Abstrak—Saat ini reefer container 20 ft dan 40 ft diperkirakan memiliki  konsumsi  energi  sekitar  3,6  kW  per  TEU.  Reefer container biasanya menggunakan sistem refrigerasi konvensio- nal  siklus  kompresi  uap  satu  tingkat  yang  mana  temperatur ruangan  pendingin  yang  dapat  dihasilkan  untuk  operasional normal adalah sekitar -20˚ C. Untuk meningkatkan kemampu- an dan variasi muatan yang dapat dimuat oleh reefer container, dalam  penelitian  ini  sistem  refrigerasi  konvensional  akan diubah dengan sistem refrigerasi cascade. Tujuan penelitian ini adalah  untuk  merancang  sistem  refrigerasi  cascade  serta menganalisis  kinerja  sistem  refrigerasi  cascade.  Berdasarkan hasil penelitian, perancangan sistem refrigerasi  cascade hanya mampu  mencapai  suhu  ruang  -11 0 C.  Hasil  percobaan  pada sistem refrigerasi cascade tanpa beban, waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu ruang hingga  -11 0 C adalah 6 jam 59 menit dengan rata-rata high pressure HS sebesar 12,10 bar, low pressure HS sebesar 3,05 bar, high pressure LS sebesar 5,32 bar, dan low pressure LS sebesar 2,37 bar. Sedangkan pada sistem refrigerasi  cascade  dengan  beban,  waktu  yang  dibutuhkan untuk menurunkan suhu ruang hingga -11 0 C adalah 13 jam 16 menit dengan rata-rata high pressure HS sebesar 12,13 bar, low pressure HS sebesar 3,64 bar, high pressure LS sebesar 5,39 bar, dan  low  pressure  LS  sebesar  2,41  bar.  Sementara  itu,  pada sistem refrigerasi konvensional single stage tanpa beban, waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu hingga -11 0 C adalah 2  jam 45  menit  dengan  rata-rata  low pressure  sebesar  3,3  bar dan  high  pressure  sebesar  16,7  bar.  Sedangkan  pada  sistem refrigerasi  konvensional  single  stage  dengan  beban  adalah  10 jam 30 menit dengan rata-rata low pressure sebesar 3,4 bar dan high pressure sebesar 17,4 bar. COP sistem refrigerasi cascade adalah  sebesar  3,125.  COP  sistem  refrigerasi  konvensional single stage adalah sebesar 0,972.
Kata Kunci— Reefer Container, Cascade, MC22, R404A.

## I. PENDAHULUAN
UMLAH total sistem refrigerasi, AC, dan pompa panas di seluruh  dunia  yang  beroperasi  adalah  sekitar  tiga  miliar, yang mana telah menyumbang sekitar 17% dari keseluruhan konsumsi  listrik  di  seluruh  dunia.  Angka  ini  diperkirakan akan meningkat karena terus meningkatnya standar hidup dan permintaan  sistem  pendinginan  di  berbagai  bidang  [1]. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan, untuk cold storage dengan  jenis reefer  container 20  ft  dan  40  ft  diperkirakan memiliki konsumsi energi sekitar 3,6 kW per TEU [2].
Salah satu penerapan sistem refrigerasi yang paling sering dijumpai  adalah  digunakan  pada  proses  pendinginan  atau penanganan ikan. Penanganan dan pengolahan seperti proses pendinginan pada ikan harus dilakukan secara tepat agar tidak terjadi  kesalahan  yang  dapat  menurunkan  kualitas  dan  nilai jual  dari  ikan  tersebut  [3].  Dalam  hal  ini,  salah  satu  tempat penyimpanan ikan adalah dapat dilakukan pada cold storage . Cold  storage sendiri  mempunyai  ukuran  ruangan  yang besar  dibandingkan  lemari  pendingin  lainnya  dengan temperatur ruangannya bisa mencapai kurang lebih dari 15 o C
hingga -45 o C. Cold storage reefer container biasanya meng- gunakan sistem refrigerasi konvensional siklus kompresi uap satu tingkat. Untuk siklus kompresi uap satu tingkat, tempe- ratur ruangan pendingin yang dapat dihasilkan untuk operasi- onal  normal  adalah  sekitar  -20˚  C.  Untuk  meningkatkan kemampuan  dan  variasi  muatan  khusus  yang  dapat  dimuat oleh reefer container , dalam penelitian ini sistem refrigerasi akan diubah dengan sistem refrigerasi kompresi uap cascade . Sistem refrigerasi cascade pada dasarnya adalah dua sistem refrigerasi  yang  dihubungkan  dengan  satu  penukar  panas. Sistem cascade dapat  mencapai  temperatur  ruangan  yang lebih  rendah  dibandingkan  siklus  refrigerasi  kompresi  uap satu  tingkat.  Sistem  refrigerasi cascade merupakan  cara terbaik untuk mendapatkan peningkatan performa unjuk kerja (COP) serta penghematan daya [4].
Dengan  melihat  beberapa  permasalahan  di  atas,  maka dalam  penelitian  ini  nantinya  akan  dilakukan  perancangan bangun  sistem  refrigerasi cascade pada reefer  container ½ ton  serta  dilakukan  analisis  terkait  kinerja  dari  sistem  refri- gerasi cascade pada reefer container ½ ton. Pada penelitian ini nantinya juga akan  membandingkan beberapa parameter antara  sistem  refrigerasi  konvensional single  stage dengan sistem  refrigerasi cascade .  Adapun  parameter  yang  akan diteliti adalah tekanan kerja sistem refrigerasi, coefficient of performance (COP)  untuk  sistem  refrigerasi,  dan  distribusi suhu pendinginan di dalam ruang reefer container .

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
Secara umum, sistem refrigerasi kompresi uap terdiri atas empat  komponen  utama,  yaitu  kompresor,  kondensor,  alat ekspansi  ( expansion  device ),  dan  evaporator.  Serangkaian komponen  tersebut  mempunyai  peranan  masing-masing dalam siklus kompresi uap. Untuk penjelasan lebih lanjutnya, proses siklus sistem refrigerasi kompresi uap dapat dijelaskan melalui skema di bawah ini.

## 1) Siklus 1
Refrigeran keluar dari evaporator dalam bentuk uap jenuh atau  uap  panas  dengan  temperatur  dan  tekanan  yang  relatif rendah. Refrigeran yang mengalir ini kemudian akan masuk ke  dalam  kompresor  untuk  selanjutnya  dikompres  sehingga temperatur  dan  tekanan  refrigeran  menjadi  relatif  tinggi. Dalam tahap ini, fluida atau refrigeran yang masuk ke dalam kompresor harus dalam fase gas guna menghindari kerusakan pada kompresor seperti disajikan pada Gambar 1.
Persamaan  daya  kompresor  pada  kondisi superheated vapor dapat dirumuskan dengan:
W comp = m ref × (h 1 − h 2 ) (1)

## Perancangan Sistem Refrigerasi Cascade R404A/MC22 pada Reefer Container ½ Ton
Aulinnuha Fathony, Sutopo Purwono Fitri, dan Alam Baheramsyah Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : sutopopf@gmail.com
J
Dengan m ref adalah  laju  aliran  massa  refrigeran  (kg/s), h 2 adalah entalpi output kompresor (kJ/kg), h 1 adalah entalpi input kompresor  (kJ/kg),  dan W comp adalah  daya input kompresor (kJ/s).

## 2) Siklus 2
Kondensor merupakan tempat refrigeran didinginkan dan mengembun. Agar terjadi perubahan wujud refrigeran (peng- embunan  atau condensing ),  maka  kalor  harus  dibuang  dari uap refrigeran. Kalor yang dilepaskan dari  kondensor dapat diketahui melalui persamaan berikut:
Q cond = m ref × (h 2 − h 3 ) (2)
dengan Q cond adalah  kalor  yang  dilepas  dari  kondensor  ke lingkungan  (kJ/s), m ref adalah  laju  aliran  massa  refrigeran (kg/s), h 2 adalah entalpi output kompresor atau input konden- sor (kJ/kg), dan h 3 adalah  entalpi input  expansion  device atau output kondensor (kJ/kg).
3) Siklus 3
Refrigeran  yang  telah  berbentuk  cair  ( subcooled )  jenuh dengan  temperatur  dan  tekanan  yang  tinggi  selanjutnya masuk ke alat ekspansi atau expansion device yang di mana
tekanan  dan  temperatur  dari  refrigeran  akan  didinginkan sampai titik yang diinginkan.

## 4) Siklus 4
Campuran uap–cair mengalir dengan tekanan dan tempe- ratur  yang  relatif rendah  pada  sebuah heat  exchanger yaitu evaporator.  Pada  kondisi  ini,  temperatur  jenuh  refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekitarnya, sehingga terjadi penyerapan  kalor  pada  sistem  oleh  refrigeran  terhadap sekitarnya.
Kalor  yang  diserap  oleh  evaporator  dari  lingkungan dengan temperatur yang lebih tinggi dapat dihitung menggu- nakan persamaan berikut:
Q evap = m f × (h 1 − h 4 ) (3)
Dengan 𝑄 𝑒𝑣𝑎𝑝 adalah  kalor  yang  diserap  evaporator  (kJ/s), 𝑚 𝑟𝑒𝑓 adalah  laju  aliran  massa  refrigeran  (kg/s), h 1 adalah entalpi input kompresor (kJ/Kg), dan h 4 adalah entalpi input evaporator (kJ/kg).
B. Sistem Refrigerasi Cascade
Sistem  refrigerasi cascade terdiri  dari  dua  sistem  refri- gerasi siklus tunggal. Sistem pertama disebut high-stage (HS) dan sistem kedua disebut low-stage (LS) seperti pada Gambar 2.  Pada  prinsipnya  efek  refrigerasi  yang  dihasilkan  oleh evaporator  HS  dimanfaatkan  untuk  menyerap  kalor  yang dilepas  oleh  kondensor  LS  sehingga  dihasilkan  temperatur yang sangat rendah pada evaporator LS [5].
Pada sistem refigerasi cascade , besarnya kerja kompresor total  didapat  dengan  menjumlahkan  kerja  kompresor  pada sistem HS dan LS.
W total = WHS + WLS (4)
Nilai koefisien kinerja (COP) didapat dengan:
COP = Q evap × LS W kompresortotal (5)

## C. Perpindahan Panas
Perpindahan panas (heat transfer) merupakan disiplin ilmu yang  mempelajari  bagaimana  panas  dapat  berpindah  dari suatu benda ke benda lainnya melalui berbagai macam medi- um perambatan. Panas dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain akibat adanya perbedaan suhu. Perpindahan panas atau kalor merupakan proses perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material yang  dipengaruhi  oleh  laju  perpindahan  suatu  benda  yang terjadi  pada  kondisi-kondisi  tertentu  [6].  Dalam  ilmu perpindahan  panas,  dikenal  tiga  proses  perpindahan  panas dilihat  dari  medium  perambatannya,  yaitu  konduksi, konveksi  dan  radiasi.  Ilustrasi  perpindahan  panas  disajikan pada Gambar 3.

## 1) Konduksi
Konduksi  adalah  perpindahan  panas  yang  terjadi  karena adanya  kontak  langsung  antar  permukaan  benda.  Jika  pada suatu  benda  terdapat  perbedaan  suhu,  maka  akan  terjadi perpindahan energi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang  bersuhu  rendah.  Berikut  persamaan  kalor  secara konduksi:
q = −kA δT δx (6)
dengan q adalah  laju  perpindahan  kalor  (W), k adalah konduktivitas  termal  benda (W/m o C),  A  adalah  luas  bidang
Gambar 1. Siklus sistem refrigerasi kompresi uap.
Gambar 2. Siklus sistem refrigasi cascade .
Gambar 3. Perpindahan panas.
yang  tegak  lurus  dengan  arah  laju  perpindahan  kalor  (m 2 ), dan δT δx adalah  gradien  suhu  ke  arah  perpindahan  kalor ( o C/m).

## 2) Konveksi
Konveksi  adalah  proses  perpindahan  kalor  melalui  zat penghantar yang disertai dengan perpindahan bagian zat-zat nya.  Laju  perpindahan  secara  konveksi  dirumuskan  melalui persamaan berikut:
q = hA(T s − T f ) (7)
dengan q adalah  laju  perpindahan  kalor  (W), h adalah koefisien  perpindahan  panas  konveksi  (W/m o C), A adalah luas Penampang (m 2 ), T s adalah  temperatur  plat/benda  ( o C), dan 𝑇 𝑓 adalah  temperatur  fluida  yang  mengalir  dekat permukaan benda ( 0 C)

## 3) Radiasi
Radiasi  merupakan  perpindahan  panas  melalui  pancaran atau  radiasi  elektromagnetik  tanpa  melalui  suatu  media. Perpindahan panas dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
q = ε 1 × σ × A 1 × (T 1 4 − T 2 4 ) (8)
dengan q adalah  laju  perpindahan  kalor  (W), ε adalah emisivitas  atau  sifat  radiasi  pada  permukaan, σ adalah konstanta Stefan Boltzman (5,669  10 -8 W/m 2 K 4 ), 𝑇 1 4 adalah temperatur  Absolut  permukaan  (K 4 ),  dan 𝑇 2 4 adalah temperatur lingkungan (K 4 ).

## D. Refrigeran
Refrigeran merupakan fluida kerja pada sistem refrigerasi. Refrigeran  ini  berfungsi  menyerap  kalor/panas  dari  suatu daerah dan membuangnya ke daerah yang lain, biasanya hal ini  dilakukan  melalui  proses  evaporasi  (penguapan)  dan kondensasi (pengembunan).

## 1) Refrigeran R404-A
Salah  satu  jenis  refrigeran  yang  sering  digunakan  dalam aplikasi  pengondisian  udara  dan  refrigerasi  adalah  R-404A. Refrigeran  R-404A  adalah  salah  satu  jenis  refrigeran  dari fraksi HFC. Refrigeran ini dapat diaplikasikan untuk sistem refrigerasi  temperatur  menengah maupun refrigerasi  tempe- ratur rendah [7].
2) Refrigeran R290 (Musicool-22)
R-290  ( propane )  termasuk  ke  dalam  klasifikasi  hidro- karbon karena memiliki ODP dan GWP yang rendah (ODP = 0 dan GWP = ~20 ͩ ). R-290 memiliki rumus senyawa kimia CH3CH2CH3 dengan Normal Boiling Point (NBP) sebesar - 42°C  yang  memiliki  sifat  mudah  terbakar  ( flammable ) (ASHRAE, 2009). Salah satu  produk R-290 yang berada di pasaran adalah Musicool dari PT. Pertamina. Musicool (MC- 22) merupakan refrigeran ramah lingkungan untuk menggan- tikan refrigeran yang berpotensi merusak lingkungan seperti R-12 (CFC), R-22 (HCFC), dan R-134a (HFC).
E. Coefficient of Performance (COP)
Coefficient of Performance (COP) merupakan salah satu indikator  pada  suatu  sistem  refrigerasi  yang  sangat menentukan  kerja  dari  sistem  itu  sendiri.  Dengan  melihat nilai  dari  COP  pada  satu  sistem  refrigerasi  kita  dapat mengetahui kerja dari sistem tersebut, apakah sistem bekerja sesuai dengan perancangan yang dibutuhkan.
COP untuk pemanasan dan pendinginan berbeda satu sama lain,  karena  reservoir  panas  yang  diamati  berbeda.  Ketika penelitian  dilakukan  untuk  mengamati  seberapa  baik  mesin mendingin, COP adalah rasio panas yang dikeluarkan dari re- servoir dingin untuk memasukkan pekerjaan. Namun, untuk pemanasan,  COP  adalah  rasio  panas  yang  dikeluarkan  dari reservoir dingin ditambah masukan untuk kerja masukan [7].
Pada siklus kompresi uap cascade di mana digunakan dua buah  kompresor  maka  perhitungan  daya  pada  COP  adalah jumlah  total  dari  daya  kompresor  yang  digunakan.  Untuk menghitung nilai COP dapat digunakan persamaan:
COP = Q c W total (9)

## F. Reefer container
Reefer  container adalah  unit  tertutup  yang  digunakan untuk  mengangkut  kargo  yang  sensitif  terhadap  suhu. Kontainer ini membutuhkan catu daya eksternal untuk peng- operasiannya. Saat ini ada berbagai macam reefer container yang ada di  pasaran. Jenis reefer container yang digunakan ini  tergantung  pada  persyaratan  efisiensi  dan  muatan  yang harus dibawa. Adapun beberapa jenis reefer container adalah sebagai berikut:
1) Closed Reefer
Kontainer  ini  merupakan  jenis reefer  container tipe konvensional.  Kontainer  ini  akan  berada  dalam  satu  bagian dengan unit pendingin dan pemanas otomatis secara elektrik.

## 2) Reefer  container  Modified/Controlled  Atmosphere (MA/CA)
Jenis  kontainer  berinsulasi  ini  akan  mempertahankan atmosfer  konstan  dengan  mengganti  oksigen  yang  dikon- sumsi menggunakan air exchange system serta akan menjaga atmosfer  ideal  dalam  keseimbangan  dengan  tingkat kerusakan produk.
3) Automatic Fresh Air Management Containers
Kontainer ini dikenal dengan reefer container AFAM yang menggunakan teknologi canggih untuk mengatur kombinasi udara  dengan  menyesuaikan  skala  pertukaran  udara  segar
Gambar 4.  Diagram alir penelitian.
secara otomatis. Cara kerjanya mirip dengan reefer container Controlled  Atmosphere yang  mana  akan  mengontrol komposisi  oksigen,  karbon  dioksida  dan  lain-lain.  Kontrol kontainer  berpendingin  AFAM  dapat  disesuaikan  untuk mempengaruhi dan memperpanjang umur simpan kargo yang dibawa.

## III. METODOLOGI

## A. Diagram Alir Penelitian
Diagram alir pada penelitian ini disajikan pada Gambar 4.

## B. Identifikasi Masalah
Identifikasi dan perumusan masalah merupakan tahap awal dalam  pelaksanaan  penelitian.  Rumusan  masalah  menjadi aspek pokok dalam analisis pada penelitian berdasarkan data yang telah didapatkan.

## C. Rancang Bangun Sistem Refrigerasi Cascade
Pada  tahap  ini  akan  dilakukan  perancangan  desain  dari sistem refrigerasi  cascade. Desain  nantinya akan  diaplikasi- kan pada reefer container berukuran ½ ton.
D. Skema Percobaan
Setelah  perancangan  bangun  desain  sudah  divalidasi, kemudian percobaan dilakukan untuk diuji coba, yaitu pada sistem  refrigerasi cascade .  Skema  aparatus  uji  kinerja distribusi suhu disajikan pada Gambar 5.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Beban Pendinginan Sistem Refrigerasi Cascade
Cooling  load atau  beban  pendinginan  merupakan  total beban  yang  harus  dapat  diatasi  oleh  sistem  refrigerasi  guna mencapai  kondisi  yang  telah  direncanakan.  Total  beban pendingin cascade seperti tertera pada Tabel 1.

## B. Perancangan Sistem Refrigerasi Cascade
Pada bagian ini akan dilakukan perhitungan untuk menen- tukan  parameter-parameter  perancangan  dan  mengetahui nilai  performa  sistem  refrigerasi cascade .  Skema  sistem refrigerasi cascade disajikan pada Gambar 6.

## 1) Parameter Perancangan
Parameter perancangan dalam perhitungan sistem refrige- rasi  berupa  temperatur  atau  tekanan  pada  kondensor  dan evaporator.  Parameter  perancangan cascade disajikan  pada Tabel  2.  Kondisi  refrigeran  yang  keluar  dari  kondensor berupa  cair  jenuh  dan  saat  memasuki  kompresor  refrigeran berupa uap jenuh.
Selanjutnya, perlu dilakukan pembacaan log P-H diagram menggunakan software CoolPack-EES  agar  lebih  akurat
dalam  pembacaannya.  Pembacaan  log  P-H  diagram  ini dilakukan dengan memilih refrigeran R404a pada low stage , dan refrigeran MC22 (R290) pada kondisi high stage .
Berdasarkan pembacaan log P-H diagram untuk refrigeran R404a/MC22  didapatkan  hasil  sebagai  berikut  atau  yang disajikan pada Gambar 7.
Untuk low stage : h 1 : 213  kJ/kg
h 2 : 227,4 kJ/kg
h 3 : 31,7  kJ/kg h 4
: 31,7  kJ/kg Low pressure : 250,1 kPa High pressure : 513,8 kPa Untuk high stage : h 5 : 481,4 kJ/kg
h 6 : 534,9 kJ/kg
h 7 : 152,5 kJ/kg h 8 : 152,5 kJ/kg
Low pressure : 347,7 kPa High pressure : 1081  kPa
Gambar 5. Skema aparatus uji kinerja distribusi suhu.
Gambar 6. Skema sistem refrigerasi cascade .
Gambar 7. Hasil pembacaan log P-H diagram.

## 2) Laju Aliran Massa Refrigeran
Dengan mengasumsikan tidak ada heat  loss yang terjadi, maka Q evap dianggap sama dengan nilai beban pendinginan. Nilai untuk h 1 dan h 4 disajikan pada Tabel 3.
Q evap = m ls × (h 1 − h 4 ) m ls = Q evap /(h 1 − h 4 ) m ls = 0,634/(213 − 31,7) m ls = 0,00349 kg/s
Pada  sisi  HS  temperatur  keluaran  refrigeran  dirancang sebesar −10˚ C, dengan nilai h 2 dan h 3 seperti pada Tabel 4, serta h 5 dan h 8 pada Tabel 5.
Q kond LS =   Q evap HS m hs = m ls (h 2 − h 3 )/(h 5 − h 8 ) m hs = 0,00208 kg/s

## 3) Perpindahan Panas pada Kondensor HS
Pada  sisi  kondensor  HS  perpindahan  panas  yang dikeluarkan ke lingkungan dapat dihitung dari nilai laju aliran massa refrigeran pada HS, refrigeran yang masuk ke dalam kondensor adalah uap superheated pada tekanan kompresor. Tekanan  kompresor  dipilih  pada  1.000  kPa  dengan  tempe- ratur 30°C. Temperatur dan entalpi refrigeran yang masuk ke dalam  kondensor  didapatkan  dari  mencari  nilai  temperatur
dan entalpi refrigeran pada kondisi uap superheated dengan tekanan 1.000 kPa dan dengan nilai entropi yang sama pada saat  refrigeran  keluar  evaporator  HS.  Nilai ℎ 6 dan ℎ 7 disajikan pada Tabel 6.
Q kond = m hs × (h 6 − h 7 ) Q kond = m hs (h 6 − h 7 ) Q kond = 0,00208 (534,9 − 152,2) Q kond = 0,795 kW

## 4) Daya Masukan Kompresor
Dari nilai laju aliran massa refrigeran dan entalpi pada uap jenuh dan uap superheated , selanjutnya dapat dihitung daya masukan  dari  kompresor  untuk low  stage dan high  stage sebagai berikut.
W ls = m ls (h 2 − h 1 ) W ls = 0,00349 (227,4 − 213) W ls = 0,05037 kW
W hs =   ṁ hs (h 6 − h 5 ) W hs =  0,00208 (534,9– 481,4) W hs = 0,1113 kW
5) COP (Coefficient of Performance)
Pada  sistem  refrigerasi cascade nilai  COP  didapatkan dengan  membagi  nilai Q evap dengan  daya  masukan  total kompresor yang bekerja pada sistem. Dari perhitungan yang telah dilakukan didapat dengan perhitungan sebagai berikut.
COP = Q evap /(W ls + W hs ) COP = 0,634 / (0,0503 + 0,1113) COP = 3,921

## 6) Perhitungan Penukar Panas Cascade
Jenis penukar panas yang digunakan adalah Shell and Tube Heat  Exchanger .  Di  mana  refrigeran  dari  sirkuit low temperature direncanakan  pada  saat  keluar  dari  penukar panas yang melalui pipa-pipa di dalam penukar panas adalah bertemperatur  -5°C.  Sedangkan  refrigeran  dari  sirkuit high temperature masuk ke  dalam penukar panas dengan tempe- ratur -10°C.
Q kondensor LS = Q evaporator HS m ls (h 2 − h 3 ) =   m hs (h 5 − h 8 ) 0,00349 (227,4 − 31,7) =  0,00208 (481,4 − 152,5) 0,68 kW = 0,68 kW
Berdasarkan  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  maka  ke- butuhan Q minimal pada penukar panas adalah sebesar 0,68 kW~1 PK.

## C. Hasil Percobaan
Pada  bab  ini  akan  menjelaskan  bagaimana  kinerja  dari hasil  perancangan  sistem  refrigerasi cascade pada reefer container ½ ton. Parameter kinerja sistem refrigerasi adalah berupa distribusi suhu, tekanan kerja, serta nilai COP sistem refrigerasi cascade .
Gambar  8  merupakan  perbandingan  suhu  ruang  pada  uji coba  sistem  refrigerasi cascade dibandingkan  dengan  hasil percobaan sistem refrigerasi konvensional single stage . Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat diketahui bahwa sistem refrigerasi cascade yang telah dirancang hanya dapat mencapai  suhu  maksimal  pada  suhu  -11 0 C.  Adapun  untuk percobaan  sistem  refrigerasi  cascade  tanpa  beban  mampu mencapai  suhu  -11 0 C  dalam  waktu  6  jam  59  menit. Selanjutnya  untuk  percobaan  sistem  refrigerasi cascade
Tabel 1. Total Beban Pendinginan Cascade Nama Q (Watt) Q Produk 453,6108474 Q Infiltrasi 0 Q Transmisi 117,9476048 Q Peralatan 5 Q Irradiation 0 Sub total 576,5584522 Safety factor , 10% 57,65584522 Total Beban 634,2142975 Tabel 2. Parameter Perancangan Cascade Komponen Parameter Evaporator MC22 (LS) -25 °C Penukar panas Cascade MC22 (LS) -5 °C Penukar panas Cascade R404A (HS) -10 °C
Kondensor R404A (HS) 30 °C
Tabel 3.
Properti R-404A untuk Evaporator LS Lokasi Temperatur (°C) Tekanan (kPa) Entalpi Kondisi h 1 -25 250,1 213 uap jenuh h 4 -25 250,1 31,7 cair-uap Tabel 4. Properti R-404A untuk Kondensor LS Lokasi Temperatur (°C) Tekanan (kPa) Entalpi Kondisi h 2 -5 513,8 227,4 uap superheated h 3 -5 513,8 31,7 cair jenuh Tabel 5. Properti R290 untuk evaporator HS Lokasi Temperatur (°C) Tekanan (kPa) Entalpi Kondisi h 5 -10 347,7 481,4 uap jenuh h 8 -10 347,7 152,5 cair-uap Tabel 6. Properti R290 untuk evaporator HS Lokasi Temperatur (°C) Tekanan (kPa) Entalpi Kondisi h 6 30 1081 534,9 uap superheated h 7 30 1081 152,5 cair jenuh
dengan beban mampu mencapai suhu -11 0 C dalam waktu 13 jam  16  menit.  Sementara  itu,  pada  sistem  refrigerasi konvensional  tanpa  beban  mampu  mencapai  suhu  -11 0 C dalam  waktu  2  jam  45  menit.  Sedangkan  pada  sistem refrigerasi  konvensional  dengan  beban  mampu  mencapai suhu -11 0 C dalam waktu 10 jam 30 menit.
Pada  Gambar  9  dan  Gambar  10  di  atas  menunjukkan perbandingan  tekanan  pada  sistem  refrigerasi  konvensional tanpa beban dan cascade tanpa beban. Pada sistem refrigerasi konvensional  tanpa  beban,  rata-rata high  pressure sebesar 16,7 bar, sedangkan pada low pressure rata-rata sebesar  3,3 bar.  Sementara  itu,  pada  sistem  refrigerasi cascade tanpa beban  memiliki  rata-rata high  pressure pada low  stage sebesar 5,32 bar, dan tekanan rata-rata low pressure pada low stage sebesar  2,37  bar.  Sedangkan  pada  kondisi  high  stage, high  pressure rata-rata  sebesar  12,10  bar  dan low  pressure rata-rata sebesar 3,05 bar.
Pada  Gambar  11  dan  Gambar  12  di  atas  menunjukkan perbandingan  tekanan  pada  sistem  refrigerasi  konvensional dengan  beban  dan cascade dengan  beban.  Pada  sistem refrigerasi  konvensional  dengan  beban,  rata-rata high pressure sebesar 17,4 bar, sedangkan pada low pressure rata- rata  sebesar  3,4  bar. Sementara  itu,  pada  sistem  refrigerasi cascade dengan beban memiliki rata-rata high pressure pada low stage sebesar 5,39 bar, dan tekanan rata-rata low pressure pada low stage sebesar 2,41 bar. Sedangkan pada kondisi high stage , high  pressure rata-rata  sebesar  12,13  bar  dan low pressure rata-rata sebesar 3,64 bar.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  eksperimen,  perancangan  sistem refrigerasi cascade hanya mampu mencapai  suhu maksimal pada  suhu  -11 0 C.  Terdapat  beberapa  faktor  yang menyebabkan hal tersebut terjadi, di antaranya adalah terkait performa heat  exchanger tipe shell  and  tube yang  dirasa kurang  optimal  untuk  diaplikasikan  pada  sistem  refrigerasi cascade .  Hasil  di  atas  didukung  oleh  penelitian  yang dilakukan oleh Singh, R., Ahmad, S., dan Jain, S. (2013) yang meneliti  tentang  perbandingan  kinerja  dari heat  exchanger tipe plate  heat  exchanger dengan shell  and  tube  heat exchanger pada  sistem  refrigerasi cascade [8].  Dari penelitiannya didapatkan hasil bahwa dengan penukar panas tipe pelat adalah tipe heat exchanger yang direkomendasikan dalam mencapai suhu kabinet yang lebih rendah. Faktor lain yang  menyebabkan  perancangan  sistem  refrigerasi cascade kurang optimal yaitu masih belum adanya excess area ( safety factor ) yang diberikan dalam pemilihan heat exchanger shell
Gambar 8. Grafik distribusi suhu ruang.
Gambar 9. Grafik perbandingan tekanan rendah pada sistem refrigerasi konvensional tanpa beban dan cascade tanpa beban.
Gambar 10. Grafik perbandingan tekanan tinggi pada sistem refrigerasi konvensional tanpa beban dan cascade tanpa beban.
Gambar 11.  Grafik perbandingan tekanan rendah pada sistem refrige- rasi konvensional dengan beban dan cascade dengan beban.
Gambar 12. Grafik perbandingan tekanan rendah pada sistem refrigera- si konvensional dengan beban dan cascade dengan beban.
and  tube. Dalam  menentukan heat  exchanger ,  disarankan untuk  memilih  penukar  panas  yang  berukuran  30%−40% lebih besar dari yang dibutuhkan. Berikut ini adalah beberapa parameter yang dapat digunakan dalam menarik kesimpulan pada  penelitian.  (1)  Pada  sistem  refrigerasi cascade tanpa beban  memiliki  rata-rata  tekanan high  pressure pada low stage sebesar  5,32  bar  dan  tekanan  rata-rata low  pressure pada low stage sebesar 2,37 bar. Sedangkan pada kondisi high stage , tekanan high pressure rata-rata sebesar 12,10 bar dan tekanan low pressure rata-rata sebesar 3,02 bar. Pada sistem refrigerasi cascade dengan beban memiliki rata-rata tekanan high  pressure pada low  stage sebesar  5,39  bar  dan  tekanan rata-rata low  pressure pada low  stage sebesar  2,41  bar. Sedangkan  pada  kondisi high  stage ,  tekanan high  pressure rata-rata sebesar 12,13 bar dan tekanan low pressure rata-rata sebesar 3,64 bar. Pada sistem refrigerasi konvensional tanpa beban,  rata-rata  tekanan high  pressure sebesar  16,7  bar, sedangkan  pada  tekanan low  pressure rata-rata  sebesar  3,3 bar.  Sementara  itu,  pada  sistem  refrigerasi  konvensional dengan  beban,  rata-rata  tekanan high  pressure sebesar  17,4 bar,  sedangkan  pada  tekanan low  pressure rata-rata  sebesar 3,4 bar. (2) COP pada sistem refrigerasi cascade lebih tinggi dibandingkan  dengan  sistem  refrigerasi  konvensional. Adapun  COP  pada  sistem  refrigerasi  konvensional  yaitu sebesar  0,972.  Sementara  pada  sistem  refrigerasi cascade nilai  COP  sebesar  3,125.  Pada  sistem  konvensional single stage memerlukan  daya  masukan  rata-rata  pada  kompresor sebesar  410,80  Watt,  sedangkan  untuk  sistem  refrigerasi cascade pada kompresor low stage sebesar 406,99 Watt dan untuk  kompresor high  stage sebesar  158,10  Watt.  (3)  Pada sistem  refrigerasi cascade tanpa  beban,  waktu  yang dibutuhkan  untuk  menurunkan  suhu  hingga  -11 0 C  yaitu  6 jam  59  menit,  sedangkan  pada  sistem  refrigerasi cascade
dengan  beban  membutuhkan  waktu  13  jam  16  menit.  Pada sistem  refrigerasi  konvensional  tanpa  beban  waktu  yang dibutuhkan  untuk  menurunkan  suhu  hingga  -11 0 C  yaitu  2 jam  45  menit,  sedangkan  pada  sistem  refrigerasi konvensional dengan beban, yaitu 10 jam 30 menit.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  B. D. Mselle, D. Vérez, G. Zsembinszki, E. Borri, dan L. F. Cabeza, “Performance study of direct integration of phase change material into an  innovative  evaporator  of  a  simple  vapour  compression  system,”
Applied Sciences , vol. 10, no. 13. 2020. doi: 10.3390/app10134649.
[2]  M.  Soleh,  “Analisa  Kinerja  dan  Karakteristik  Eutectic  Water-Salt Phase  Change  Material  (PCM)  untuk  Mengurangi  Konsumsi  Energi Cold  Storage,”  Departemen  Teknik  Perkapalan,  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2018.
[3]  M. M. Merdiagung, H. H. Prastowo, dan T. F. Nugroho, “Modifikasi kinerja  cold  storage  10  ton  menggunakan  cfd  (computational  fluid dynamic),” J.  Tek.  ITS ,  vol.  3,  no.  1,  hal.  F4–F7,  2014,  doi: 10.12962/j23373539.v3i1.6037.
[4]  Nazaruddin, “Analisa Teknis dan Ekonomis Perancangan Cold Storage Ikan  Kapasitas  500  Ton  dengan  Sistem  Refrigerasi  Cascade Menggunakan  Variasi  Kombinasi  Refrigeran,”  Departemen  Teknik Sistem  Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2019.
[5]  R.  T.  W.  Rosadi,  “Pengujian  Sistem  Refrigerasi  Cascade  dengan Menggunakan Refrigeran Alami Campuran R744 dengan R170 untuk Aplikasi Temperatur Rendah,” Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia, Depok, 2009.
[6]  H.  Haryowidagdo,  “Kajian  Teknis  dan  Ekonomis  Perancangan Berbasis  Teknologi  Phase  untuk  Aplikasi  di  Kapal,”  Departemen Teknik  Sistem  Perkapalan,  Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember, Surabaya, 2017.
[7]  Y.  S.  Bimantara,  “Perancangan  Sistem  Refrigerasi  Kompresi  Uap Cascade untuk Aplikasi Hybrid Reefer Container,” Departemen Teknik Sistem  Perkapalan,  Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember,  Surabaya, 2017.
[8]  R.  Singh,  S.  Ahmad,  dan  S.  Jain,  “Performance  Study  of  Cascade Refrigeration  System  using  Natural  Refrigerants  (R290-R744),” Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Delhi, 2013.