dimaksudkan agar panas refrigeran dapat dibuang keluar. Dengan adanya pendingin yang baik pada bagian kondensor akan membantu memperlancar terjadinya proses-proses selanjutnya. Dibawah ini adalah gambar kondensor yang digunakan pada pengujian ini. Kondensor ini menempel pada dinding belakang sebelah dalam dari kotak lemari es.

32

Gb. 2.5 Kondensor Tipe Pipa dengan Pelat Besi Berpendingin Udara. 1.5.3 Evaporator

Evaporator disebut juga : Boiler, Freezer, Froster, Cooling coil, Chilling unit dan lain-lain. Seperti kondensor, evaporator adalah alat penukar kalor. Fungsi dari evaporator kebalikan dari kondensor. Evaporator dalam sistem pendingin berfungsi untuk menyerap panas dari udara atau benda di dalam lemari es dan mendinginkannya. Prinsip kerja dari evaporator adalah panas dari udara atau dari benda diserap oleh refrigeran yang terdapat didalam evaporator sebagai kalor laten penguapan, sehingga refrigeran tersebut menguap. Refrigeran akan mambawa kalor yang diserapnya ke kompresor yang kemudian akan dibuang oleh kondensor [Ref. 2, hal. 97]. Evaporator dalam instalasi mesin pendingin terletak diantara pipa kapiler dan kompresor, jadi pada sisi tekanan rendah dari sistem. Pada instalasi ini dipakai evaporator sistem langsung, dimana evaporator yang berisi refrigeran yang sedang menguap langsung berhubungan dengan ruang refrigeran yang panasnya akan di serap.

33

Gb. 2.6 Evaporator Sistem Langsung [Ref. 5, hal. 103]

1.2.5.4 Pengering (Drier ) dan Saringan (Strainer) Pengering (Drier), keberadaan bahan pengering didalam sistem refrigerasi sangat penting. Dengan adanya bahan pengering ini, kotoran-kotoran berupa uap air, air, asam, hasil uraian minyak pelumas, tir, lumpur dan endapanendapan dapat diserap. Sehingga, pemakaian pengering dalam sistem refrigerasi sangat penting sekali, sebab apabila didalam sistem masih terdapat uap air maka kita dapat mengalami kebuntuan dalam sistem akibat pembekuan uap air tersebut. Selain itu uap air juga dapat bereaksi dengan bahan pendingin dan minyak pelumas kompresor sehingga dapat menghasilkan asam dan menyebabkan korosi. Akibat yang lebih fatal adalah air dan asam dapat merusak minyak pelumas kompresor dan membentuk endapan yang dapat membuntukan pipa kapiler dan juga dapat mengganggu kinerja serta menimbulkan kerusakan kompresor. Pengering yang digunakan pada sistem refrigerasi dapat menyerap air dan menyimpan uap air tersebut sampai suhu 50 oC tanpa mempengaruhi efisiensi, kapasitas dan kecepatan aliran bahan pendingin. Selain itu pengering tidak bereaksi dengan minyak pelumas kompresor, refrigeran dan benda-benda lain yang terdapat dalam sistem refrigerasi, dan setelah menjadi jenuh dapat dilarutkan kembali. Macam-macam bahan pengering yang digunakan adalah

34

Silica gel( SiO 2 ), Activated Alumina ( Al 2 O 3 ), Calcium Chloride ( CaCl 2 ), Methyl Chloride, dll [Ref. 5, hal. 93-94]. Saringan (Strainer) terdiri dari kawat kasa halus yang gunanya untuk menyaring kotoran dalam sistem yang berupa timah, karet, serta butiran-butiran kotoran di dalam sistem. Kasa halus pada saringan terbuat dari kawat dengan diameter 0,004 0,005 inci dan dalam 1 inci persegi terdapat 10.000 22.500 lubang [Ref. 5, hal 95]. Penggunaan saringan dalam instalasi sistem pendingin adalah mutlak. Apabila bahan pengering yang kita gunakan berupa caian, bahan pendingin tersebut dapat dimasukkan melewati salah satu ujung dari saringan ini.

Gb. 2.7 Saringan (Stainer) [Ref. 5, hal. 95] 3.2.5.5 Alat Ekspansi Alat ekspansi yang digunakan pada peralatan pengujian ini adalah pipa kapiler. Pipa kapiler terbuat dari tembaga dengan lubang dalam yang sangat kecil (0.2 0.8 mm). Pipa kapiler dipasang sebagai pengganti katup ekspansi. Tahanan dari pipa kapiler inilah yang dipergunakan untuk mentrotel dan menurunkan tekanan. Parameter yang perlu diperhatikan dalam pemilihan pipa kapiler adalah diameter dan panjang pipa, untuk meningkatkan hambatan dalam pipa kapiler dapat dilakukan dengan jalan memperkecil lubangnya atau memperpanjang pipanya. Disamping itu pipa kapiler berguna untuk : 1. Menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir didalamnya.

35

2. Mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir melaluinya. 3. Membangkitkan tekanan bahan pendingin di kondensor. Pemilihan pipa kapiler didasarkan pada kemudahan dan murah.

Sejumlah refrigeran cair berubah menjadi uap ketika refrigeran mengalir melalui pipa tersebut.

Gb. 2.8 Pipa Kapiler 2.3 KOMPRESOR

Pada sistem refrigeran kompresor berfungsi untuk mempertahankan perbedaan tekanan dalam sistem dan mengalirkan refrigeran dari evaporator ke kondensor. Kompresor mempunyai berbagai klasifikasi akan tetapi pada umumnya dalam dua jenis utama yaitu: 1. Kompresor positif, dimana gas dihisap masuk kedalam silinder dan di kompresikan. Yang termasuk jenis ini adalah kompresor torak, kompresor rotari, dan kompresor sekrup. 2. Kompresor non positif (sentrifugal), dimana masuk dipercepat alirannya adalah kompresor sentrifugal. Ketepatan pemilihan kompresor untuk sistem refrigerasi sangat penting sekali. Untuk menentukan berapa rendah suhu yang harus dicapai oleh evaporator, antara lain ditentukan oleh berapa rendah suhu penguapan di evaporator. Hal ini tergantung dari bahan pendingin dan macam kompresor yang dipakai. oleh sebuah impeller gas yang dihisap yang kemudian

mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan. Yang termasuk jenis ini

36

Pada saat ini kompresor yang banyak dipakai untuk sistem refrigerasi adalah kompresor torak (Reciprocating) dan kompresor rotari (Rotary). Penggolongan kompresor menurut konstruksinya ada tiga, yaitu; jenis terbuka (open type), jenis semi hermetik, dan jenis hermetik . 2.1 Kompresor Torak Kompresor torak sampai saat ini yang terbanyak dipakai untuk keperluan refrigerasi. Terutama dipakai dengan bahan pendingin yang memerlukan pergerakan torak (piston displacement) yang kecil dan mengembun pada tekanan yang tinggi. Juga dapat dipakai pada sistem yang memerlukan tekanan evaporator di atas satu atmosfir. Bahan pendingin yang banyak dipakai dengan kompresor torak : R 12, R 22, R 290, R - 717 (amonia). Kompresor torak dibuat mulai dari 1/2 DK untuk lemari es sampai 100 DK bahkan lebih pada instalasi untuk keperluan industri yang besar. Pada kompresor torak terdapat silinder di mana torak (piston) bergerak bolak balik di dalamnya. Gerak bolak balik ini disebabkan oleh gerak putar poros engkol (crank shaft) yang digerakkan oleh motor listrik. Pada waktu langkah hisap, torak bergerak ke bawah. Terjadi penurunan tekanan atau vakum di dalam silinder antara torak dan tutup silinder, sehingga katup hisap (suction valve) terbuka. Bahan pendingin gas dapat dihisap masuk melalui katup hisap ke dalam silinder. Pada langkah tekan (kompresi atau pemampatan) torak bergerak ke atas memampatkan gas dan mendorongnya keluar melalui katup tekan ( discharge valve ) ke kondensor. Kemudian torak bergerak ke bawah dan kembali ke atas lagi. Demikianlah kerja torak bolak balik ke atas dan ke bawah, sehingga kompresor torak juga disebut kompresor bolak balik. Di antara torak dan dinding silinder mempunyai celah kebocoran yang sempit (0,003 cm untuk tiap cm diameter torak). Pada kompresor yang kecil, lapisan film minyak pelumas pada dinding silinder telah cukup kuat untuk menahan tekanan gas yang bocor diantara torak dan dinding silinder. Oleh karena itu torak dengan diameter kurang dari 50 mm, pada umumnya tidak memakai cincin torak ( piston ring ).

37

Untuk menghindari gas bocor kembali melalui katup kompresor, maka katup kompresor harus direncanakan agar dapat menutup dengan cepat dan rapat. Agar katup dapat dengan mudah membuka dan menutup, katup harus dibuat dari logam yang ringan dan konstruksinya dibuat agar dapat cepat terangkat. Katup harus kuat dan dapat diandalkan juga harus bekerja dengan teratur dan otomatis.

Gb. 2.9 Kompresor Torak 1. keran hisap 2. Saluran minyak pelumas kembali pelumas 3. Tempat memeriksa minyak 4. Keran tekan [Ref. 5, hal. 76]

2.3.2

Kompresor Rotari

Keuntungan kompresor rotari adalah : 1. Pemakaian energi listrik lebih hemat 2. Bentuk kompak, kecil dan sederhana 3. Tekanannya rata, suara tenang 4. Getarannya kecil

38

Kekurangan kompresor rotari adalah : 1. Jika terjadi kerusakan sukar diperbaiki 2. Pembuatannya lebih sukar 3. Harganya lebih mahal Kompresor rotari ada dua macam : 1. Daun pisau tetap (Stationary blade atau Roller type) 2. Daun pisau berputar (Rotary blade atau Vane type) Kompresor rotari dengan daun pisau tetap (Stationary blade) terdiri dari : roller sebuah besi baja berbentuk silinder yang berputar pada ujung poros rotor yang tidak sepusat (eksentrik). Keduanya, roller dan ujung poros berputar dalam rumah yang berbentuknya silindris yang selanjutnya akan disebut silinder. Oleh karena ujung poros tidak sepusat, maka roller juga berputar tidak sepusat dan menyinggung bagian dalam dinding silinder pada satu garis. Jika poros berputar, roller juga ikut berputar pada bagian dalam dari silinder tersebut. Sebuah pisau (blade) yang ditekan oleh pegas dari belakang melalui alur pada silinder selalu menekan roller pada satu garis. Daun pisau bergerak maju mundur pada alur dari silinder mengikuti roller selama roller berputar pada bagian dalam silinder. Kedua ujung silinder, atas dan bawah mempunyai dinding penutup dan dari padanya berfungsi sebagai penunjang poros. Roller dan pisau mempunyai tinggi yang sama dengan tinggi silinder. Hanya mempunyai sedikit kelonggaran dengan kedua dinding penutup silinder tersebut. Saluran hisap dan tekan berpangkal dari silinder tersebut , pada bagian kanan dan kiri di dekat alur dari daun pisau.

39

Gb. 2.10 Kompresor Rotari dengan Daun Pisau Tetap 1. Poros 2. Roller 3. Silinder / Rumah 4. Blade / pisau 5. Pegas 6. Tabung [Ref. 5, hal 77] Saluran hisap tidak mempunyai katup hisap (suction valve), tetapi memiliki saringan untuk menyaring kotoran agar tidak masuk ke dalam silinder. Saluran tekan mempunyai katup tekan (discharge valve) untuk menghindarkan gas tekanan tinggi pada waktu kompresor sedang berhenti, agar tidak mengalir kembali ke dalam silinder. Di dalam silinder pada umumnya ada dua buah ruangan, yaitu: ruang tekan rendah dan ruang tekan tinggi. Pada waktu roller menutup ruang saluran hisap dan tekan pada saat yang bersamaan, maka di dalam silinder hanya ada satu ruang tekanan rendah saja. Semua bagian kompresor : roller, silinder, daun pisau, poros dan kedua dinding penutup atas dan bawah dibuat dari baja khusus yang dipoles dengan ukuran yang sangat teliti / presisi. Seluruh rumah kompresor ditempatkan dalam sebuah tabung dan direndam dalam minyak pelumas kompresor. Di dalam tabung, saluran pipa tekan ujungnya keluar diatas permukaan minyak pelumas. Minyak pelumas yang bercampur dengan beban pendingin gas, karena berat jenisnya lebih besar akan jatuh ke bawah bercampur dengan minyak pelumas di dalam tabung. Bahan pendingin gas akan terus mengalir melalui pipa tekan keluar dari tabung kompresor lalu masuk ke kondensor. Kompresor rotari dengan daun pisau berputar (Rotary Blade) terdiri dari satu silinder yang di dalamnya terdapat roller yang dilengkapi dengan 2 atau 4 buah daun pisau. Ujung poros yang tidak sepusat dapat memutar roller di dalam silinder

40

dengan satu sisi roller selalu menyinggung dinding silinder bagain dalam. Jarak dari roller dan silinder hanya dipisahkan oleh lapisan minyak yang sangat tipis. Kedua dinding penutup silinder menutup bagian bawah dan atas silinder sambil memegang poros yang berputar. Pisau pisau bergerak maju dan mundur pada alurnya. Waktu poros berputar ujung pisau selalu menempel pada dinding silinder bagian dalam. Ujung pisau ini dapat menempel pada dinding silinder, karena dorongan gaya sentrifugal dari poros yang sedang berputar. Ada juga yang diberi pegas dibelakang pisau agar dapat menekan lebih kuat dan rapat.

Gb. 2.11 Kompresor Rotari dengan Daun Pisau Berputar 1. Roller 2. Daun pisau 3. Silinder / rumah 4. Tabung [Ref. 5, hal79] Gas masuk melalui saluran hisap dan dimampatkan oleh pisau pisau yang berputar lalu mendorongnya keluar melalui saluran tekan. Kompresor ini mempunyai sebuah katup tekan pada saluran tekan, untuk menghindari gas tekanan tinggi mengalir kembali ke kompresor pada waktu kompresor sedang berhenti. Silinder, roller dan pisau semua direndam dalam minyak pelumas kompresor, hanya saluran hisap dan tekan yang berada di atas permukaan minyak pelumas tersebut.

41

2.3

Kompresor Sekrup Kompresor sekrup yang semula dirancang untuk memperoleh kompresor udara

tanpa minyak pelumas, memiliki dua buah rotor yang berpasangan, berturut-turut dengan gigi jantan dan gigi betina. Dalam beberapa tahun terakhir ini, kompresor sekrup dibuat juga untuk dipergunakan pada mesin refrigerasi, seperti terlihat pada gambar 2.4, dengan mekanisme pelumas yang terpadu. Kompresor sekrup memiliki beberapa keuntungan, yaitu lebih sedikit jumlah bagian yang bergesekan, perbandingan kompresi yang tinggi dalam satu tingkat, relatif stabil terhadap pengaruh cairan (kotoran) yang terserap dalam refrigerasi. Seperti pada kompresor torak, mekanisme kompresi dari kompresor sekrup melakukan tiga langkah, yaitu langkah hisap, langkah kompresi, dan langkah keluar. Untuk mengurangi kerugian gesek pada aliran gas, seperti terlihat pada gambar 2.5, gas diisap, dikompresikan, dan dikeluarkan dalam arah aksial.

Gb. 2.12 Konstruksi Kompresor Sekrup [Ref. 12, hal. 130]

42

Gb. 2.13 Mekanisme Kompresor Sekrup [Ref. 12, hal. 131] 2.4 Kompresor Terbuka Kompresor terbuka biasa disebut juga Belt-driven unit atau Open type compressor. Kompresor terbuka terpisah dari tenaga penggeraknya, yang umumnya menggunakan motor listrik walaupun ada juga yang menggunakan motor bensin atau diesel. Penghubung antara poros dari kompresor dengan poros mekanis penggerak biasanya menggunakan puli yang terpasang pada masing-masing poros dan dihubungkan dengan tali kipas (V belt). Puli pada kompresor juga memiliki bilah-bilah kipas yang memiliki fungsi untuk menghasilkan angin pendingin untuk kompresor. Kompresor terbuka bekerja pada putaran 500 1500 putaran per menit dan dapat dipercepat atau diperlambat dengan mengubah diameter pulinya. Keuntungan dari kompresor model terbuka ini adalah:

43

1. Jika motornya rusak, dapat diperbaiki motornya saja tanpa mengganggu kompresor dan refrigeran pada sistem pendingin. 2. Putaran kompresor mudah diubah-ubah dengan mengubah diameter puli pada kompresor dan puli pada motor penggerak. 3. Minyak pelumas pada kompresor mudah diperiksa melelui gelas pemeriksa. 4. Pada daerah yang belum terhubung dengan jaringan listrik, dapat digunakan tenaga penggerak dari motor bensin atau diesel. Sedangkan kerugian dari kompresor terbuka adalah: 1. Bentuknya lebih besar, lebih berat dan harganya juga mahal. 2. Sil dari kompresor pada poros engkol sering rusak, sehingga minyak pelumas dan refrigeran mengalami kebocoran.

Gb. 2.14 Kompresor Terbuka [Ref. 5, hal. 80] 2.5 Kompresor Semi Hermetik Pada kompresor semi hermetik, motor listrik dibuat menjadi satu dengan kompresor. Jadi, rotor motor listrik tersebut berada di dalam perpanjangan ruang engkol dari kompresor tersebut. Dengan jalan demikian tidak diperlukan penyekat poros, sehingga dapat dicegah terjadinya kebocoran gas refrigeran. Di samping itu konstruksinya lebih kompak dan bunyi mesin menjadi lebih halus.

44

Namun demikian, haruslah diperhatikan agar dipergunakan isolator listrik (motor listrik) yang sebaik baiknya, yaitu tahan terhadap pengaruh gas refrigeran. Untuk hal tersebut, gas refrigeran freon sangat tepat, sebab selain tidak merusak isolator listrik, gas freon juga memiliki sifat mengisolasi. Pada waktu ini, kompresor semi hermetik untuk gas refrigeran freon dibuat sampai kira-kira 40 kW. Dari segi konstruksinya, kompresor semi hermetik juga dapat dibuat bersilinder banyak, dengan momen putar start yang rendah.

Gb. 2.15 Penampang Kompresor Semi Hermetik [Ref. 12, hal 132] 2.3.6 Kompresor Hermetik Pada dasarnya, kompresor hermetik hampir sama dengan kompresor semi hermetik. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyambung rumah kompresor dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermetik dipergunakan sambungan las, sehingga rapat udara, gambar 2.16. Pada kompresor semi hermetik dengan rumah terbuat dari besi tuang, bagian bagian penutup dan penyambungnya masih dapat dibuka. Sebaliknya dengan kompresor hermetik, rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor listrik tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor. Oleh karena itu, komponen dari kompresor hermetik haruslah terpercaya dan dapat diandalkan.

45

Gb. 2.16 Kompresor Hermetik 1. suction accumulator 2. suction tube 3. kepala silinder 4. piston 5. poros engkol 6.discharge accumulator 7.stator 8. rumah kompresor 9.crank shaft 10.internal discharge tube 11. oil discharge tube 12. crankcase 13. rotor. 14.discharge tube accumulator 15. discharge tube 16. pipa pengisian refrigeran. Pada kompresor hermetik motor ditempatkan di dalam rumah kompresor. Motor listrik rotornya menjadi satu dengan poros engkol kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor sama dengan jumlah putaran motor listrik. Kompresor hermetik dapat terdiri dari kompresor torak atau kompresor rotari. Kompresor torak pada kompresor hermetik ada yang terdiri dari satu sampai beberapa silinder. Kompresor torak dengan satu silinder untuk kompresor lemari es yang kecil, sedangkan dua atau lebih silinder untuk unit yang lebih besar. Kompresor hermetik biasanya dibuat untuk unit berkapasitas rendah, sampai 7,5 kW, misalnya pada penyegar udara paket. Pada saat ini kompresor hermetik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut : 1. Bentuknya harus kecil 2. Putaran motor harus tinggi.

46

3. Tekanan kerja harus tinggi, maka suhu kerja pun menjadi tinggi Semua syarat diatas dapat memperpendek daya tahan motor listrik dan kompresor. Juga dapat menyebabkan mudah timbulnya gangguan-gangguan. Mendinginkan motor listrik di dalam kompresor hermetik sangat sukar. Salah satu cara mendinginkan motor listrik dengan memperpendek jarak stator dari motor listrik ke rumah kompresor, sehingga dapat memindahkan panas motor listrik melalui rumah kompresor ke udara luar. Cara lain dengan mengalirkan bahan pendingin gas yang dingin dari evaporator melalui kumparan motor listrik sebelum dihisap oleh kompresor. Keuntungan kompresor hermetik : 1. Tidak memakai seal pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran bahan pendingin. 2. Bentuknya kecil, kompak dan harganya murah. 3. Tidak memakai tenaga penggerak dari luar, suara tenang, getarannya kecil Kerugian kompresor hermetik : 1. Bagian yang rusak di dalam rumah kompresor tidak dapat diperbaiki sebelum rumah kompresor dipotong. 2. Minyak pelumas di dalam kompresor hermetik sukar diperiksa. 2.4 REFRIGERAN Refrigeran adalah zat yang berfungsi sebagai media pendingin dengan menyerap kalor dari benda atau bahan lain seperti air atau udara ruangan, sehingga refrigeran tersebut dapat dengan mudah merubah phasanya dari cair menjadi gas, sedangkan pada saat terjadi pelepasan kalor oleh refrigeran terjadi perubahan phasa dari gas bertekanan tinggi jenuh menjadi cair. Refrigeran primer yang biasa digunakan dapat digolongkan sebagai berikut:

47

1.

Senyawa Halokarbon Refrigeran yang memiliki satu atau lebih atom dari salah satu halogen yaitu (klorin, fluorin, bromin). Beberapa jenis freon yang populer digunakan seperti R-12, R-22, R-13 termasuk jenis refrigeran halokarbon. Tabel 2.1 Beberapa Senyawa Halokarbon [Ref. 10 hal. 23] Ketentuan Penomoran R-11 R-12 R-13 R-22 R-40 R-113 R-114 Nama Kimia Trikloromonofluorometana Diklorodifluorometana Monoklorotrifluorometana Monoklorodifluorometana Metil Klorida Triklorotrifluoroetana Diklorotetrafluoroetana Rumus Kimia CCl3F CCl2F2 CClF3 CHClF2 CH3Cl CCl2FCClF2 CClF2CClF2

2.

Senyawa Anorganik Senyawa anorganik sering digunakan pada masa awal perkembangan refrigerasi dan pengkondisian udara. Tabel 2.2 Beberapa Senyawa Anorganik [Ref. 10 hal. 24] Ketentuan Penomoran 717 718 729 744 764 Nama Kimia Amonia Air Udara Karbondioksida Sulfurdioksida Rumus Kimia NH3 H2O CO2 SO2 bidang

3.

Senyawa Hidrokarbon Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrigeran khususnya dipakai untuk industri perminyakan dan petrokimia.

48

Tabel 2.3 Beberapa Senyawa Hidrokarbon [Ref. 10 hal. 24] Ketentuan Penomoran 50 170 290 Metana Etana Propana Nama Kimia Rumus Kimia CH4 C2H6 C3H8

Refrigeran yang digunakan pada sistem refrigerasi harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Tidak mudah meledak Tidak beracun, berwarna, tidak berbau dalam berbagai keadaan Tidak bersifat korosif terhadap logam yang banyak dipakai pada sistem refrigerasi dan tata udara Tidak mudah terbakar Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor, tetapi tidak mempengaruhi dan merusak minyak pelumas tersebut Mempunyai struktur kimia yang stabil, tidak boleh terurai setiap kali dimampatkan, diembunkan dan diuapkan Mempunyai titik didih yang rendah, harus lebih rendah dari temperature evaporator yang direncanakan Mempunyai tekanan kondensasi yang tidak terlalu tinggi, tekanan kondensasi yang tinggi memerlukan kompresor yang besar dan kuat, juga pipa-pipanya harus kuat dan kemungkinan bocor besar 9. 10. Mempunyai tekanan penguapan yang sedikit lebih tinggi dari atmosfir, sehingga jika terjadi kebocoran, udara luar tidak masuk ke dalam sistem Mempunyai kalor laten uap yang besar, sehingga menghasilkan efek pendinginan yang besar

49

11.

Mempunyai kalor uap per massa yang rendah, sehingga menurunkan langkah kompresor yang dibutuhkan

3.1

Refrigeran Hidrokarbon Pada tahun 1930-an hidrokarbon telah banyak digunakan sebagai refrigeran pada

unit-unit pendingin. Beberapa tahun kemudian diperkenalkan refrigeran sintetik yang mempunyai karekteristik dan sifat baik, antara lain, tidak berbau, tidak beracun dan mudah diperoleh sehingga harganya murah. Refrigeran sintetik yang langsung mendominasi pasaran baru-baru ini diketahui memiliki sifat merusak lingkungan terutama yang mengandung senyawa CFC seperti R-12 dan R-13. Kesadaran akan kelestarian lingkungan inilah yang akhirnya membuat refrigeran hidrokarbon kembali digunakan. Refrigeran hidrokarbon memiliki sifat tidak merusak lingkungan. Refrigeran hidrokarbon mempunyai banyak kelebihan, kelemahan dari refrigeran hidrokarbon adalah sifatnya yang mudah terbakar, namun dengan perkembangan teknologi hal ini dapat diatasi. Di Indonesia, larangan penggunaan refrigeran sintetik yang merusak lingkungan juga ditanggapi dengan positif. Pada bulan Januari 1998 menteri perindustrian dan perdagangan RI mengeluarkan SK no. 110 dan 111 yang berisi pelanggaran impor bahan yang dapat merusak ozon (ODS, ozone Depleting Substance) serta penghapusan produksi barang-barang pengguna ODS. Beberapa bulan kemudian, SK No. 110 dan 111 direvisi dengan dikeluarkannya SK Memperindag No. 410 dan 411 pada tahun yang sama. Dengan dikeluarkannya larangan impor ODS, termasuk CFC, maka pasar refrigeran hidrokarbon di Indonesia semakin terbuka. Pada tahun 1998 PERTAMINA memproduksi refrigeran hidrokarbon Indonesia secara komersial dengan merek Petrozone Rossi. Pada tahun yang sama lahir beberapa merek refrigeran hidrokarbon Indonesia lainnya, yaitu: refrigeran hidrokarbon Hycool yang diproduksi oleh PT. Citra Total Buana Biru dan refrigeran Sejuk yang diproduksi oleh PT. Arion Teknik.

50

3.1.1

Keuntungan Refrigeran Hidrokarbon

Perbandingan kinerja hidrokarbon sudah sering kali dipublikasikan dalam berbagai makalah maupun seminar. Dalam beberapa perbandingan yang telah dilakukan, refrigeran hidrokarbon memiliki kinerja (COP) yang lebih baik Secara umum, keuntungan penggunaan refrigeran hidrokarbon adalah: 1. Penggantian refrigeran hidrokarbon tidak memerlukan penggantian perangkat yang ada 2. Memiliki unjuk kerja (COP) yang lebih baik 3. Penggunaan refrigeran hidrokarbon lebih hemat, sekitar 40% dari refrigeran biasa (R-12) [Ref. 8, hal. 2] 3.1.2 Aspek Lingkungan Refrigeran Hidrokarbon

Refrigeran hidrokarbon mempunyai nilai ODP yang nihil, jadi tidak merusak lapisan ozon, demikian pula dengan GWP yang dimilikinya relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan GWP berbagai refrigeran lainnya [Ref. 4, hal 6]. Sebagai perbandingan, harga ODP dan GWP berbagai refrigeran yang umum. Tabel 2.4 Perbandingan ODP dan GWP Berbagai Refrigeran [Ref. 4, hal 6]No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Refrigeran R-11 R-12 R-22 R- 134a R-290 (hidrokarbon) R- 600 (hidrokarbon) R-600a (hidrokarbon) ODP 1.00 1.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 GWP 3500 7300 1700 3800


Related Documents