## Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Kecepatan Putar Kompresor dan Beban Pendinginan pada Sistem Refrigerasi Cascade
Ilman dan Ary Bachtiar Krishna Putra
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : ary_bach@me.its.ac.id
Abstrak—Peningkatan kebutuhan energi masyarakat mendorong  manusia  untuk  terus  meningkatkan  kualitas sistem  maupun  proses  yang  lebih  baik  dan  hemat  energi. Salah  satu  hasil  perkembangan  teknologi  di  zaman sekarang  Adalah  Sistem  Refrigerasi  Cascade  yang  mampu mecapai temperatur jauh di bawah 0 ℃ . Salah satu aplikasi sistem  tersebut  adalah  sebagai  cold  storage  yang  mampu bekerja  dengan  beban  yang  berbeda-beda.  Hal  tersebut menyebabkan  adanya  pengaruh  beban  terhadap  sistem. Selain  itu,  kecepatan  putar  kompresor  yang  berbeda menjadi  salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  performa sistem,  sehingga  dilakukan  penelitian  untuk  meningkatkan performa  sistem  refrigersi  cascade  dengan  memvariasikan kecepatan  putar  kompresor  dan  beban  pendinginan, sehingga  didapatkan  kecepatan  putar  yang  sesuai  dengan besar  beban  pendinginan  yang  diterima  oleh  sistem cascade. Pengujian Sisem Refrigerasi Cadcase ini menggunakan refrigeran Musicool-22 pada High Stage dan R-407F  pada  Low  Stage,  dengan  8  titik  pengukuran temperatur  dan  tekanan.  Saat  pengukuran  dilakukan, sistem  diberikan  beban  pendinginan  berupa  kalor  yang dihasilkan  oleh  electric  heater.  Dimana  beban  tersebut terpasang  di  dalam  kabin  sehingga  kalor  yang  dihasilkan oleh  electric  heater  dapat  diserap  oleh  evaporator  Low Stage. Beban yang divariasikan dari electric heater tersebut adalah  0  (tanpa  beban),  28,8;  86,4;  dan  158,4  Watt.  Selain itu,  frekuensi  listrik  yang  masuk  ke  kompresor  juga divariasikan.  Besar  frekuensi  yang  divariasikan  yaitu  30, 35,  40,  45,  dan  50  Hz.  Pengukuran  dan  pengambilan  data dilakukan  sebanyak  5  kali.  Hasil  yang  didapatkan  dari eksperimen  ini  yaitu  kecepatan  putar  yang  paling  sesuai dengan  beban  yang  diberikan  terhadap  sistem  cascade. Pada  beban  0  Watt  kecepatan  putar  yang  sesuai  adalah 1800  rpm  dengan  COP  sebesar  1,397,  temperatur  kabin senilai -31,12°C dan daya yang dibutuhkan 0,554 kW.  Pada beban  28,8  Watt  kecepatan  putar  yang  sesuai  adalah  1800 rpm dengan COP sebesar 1,405, temperature kabin senilai - 29.78°C dan daya yang dibutuhkan 0,605 kW. Pada beban 86,4  Watt  kecepatan  putar  yang  sesuai  adalah  2100  rpm dengan  COP  sebesar  1,329,  temperature  kabin  senilai  - 28,88°C  dan  daya  yang  dibutuhkan  0,564  kW.  Sedangkan Pada beban 158,4 Watt kecepatan putar yang sesuai adalah 3000  rpm  dengan  COP  sebesar  0,976,  temperatur  kabin senilai -28,1 o C dan daya yang dibutuhkan 0,722 kW.
Kata  Kunci—Sistem Refrigerasi; Cascade; COP  cascade; kecepatan putar;  frekuensi.

## I. P ENDAHULUAN
ada  saat  ini  peningkatan  efisiensi  energi  menjadi perhatian  sekelompok  manusia yang  berupaya untuk memenuhi  kebutuhan  hidup  yang  semakin  meningkat dengan  konsumsi  energi  seminimal  mungkin  serta memiliki kualitas yang lebih baik. Hal ini berlaku untuk
di  setiap  sektor,  salah  satu  sektor  adalah  sistem pendinginan. Peningkatan di sektor tersebut menyababkan evolusi teknologi pendingin yang semakin canggih.  Salah  satu  perubahan  yang  baik  yang  dapat dirasakan  adalah  sistem  pendingin  yang  dapat  mencapai temperatur  yang  jauh  di  bawah  0 ℃ dengan  sistem  yang hemat energi.
Salah  satu  tujuan  penggunaan  alat  pendingin  yaitu untuk mencegah pembusukan makanan lebih cepat. Alat pendingin  yang  sering  kita  jumpai  yaitu cascade atau freezer  karena  mampu  mencapai  suhu  pendinginan hingga dibawah 0 o C. Sistem ini minimal terdiri dari dua sistem  refrigerasi  kompresi  uap  (Vapor  Refrigeration System)  yang  menggunakan  2  kompresor  untuk mengalirkan 2 jenis refrigeran yang berbeda. Kalor yang dilepaskan kondensor  di  sistem  temperatur  rendah  (Low Stage)  diserap  oleh  evaporator  dari  sistem  temperatur tinggi  (High  Stage)  dengan  bantuan  penukar  kalor  yang disebut  dengan  Intermediet.  Sistem  refrigerasi  cascade merupakan  cara  yang  terbaik  untuk  mendapatkan penghematan daya dan peningkatan performa unjuk kerja (COP).  Pada  industri  besar  penghematan  daya  juga seringkali  akan  menentukan  biaya  peralatan  ekstra. Selain  digunakan  dalam  bidang  pengawetan  makanan, sistem  refrigerasi  cascade  umumnya  diaplikasikan  juga untuk  bidang-bidang  seperti  biomedis,  farmasi,  kimia, blast  freezing,  pencairan  gas,  penerbangan  (aeronautics) dan lain-lain. Dengan meningkatnya penggunaan freezer di masyarakat, tentu membuat masyarakat berpikir untuk mendapatkan kinerja freezer yang lebih hemat energi dan ramah  lingkungan,  dengan  mengacu  pada  nilai  ODP (ozone  depletion  potential)  dan  GWP  (global  warming potential) dari refrigeran yang digunakan pada freezer.
Pada  Penelitian  Ruben  (2015)  [1]  mengenai  Sistem Refrigerasi Cascade menggunakan refrigeran hidrokarbon Musicool-22 pada High Stage, R-407F pada Low Stage dan intermediate yang digunakan adalah jenis PHE  (Plate  Heat  Exchanger)  dengan  memvariasikan beban pendinginan pada evaporator di low stage. Namun dalam penelitian tersebut didapatkan COP terendah pada beban  terendah,  hal  ini  dikarenakan  kompresor  pada sistem  memiliki  daya  minimum  yang  digunakan, sehingga pemberian beban yang terlalu kecil menimbulkan  perbedaan  beban  pendinginan  dan  daya minimum  kompresor  yang  sangat  signifikan  sehingga didapatkan penurunan COP yang besar pula.
Oleh  sebab  itu,  salah  satu  cara  untuk  mendapatkan performansi  yang  maksimal  adalah  melakukan  variasi perubahan kecepatan putar kompresor, hal ini berdampak
P
pada  perubahan  daya  kompresor,  sehingga  laju  aliran refrigeran  yang  dialirkan  sesuai  dengan  kebutuhan pendinginan beban yang diberikan.
Untuk  mengubah  putaran  kompresor  ini  dapat dilakukan  dengan  cara  menambahkan  inverter  sebagai pengubah  frekuensi  listrik  pada  kompresor.  Dengan pemberikan  variasi  putaran  kompresor  maka  laju  aliran refrigeran  yang  mengalir  pada  sistem  juga  akan bervariasi.  Dengan  perubahan  tersebut  maka  kita  bisa mengetahui frekuensi yang sesuai dengan besaran beban pendinginan yang dibebankan pada sistem.

## II. U RAIAN P ENELITIAN

## Sistem Refrigerasi
Sistem  refrigerasi  adalah  sistem  yang  banyak digunakan untuk mendinginkan suatu produk sesuai yang diharapkan. Salah satu jenis dari sitem refrigerasi adalah Sistem  Refrigerasi  Kompresi  Uap  ( Compression  Vapor Refrigeration System ) dimana sistem tersebut menggunakan  empat  komponen  utama  yaitu  kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator.
Kompresor  merupakan  jantung  dari  sistem  refrigerasi yang  mengkompresikan  refrigeran  berfasa  gas  yang  ada di dalam sistem serta meningkatkan tekanan. Secara ideal proses  kompresi  akan  terjadi  secara  isentropis  dimana tidak ada perubahan nilai entropi, namun aktualnya nilai entropi akan berubah. Setelah dikompresi refrigeran akan mengalir  ke  kondensor,  dimana  terjadi  pelepasan  kalor dari  sistem  ke  lingkungan  ( surrounded )    secara  isobaris disertai  dengan  perubahan  fasa  dari  gas  menjadi  cair jenuh  ( saturated  liquid )  namun  secara  aktual  refrigeran akan  mengalami  penurunan  tekanan  sampai  dengan keluar  kondensor  yang  mengakibatkan  fasa  berada  pada daerah  cair  lanjut  ( subcooled ).    Setelah  itu,  refrigeran akan  mengalir  melewati  alat  ekspansi  yang  berfungsi sebagai  alat  penurun  tekanan  dimana  pada  alat  ekpansi terjadi flashing effect atau penurunn tekanan secara cepat yang  disertai  dengan  penurunan  temperatur  tanpa  ada perubahan  nilai  entalpi.  Komponen  terakhir  yang  dilalui refrigeran  adalah  evaporator  yang  merupakan Heat Excanger yang  berfungsi  menyerap  kalor  dari  produk atau  beban  yang  didinginkan  sehingga  terjadi  proses evaporasi  secara  isobaris  dan  refrigeran  akan  menguap secara  perlahan  sampai  dengan saturated  vapor namun aktualnya,  refrigeran  akan  berubah  fasa  menjadi superheated  vapor yang  disebabkan  oleh  penurunan tekanan  selama  proses  evaporasi.  Keempat  komponen tersebut  dihubungkan  dengan  sistem  perpipaan  sehingga sistem dapat bekerja pada siklus yang berlanjut ( cycling ).
[2]
Gambar 1. Skema Perbedaan Sikulis Refrigerasi Ideal dan Aktual

## Sistem Refrigerasi Cascade
Sistem  Refrigerasi Cascade merupakan  suatu  sistem refrigerasi  yang  terbentuk  dari  gabungan  dua  Sistem Refrigerasi Kompresi Uap ( Vapor Compression Refrigeration System ) sehingga pada sistem ini memiliki dua  komponen  atau double  component untuk  setiap komponen  utamanya.  Sistem  ini  dibuat  guna  mencapai temperatur evaporator yang sangat rendah (jauh di bawah 0 ℃ ).  Selain  itu  sistem  ini  menggunakan  suatu  alat  yang memisahkan  kedua  Sistem  Refrigerasi  Kompresi  Uap yang disebut dengan Intermediate yang berfungsi sebagai media  atau  alat  penukar  kalor  antar  evaporator High Stage dengan kondensor Low Stage .
Gambar 2. Skema diagram P-h Sistem Refriegrasi Cascade Gambar  di  atas  merupakan  ilustrasi  jika  Sistem Refrigerasi Cascade dianalisis  dalam  satu  diagram  P-h (kenyataannya  tidak  bisa).  Dari  gambar  diagram  P-h  di atas  dapat  diketahui  bahwa  sistem  refrigerasi  tersebut merupakan  gabungan  dari  dua  sistem  refrigerasi kompresi uap. 1-2- 3-4 merupakan sistem refrigerasi Low Stage sementara  5-6-7-8  merupakan  sistem  refrigerasi High Stage. Dalam analisis secara aktualnya, diagram P- h  yang  digunakan  pada  kedua  sistem  berbeda  sesuai dengan refrigeran yang digunakan.
Persamaan Yang Digunakan Pada Sistem
Refrigerasi
Untuk  mendapatkan  performa  dari  sistem  refrigerasi cascade  maka  perlu  dilakukan  perhitungan  dalam pengolahan data dengan penggunakan persamaan sebagai berikut: [3],[4]
1) Laju aliran massa
𝑚̇ 𝑟𝑒𝑓_𝐻𝑆 =  𝜌 𝑥 𝜐 (1)
𝑚̇ 𝑳𝑺 = 𝑚̇ 𝑯𝑺 (𝒉 𝟓 −𝒉 𝟖 ) (𝒉 𝟐 −𝒉 𝟑 ) [ 𝒌𝒈 𝒔 ] (2)
2) Kerja kompresi HS dan LS
𝑊𝑟𝑒𝑓 _ 𝐻𝑆 = 𝑚 ̇ 𝑟𝑒𝑓 _ 𝐻𝑆 (ℎ6 − ℎ5) (3)
𝑊𝑟𝑒𝑓 _ 𝐿𝑆 = 𝑚 ̇ 𝑟𝑒𝑓 _ 𝐿𝑆 (ℎ2 − ℎ1) (4)
3) Konsumsi listrik kompresor
𝑊𝑖𝑛 ̇ 𝐻𝑆 = 𝑉 𝐻𝑆 × 𝑙 𝐻𝑆 × 𝑐𝑜𝑠𝜑 (5)
𝑊𝑖𝑛 ̇ 𝐿𝑆 = 𝑉 𝐿𝑆 × 𝑙 𝐿𝑆 × 𝑐𝑜𝑠𝜑 (6)
4) Q Kondensor High Stage
𝑄̇ 𝑐 = 𝑚̇ 𝐻𝑆 × (ℎ 6 − ℎ 7 ) (7)
5) Q Evap Low Stage
𝑄̇ 𝑒𝑣𝑎𝑝 = 𝑚̇ 𝐿𝑆 × (ℎ 1 − ℎ 4 ) (8)

## 6) COP Thermodinamik
𝐶𝑂𝑃 𝑇ℎ𝑒𝑟𝑚𝑜𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐 = 𝑄̇ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝐿𝑆 𝑊𝑟𝑒𝑓_𝐻𝑆+𝑊𝑟𝑒𝑓_𝐿𝑆 (9) 7) COP Electrical 𝐶𝑂𝑃 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝑙 = 𝑄̇ 𝑒𝑣𝑎𝑝 𝐿𝑆 𝑊𝑟𝑒𝑓_𝐻𝑆+𝑊𝑟𝑒𝑓_𝐿𝑆 (10)

## 8) Heat Rejection Ratio
𝐻𝑅𝑅 = 𝑄̇ 𝑐𝑜𝑛𝑑_𝐻𝑆 𝑄̇ 𝑒𝑣𝑎𝑝_𝐿𝑆 × 100% (11)

## III. M ETODOLOGI

## Skema Titik Pengukuran
Pengukuran tekanan dan temperatur Sistem Refrigerasi Cascade ini  dilakukan  dengan  menggunakan pressure gauge dan thermocouple yang  terpasang  di  setiap  titik- titik  pengukuran  yang  telah  ditentukan  sebelumnya. Berikut  adalah  gambar  skema  sistem  dengan  8  titik pengukuran temperatur dan tekanan.
Gambar 3. Skema titik Pengukuran Sistem Refrigerasi cascade
Katerangan:
1 = keluar evaporator low stage
2 = keluar kompresor low stage
3 = keluar kondensor low stage
4 = masuk evaporator low stage
5 = keluar evaporator high stage
6 = keluar kompresor high stage
7 = keluar kondensor high stage
8 = masuk evaporator high stage

## Persiapan
Tahap  pertama  yang  dilakukan  adalah  menyiapkan Sistem  Refrigerasi Cascade baik  dari  segi  mekanik  atau pun elektrik. Hal tersebut dilakukan dengan memastikan rangkaian  listrik  terpasang  dengan  baik  dan  dipastikan tidak ada kebocoran pada sistem.

## Pengujian
Proses  pengujian  Sistem  Refrigerasi Cascade ini dilakukan  dengan  kecepatan fan kondensor High  Stage maksimal serta dengan perubahan Voltase heater sebesar 0,  120,  180,  dan  220  Volt  yang  dihasilkan  oleh electric heater  di  dalam  kabin  dengan  cara  mengatur voltage regulator. Selain  itu,  frekuensi  listrik  yang  masuk  ke
kompresor  juga  divariasikan.  Besar  frekuensi  yang divariasikan yaitu 30, 35,40,45, dan 50 Hz menggunakan Inverter. Pengambilan data dilakukan sebanyak 5 kali di setiap  nilai  beban  yang  berbeda  dan  frekuensi  yang berbeda dengan range waktu pengambilan data selama 5 menit.

## IV. H ASIL P ENELITIAN

## Analisa Unjuk Kerja Sistem Refrigerasi Cascade
Berikut  adalah  analisa  hasil  perfoorma  dari  Sistem Refrigerasi Cascade yang telah dilakukan.
1) Temperatur Evaporator LS dan Kabin
Gambar 4. Grafik Temperatur Evaporator LS = f (Kecepatan Putar Kompressor LS)
Gambar 5. Grafik Temperatur Kabin = f (Kecepatan Putar Kompressor LS)
Gambar  di  atas  merupakan  gambar  grafik  hubungan antara  temperatur  evaporator  LS  dan  kabin  dengan memvariasikan  kecepatan  putar  kompresor  LS  serta beban  pendinginan  yang  diberikan  oleh electric  heater . Dari  gambar  grafik  di  atas, trend  line grafik  mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya kecepatan putar kompresor  dan  berkurangnya  beban  ( electric  heater ) yang terpasang pada kabin ( cooling box ).
Naiknya  tempeartur  evaporator  Low  stage  seiring bertambahnya  beban  heater  disebabkan  semakin  banyak kalor  yang  masuk  melalui  evaporator.  Hal  ini mengakibatkan naiknya temperatur permukaan evaporator  yang  kemudian  berdampak  ke  ikut  naiknya temperatur  refrijeran.  Sedangkan  penjelasan  tentang penurunan  temperatur  evaporator  seiring  penambahan kecepatan  putar  kompresor,  dikarenakan  semakin  cepat putaran  kompresor  maka  aliran  masa  yang  masuk  ke orifice  TXV  semakin  banyak.  Hal  ini  mengakibatkan pressur  drop  pada  proses  ekspansi  semakin  besar,  dan mengakibatkan  tekanan  refrigeran  yang  masuk  ke evaporator semakin rendah, sehingga temperatur evaporator  semakin  rendah.  Penurunan  temperatur evaporator berbanding lurus dengan penurunan
temperatur  kabin,  hal  ini  dikarenakan  evaporator diletakkan didalam kabin yang berfungsi untuk menyerap kalor yang ada didalam kabin, semakin dingin temperatur evaporator  maka  kalor  yang  diserap  didalam  kabin  akan semakin  banyak,  sehinga  temperatur  kabin  juga  akan semakin dingin.
2) Flowrate HS & LS
Gambar 6. Grafik Laju Aliran Massa Refrigeran LS = f (Kecepatan Putar Kompressor LS)
Gambar 7. Grafik Laju Aliran Massa Refrigeran HS = f (Kecepatan Putar Kompressor LS).
Gambar  di  atas  merupakan  gambar  grafik  laju  aliran massa refrigeran pada sistem Low stage dan High stage . Dari  pengolahan  data  yang  didapatkan  pada  saat eksperimen,  didapatkan  bahwa  laju  aliran  massa  baik pada High  stage atau Low  stage terus  mengalami peningkatan  seiring  meningkatnya  kecepatan  putar kompresor dan bertambahnya beban pendinginan.
Nilai  laju  aliran  massa  pada  sisi  low  stage  meningkat seiring  penambahan  beban  pendinginan.  Hal  ini disebabkan  karena,  Jika  beban  bertambah  maka  cairan refrigran  di  evaporator  akan  lebih  banyak  menguap, sehingga  besarnya  suhu  panas  lanjut  di  evaporator  akan meningkat.  Pada  akhir  evaporator  diletakkan  tabung sensor  suhu  (sensing  bulb)  dari  TXV  tersebut. Peningkatan suhu dari evaporator akan menyebabkan uap atau  cairan  yang  terdapat  ditabung  sensor  suhu  tersebut akan  menguap  (terjadi  pemuaian)  sehingga  tekanannya meningkat.  Peningkatan  tekanan  tersebut  akan  menekan diafragma ke bawah dan membuka katup lebih lebar. Hal ini  menyebabkan  cairan  refrigeran  yang  berasal  dari kondensor akan lebih banyak masuk ke evaporator.
Sedangkan peningkatan laju aliran massa pada sisi LS yang disebabkan peningkatan kecepatan putar kompresor dikarenakan  semakin  cepat  kompresor  berputar,  maka semakin  cepat  pula  pergerakan  piston  melakukan kompresi  refrigeran,  hal  ini  berdasarkan  persamaan perhitungan  debit  teoritis  kompresor  torak  sebagai berikut:
𝑄 = 𝜋 4 × 𝑑 2 × 𝐿 × 𝑁
Dimana semakin besar nilai kecepatan putar (N) maka semakin  besar  debit  kompresor  tersebut.  Semakin meningkatnya  kecepatan  putar  kompresor  maka  tekanan rasio  dari  kompresor  akan  meningkat,  yang  berakibat pula  pada  penigkatan  temperature  keluaran  kompresor. Sehingga Q_(con-LS) yang merupakan beban pendinginan  sisi  high  stage  secara  lansung  akan meningkan,  sehingga  laju  aliran  massa  pada  sisi high stage pun ikut meningkat.
3) Kerja Kompresi HS dan LS
Gambar 8. Grafik Kerja Kompresi LS = f (Kecepatan Putar
Kompressor LS)
Gambar 9. Grafik Kerja Kompresi HS = f (Kecepatan Putar Kompressor LS)
Gambar  di  atas  menunjukkan  bahwa  kerja  kompresor pada  sistem Low  stage dan  pada  sistem High  stage terhadap  varisi  beban  pendinginan  yang  diberikan  pada sistem  dan  kecepatan  putar  kompresor  LS.  Grafik tersebut  menunjukkan trend  line grafik  yang  naik  baik untuk sistem Low stage maupun sistem high stage.
Besarnya  nilai  dari  kerja  kompresi  dari  kedua  sistem tersebut  dipengaruhi  oleh  nilai  laju  aliran  massa refrigeran  dan  alat  ekspansi  yang  digunakan  pada masing-masing sistem. Berikut persamaan yang digunakan untuk menghitung nilai kerja kompresi.
Low stage
𝑊̇ 𝑟𝑒𝑓 = 𝑚̇ 𝑟𝑒𝑓_𝐿𝑆 (ℎ 2 − ℎ 1 ) High stage
𝑊̇ 𝑟𝑒𝑓 = 𝑚̇ 𝑟𝑒𝑓 _𝐻𝑆 (ℎ 6 − ℎ 5 )
Dari  persamaan  diatas  dapat  dilihat  bahwa  daya  yang dihasilkan kompresor bergantung pada perubahan entalpi keluaran  dan  masukan  kompresor,  dan  laju  massa refrigeran  yang  melaluinya.  Total  kerja  kompresi merupakan  penjumlahan  dari  kedua  kerja  kompresi kompresor sisi low stage dan high stage.
Pada  gambar  4.3  dan  gambar  4.4  dapat  dilihat  bahwa semakin bertambahnya beban pendinginan dan kecepatan
putar kompresor menyebabkan bertambahnya laju massa yang  melewati  evaporator low  stage dan high  stage . Semakin  bertambahnya  laju  massa  pada  evaporator menyebabkan  semakin  bertambahnya  laju  aliran  massa yang  akan  memasuki  kompresor,  semakin  besar  laju massa  yang  memasuki  kompresor  maka  semakin  besar pula kerja yang dibutuhkan kompresor untuk memindahkan refrigeran. Dari teori tersebut maka grafik diatas telah sesuai.
4) Kapasitas Pendinginan
Gambar 10. Grafik Kapasitas Pendinginan = f (Kecepatan Putar Kompressor LS).
Gambar  di  atas  menunjukkan  grafik  kapasitas pendinginan  (Qevap)  Low  stage  fungsi  dari  beban pendinginan  dan  kecepatan  putar  kompresor  low  stage. Grafik  tersebut  memiliki  trend  line  yang  mengalami kenaikan  secara  linear  seiring  bertambahnya  beban pendinginan dan kecepatan putar kompresor, dimana hal tersebut  dikarenakan  semakin  meningkatnya  beban pendinginan,  maka  temperatur  evaporator  akan  semakin meningkat,  hal  ini  mengakibatkan  temperatur  keluaran evaporator  juga  akan  semakin  meningkat,  karena  sistem pendinginan  menggunakan  katup  ekspansi  TXV  makan aliran  refrigeran  akan  semakin  bertambah  sehingga meningkatkan  kapasitas  pendinginan  yang  memiliki persamaan sebagai berikut.
Q ̇_e=m ̇_(ref_LS) (h_1-h_4)
Hal  yang  sama  juga  terjadi  pada  kenaikan  kecepatan putar  kompresor,  dimana  semakin  meningkatnya kecepatan  putar  kompresor,  maka  aliran  refrigeran  juga semakin  meningkat  sesuai  dengan  Gambar  4.3. berdasarkan  teori  diatas  maka  gambar  grafik  hasil penelitian telah sesuai.
5) COP
Gambar 11. Grafik COP Thermodinamik = f (Kecepatan Putar Kompressor LS).
Gambar  di  atas  menunjukan  grafik  COP  dan temperature kabin terhadap pengaruh perubahan kecepatan  kompresor low  stage dan  pengaruh  beban pendinginan. Dari gambar grafik di atas, trend line grafik
mengalami  penurunan  seiring  dengan  meningkatnya kecepatan  putar  kompresor  dan  berkurangnya  beban ( electric  heater )  yang  terpasang  pada  kabin  ( cooling box ).  Dimana  nilai  laju  COP  terendah  pada  saat  beban heater minimum (0 Watt) dan kecepatan putar kompresor maksimum  (3000  rpm),  dan  tertinggi  pada  saat  beban heater  maksimum  (158.4  Watt)  dan  kecepatan  putar kompresor minimum (1800 rpm).
COP merupakan istilah efisiensi yang biasa digunakan pada  sistem  pendingin.  Cara  menghitungnya  adalah dengan  membagi  kapasitas  pendinginan  yang  didapat dengan  nilai  kerja  kompresi.  Sementara  itu  Sistem Refrigerasi Cascade menggunakan  dua  buah  kompresor untuk menjalankan sistemnya, maka persamaannya akan berubah  menjadi  kapasitas  evaporator  sistem Low  stage dibagi  dengan  penjumlahan  nilai  kerja  kompresi  pada masing-masing sistem seperti persamaan berikut:
𝐶𝑂𝑃 𝑇ℎ𝑒𝑟𝑚𝑜 =
𝑄̇ 𝑒_𝐿𝑆 𝑊 𝑟𝑒𝑓_𝐻𝑆 + 𝑊 𝑟𝑒𝑓_𝐿𝑆 Semakin besarnya  nilai  COP seiring  dengan bertambahnya  nilai  beban  dikarenakan  nilai  kapasitas pendinginan semakin besar namun nilai kerja kompresinya  tetap  pada  nilai  yang  cenderung  konstan. Selain  itu  COP  juga  berpengaruh  terhadap  kecepatan putar kompresor karena semakin lambat kecepatan putar kompresor  maka  daya  kompresor  akan  semakin  kecil pula.
6) Menentukan kecepatan putar kompresor yang sesuai dengan beban pendinginan.
Gambar 12. Pemilihan Kecepatan Putar Kompresor Yang paling Sesuai Dengan Beban Pendinginan.
Penentuan kecepatan kompresor juga harus memperhatikan  temperatur  kabin  yang  menjadi  tujuan sistem  cascade  untuk  mendapatkan  temperature  sangat dingin.  Sehingga  dari  Gambar  4.15  di  tentukan  limit nilai temperature kabin terendah ketika di berikan beban paling besar yaitu 158.4 Watt, dengan temperature kabin sebesar -28.1 o C dimana kecepatan putar kompresor 3000 rpm  (50Hz).  Selanjutnya  dapat  ditentukan  kecepatan putar  kompresor  pada  masing-masing  beban  dengan memperhatikan  suhu  kabin  yang  paling  sedikit  dibawah temperature  -28.1 o C,  sehingga  didapatkan  kecepatan putar  kompresor  yang  sesuai  dengan  beban  pendinginan sebagai berikut:
T ABEL 1. H ASIL A NALISA KECEPATAN PUTAR KOMPRESOR TERHADAP BEBAN PENDINGINAN . Beban N temperatu r kabin Kerja Kompresi Konsumsi listrik COP Thermo COP elektrik Watt rpm oC kW kW 0 1800 -31.12 0.2595 0.5208 1.397 0.6962 28.8 1800 -29.78 0.2739 0.551 1.405 0.6986 86.4 2100 -28.88 0.3178 0.625 1.327 0.6749 158.4 3000 -28.1 0.5293 0.756 1.032 0.683
V. K ESIMPULAN /R INGKASAN
Hasil  dari  pengujian  Sistem  Refrigerasi  Cascade  dan pengolahan  data  yang  telah  dilakukan,  maka  penulis memperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
Pada  pengujian  didapatkan  laju  aliran  massa  yang semakin  besar  seiring  dengan  kenaikan  putaran  motor kompresor  dan  beban  pendinginan,  Dimana  nilai  laju aliran  masa  tertinggi  sebesar  0.0027 𝑘𝑔 𝑠 (Beban  158.4 Watt dan N = 3000 rpm). Nilai COP cenderung menurun seiring  meningkatnya  kecepatan  putar  kompresor  dan mengalami  peningkatan  seiring  bertambahnya  beban pendinginan.  Dimana  COP  tertinggi  sebesar  1.471 (Beban 158.4 Watt dan N = 1800 rpm).Temperatur kabin cenderung  menurun  seiring  meningkatnya  kecepatan putar  kompresor  dan  mengalami  peningkatan  seiring bertambahnya  beban  pendinginan.  Dimana  temperature kabin terendah sebesar -35.04 oC (Beban 0 Watt dan N = 3000 rpm).Sistem Cascade mengalami peningkatan kerja kompresi baik pada sisi low stage maupun sisi high stage seiring  peningkatan  beban  pendinginan  dan  kecepatan putar  kompresor.  Nilai  HRR  (Heat  Rejection  Ratio) mengalami  peningkatan  kerja  kompresi  baik  pada  sisi low  stage  maupun  sisi  high  stage  seiring  berkurangnya beban  pendinginan  dan  meningkatnya  kecepatan  putar kompresor.  Bedarsarkan  hasil  analisa  maka  didapatkan kecepatan putar kompresor yang paling sesuai berdasarkan  beban  pendinginan  yang  diberikan,  terlihat pada tabel 1.

## N OMENKLATUR
𝑈𝑖
= Overall Heat Coefficient, 𝑊 𝑚 2 𝐾 ⁄
𝐴𝑖 = Luas sisi-sisi kabin, 𝑚 2 𝑊𝑟𝑒𝑓 _ 𝐻𝑆 = Kerja nyata kompresor untuk High Stage , Kw 𝑊𝑟𝑒𝑓_𝐿𝑆 = Kerja nyata kompresor untuk Low Stage , kW
𝑚̇𝑟𝑒𝑓_𝐻𝑆 = Laju aliran massa refrigeran Musicool-22, kg/s 𝑚̇𝑟𝑒𝑓_𝐿𝑆 = Laju aliran massa refrigeran R404A, kg/s 𝑄𝑒_𝐻𝑆 = Panas yang diserap evaporator High Stage , kW 𝑄𝑐_𝐿𝑆 = Panas yang dilepaskan kondensor Low Stage , kW ℎ1 = Entalpi refrigeran masuk kompresor di Low Stage , kJ/kg h2 = Entalpi refrigeran masuk kondensor Low Stage, kJ/kg h3 = Entalpi refrigeran keluar kondensor Low Stage, kJ/kg ℎ 4 = Entalpi refrigeran masuk evaporator di Low Stage, kJ/kg h5 = Entalpi refrigeran keluar evaporator High Stage, kJ/kg ℎ 6 = Entalpi refrigeran keluar kompresor di High  Stage, kJ/kg h7 = Entalpi refrigeran masuk kondensor High Stage, kJ/kg h8 = Entalpi refrigeran masuk evaporator High Stage , kJ/kg
D AFTAR P USTAKA
[1] Ruben Induran Pinnata, TA: Pengujian Karakteristik Kerja Pada Sisi Low Stage Sistem Refrigerasi Cascade Dengan Fluida Kerja R-407F  Sebagai  Alternatif  Ramah  Lingkungan  Dari  R-404A Dengan Variasi Beban Pendinginan .Juli, 2015
[2] Windy Hernawan Mitrakusuma,  Windy. 2009 Bahan Ajar Dasar Refrigerasi . Bandung: Polban, 2009.
[3] Michael  J  Moran,  Shapiro,  Howard  N. Fundamentals  of Enginering Thermodynamics, 5th . US : John & Wiley Inc. 2006.
[4] Wilbert  Stoecker,  F.  Jones,  Jerold  W. Refrigeration  and  Air Conditioning, 2nd Edition . Jakarta : Erlangga. 1987.