## EFEKTIVITAS PENGGUNAAN THERMOSTATIC

## EXPANTION VALVE PADA REFRIGERASI AC SPLIT
Harianto 1 dan Eka Yawara 2

## Abstract
Vapor  compression  refrigeration  is  one  of  refrigeration  systems  that  is  most widely used for the cooling process in a variety of human needs. In this type of machine there is a  component that can be varied kind, namely the expansion valve,  such  as  a  capillary  tube  and  thermostatic  expansion  valve  (TXV). Experimental  tests  have  been  conducted  in  a  one  HP  split  air  conditioning refrigeration machine capacity to compare the performances between the use of a capillary tube and TXV expansion valve.  The experimental results show that  the  use  of  a  capillary  tube  responds  to  the  greater  cooling  load  of  the smaller COP, COP highest achieved in the condition of the refrigerant out of the evaporator in the form of vapor saturated with COP = 5.3. While the use of  TXV,  COP  value  increases  with  the  addition  of  the  cooling  load.  The highest COP achieved is 5.87.
Kata kunci: Refrigeration, COP, Ekspantion Valve, Termostatic, TXV

## PENDAHULUAN
Pada umumnya bangunan gedung yang berada di daerah tropis menggunakan AC Split sebagai pendingin dan kenyamanan ruangnya. Sinar matahari mengkontribusi sumber energi panas  yang  besar  masuk  ke  dalam  ruangan  disamping  sumber  panas  yang  lain  diantaranya dari  penghuni,  penerangan  listrik,  peralatan  memasak  dan  sebagainya.  Makin  tinggi  energi panas (kalor) yang masuk ke dalam ruangan maka akan dapat mempertinggi temperatur udara di dalam ruangan tersebut. Hal ini terjadi karena panan (kalor) akan mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah ( Hk II termodinamika ). Dan Proses ini berlangsung secara  alami.  Sebaliknya  untuk  mendinginkan  sebuah  ruangan  tentunya  memerlukan  proses pembuangan  kalor  dari  udara  didalam  ruangan  ke  udara  di  luar  ruangan.  Proses  ini  tidak dapat  berlangsung  secara alami alami  karena  menyimpang  dari  HK  II  termodinamika.  Oleh karena  itu  salah  satunya  dapat  diatasi  dengan  menggunakan  unit AC  spli t  dengan  mesin refrigerasi kompresi uap.
1 Jurusan Teknik Mesin STTNAS Yogyakarta
2 Jurusan Teknik Mesin STTNAS Yogyakarta
Komponen  dari  mesin  refrigerasi  kompresi  uap  terdiri  dari  kompresor,  kondensor, katup  ekspansi  dan  evaporator.  Katup  ekspansi  pada  mesin  refrigerant  ini  memiliki  fungsi yang cukup penting. Mengingat beban pendingin ruangan yang tidak stabil maka penggunaan katup ekspansi jenis TXVmenjadi sangat penting guna mempertahankan unjuk kerja optimal dari  mesin  refrigerasi  pada  setiap  kondisi  operasi.  Namun  ketidak  sesuaian  pemakaian TXV yang  tepat  dapat  mengakibatkan  laju  refrigeran  yang  berfluktuasi  dan  pada  akhirnya  akan menurunkan unjuk kerja mesin refrigerasi.
Untuk  mengetahui  tingkat  kebergunaan  energi  pada  mesin  refrigerasi  dinyatakan dengan Coeffisien  of  performance  (COP) yaitu  perbandingan  antara energi  yang  diperlukan untuk proses pendinginan dengan energi yang diberikan.
Salah satu cara untuk meningkatkan COP mesin refrigerasi yang digunakan pada unit AC  spli t  adalah  menggunakan  jenis  katup  ekspansi  yang  disebut  dengan Termostatic Ekspantion Valve (TXV). Penggunaan katup ekspansi jenis TXV yang tidak tepat justru akan memperburuk COP maupun mengganggu kestabilan sistem refrigerasi.
Manfaat  dari  penelitian  in  adalah  sebagai  tambahan  pengetahuan  dibidang  system refrigerasi, khususnya: konsep penerapan Termostatic Expantion Valve pada unit refrigerasi, upaya Peningkatan unjuk kerja sistem refrigerasi dan menjadi pedoman didalam melakukan maintenance unit refrigerasi.

## LANDASAN TEORI
Pengkondisian udara ruang banyak dilakukan dengan menggunakan unit AC Split . Unit ini  terdiri  dari  komponen indoor dan  komponen out  door .  Kedua  konponen  tersebut membentuk sistem refrigerasi yang terdiri dari komponen kompresor, kondensor, ekspantion valve dan  evaporator.  Persoalan  sistem  refrigerasi  menjadi  menarik  untuk  diteliti  terutama dalam  rangka  meningkatkan  unjuk  kerja  sistem  refrigerasi  yang  sering  dinyatakan  sebagai Coeffisien  of  performance  (COP) .  Banyak  peneliti  yang  telah  melakukan  uji  eksperimen untuk  meningkatkan COP mesin  refrigerasi.  Unjuk  kerja  mesin  refrigerasi  merupakan  hasil keseimbangan keempat komponen utama dari mesin refrigerasi yaitu kompresor, kondensor , katup  ekspansi  dan  evaporator.  Variasi  perubahan  temperatur  ambien  akan  mempengaruhi unjuk  kerja  kondensor  yang  selanjutnya  juga  mempengaruhi  unjuk  kerja  katup  ekspansi, unjuk  kerja  evaporator  dan  juga  unjuk  kerja  kompresor  ( Elsayed  dkk,  2011 ). Marwan Effendi,  dkk  (2007) ,  juga  telah  melakukan  penelitian  pada  mesin freezer dengan  cara melilitkan  pipa  kapiler  pada  saluran  isap  menuju  kompresor  yang  bertujuan  untuk
meningkatkan  temperatur  refrigerant  keluar  evaporator  pada  kondisi superheat. Cara  ini meningkatkan unjuk kerja (COP) mesin freezer namun temperatur superheat refrigeran  yang terlalu tinggi akan menyebabkan kompresor panas dan COP turun. Menurut Ekadewi (2006) hasil  eksperimen  melilitkan  pipa  kapiler  pada line  suction dapat  meningkatkan  koeffisien prestasi freezer , meskipun waktu yang diperlukan untuk mendinginkan beban tidak berubah.

## Sistem Refrigerasi Siklus Kompresi Uap Ideal
Mesin  pendingin  jenis  siklus  kompresi  uap  mempunyai  empat  komponen  yang  terdiri dari kompresor untuk menaikkan tekanan dan temperatur  refrigeran hingga diatas temperatur udara  luar,  kondensor  untuk  membuang  kalor  refrigeran  ke  udara  luar  dengan  jalan  proses pengembunan  refrigeran,  katup  ekspansi  digunakan  untuk  menurunkan  tekanan  dan temperatur refrigeran hingga temperatur  refrigeran dibawah temperatur udara di dalam ruang yang  dikondisikan,  Evaporator  berguna  untuk  penyerapan  kalor  udara  di  dalam  ruang  yang dikondisikan ke refrigeran dengan proses penguapan refrigeran. Secara Skematis dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Sistem Refrigerasi
Proses siklus refrigerasi dengan memanfaatkan sifat refrigeran yang dapat dijelaskan dengan  menggunakan  diagram  P–h,  dapat  dilihat  pada  Gambar  2.  Proses  proses  yang membentuk  siklus  kompresi  uap  seperti  pada  Gambar  1  dan  2  dapat  diterangkan  sebagai berikut:
1-2  Kompresi adiabatis reversible
2-3   Pelepasan kalor pada tekanan konstan, terjadi pengembunan refrigeran 3-4  Ekspansi pada intalpi konstan terjadi penurunan tekanan dan temperatur refrigeran,
4-1   Penyerapan kalor pada tekanan kosntan, terjadi penguapan refrigeran.

## Gambar 2. P-h Diagram
Besarnya laju perpindahan kalor kondensasi per satuan massa refrigeran yang mengalir:
(1)
Besarnya laju perpindahan kalor evaporasi persatuan massa refrigeran yang mengalir:
(2)
Daya kompresor persatuan massa refrigeran yang mengalir:
(3)
Besarnya dampak refrigerasi (kapasitas pendingin)
(4)
Besarnya coeffisien of performance ( COP )
(5)

## METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan dalam pelaksanaan penelitian ini meliputi:
1. Tahap persiapan.
2. Tahap pengambilan data.
3. Tahap analisis.
4. Tahap penyusunan laporan.
Dalam  tahap  persiapan  dilakukan  studi  pustaka,  observasi,  dan  pengadaan  bahan  dan peralatan.  Dalam  tahap  pengambilan  data  dilakukan  pengukuran-pengukuran  yang  meliputi temperatur,  tekanan  masuk  dan  keluar  kondensor,  temperature  ruang  yang  didinginkan, tekanan masuk dan keluar evaporator, tegangan dan arus motor penggerak kompresor. Dalam
tahap  analisis  dilakukan  perhitungan-perhitungan  untuk  menentukan  besarnya COP ,  daya motor  listrik  penggerak  kompresor  dan  laju  aliran  massa  refrigeran.  Dari  hasil  analisis kemudian dikaji lebih lanjut berdasarkan teori dan hasil-hasil penelitian terdahulu.

## Peralatan Penelitian
Peralatan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Mesin AC Split kapasitas 1 PK.
2. Manometer untuk mengukur tekanan refrigerant.
3. Termometer untuk mengukur temperatur refrigerant.
4. Voltmeter untuk mengukur tegangan listrik.
5. Ampermeter untuk mengukur arus listrik.
6. Manifould untuk mengukur tekanan pengisian refrigerant.
7. Tang meter untuk mengukur arus listrik dan tegangan listrik.
8. Elemen pemanas untuk memvariasi beban.
Peralatan tersebut dirangkai seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Alat Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari data yang diperoleh berdasarkan data tekanan condenser, tekanan evaporator dan besarnya entalpi di plot menurut garis kompresi adiabatis, dengan tiga interval penambahan beban untuk sistem refrigerasi dengan ekspansi pipa kapiler yang diperoleh ditampilkan pada Gambar 4.
P 1 ,T 1 P 2 ,T 2 P 3 ,T 3 P 4 ,T 4
Gambar 4. Grafik COP Terhadap Penambahan Beban Proses Ideal Ekspansi

## Dengan Pipa Kapiler
Terjadi  penurun COP seiring  dengan  penambahan  beban,  hal  ini  disebabkan  pada sistem  refrigerasi  dengan  ekspansi  pipa  kapiler  laju  aliran  refrigeran  cenderung  konstan sementara  penyerapan  panas  bertambah  dengan  pertambahan  beban  yang  mengakibatkan kondisi  refrigeran  berada  pada  tingkat  panas  lanjut  yang  meningkat.  Kondisi  ini meningkatkan beban kompresor sehingga COP menurun.
Gambar 5. Grafik COP Terhadap Penambahan Beban Untuk Refrigerasi
Dengan Pipa Kapiler
5.89 5.00 4.82 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 BEBAN 1 BEBAN 2 BEBAN3 C O P GRAFIK COP  TERHADAP PENAMBAHAN BEBAN PROSES IDEAL 4.32 4.22 3.86 3.60 3.70 3.80 3.90 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 BEBAN 1 BEBAN 2 BEBAN3 C O P GRAFIK COP  TERHADAP PENAMBAHAN BEBAN  UNTUK REFRIGERASI DENGAN PIPA KAPILER
Pada  grafik  Gambar  5  memperlihatkan  grafik  penurunan COP seiring  dengan bertambahnya beban pada proses refrigerasi dengan ekspansi pipa kapiler dan memperhatikan temperatur  hasil  pengukuran  untuk  mendapatkan  besarnya  intalpi  di  titik  1,2  dan  4  pada Gambar  3.  Penurunan COP lebih  tajam  dibandingkan  dengan  pada  proses  ideal  grafik Gambar 4. Ini sebagai suatu kenyataan bahwa pada proses kompresi selain terjadi kenaikan temperatur  refrigeran  akibat  kompresi  juga  terjadi  kenaikkan  temperatur  refrigeran  keluar kompresor  akibat    adanya  penambahan  kalor  dari  sekeliling  yang  berakibat  beban  kerja kompresor meningkat. COP tertinggi pada beban terendah adalah 4.33.  Beben yang terlalu rendah  pada  refrigerasi  ekspansi  pipa  kapiler  dapat  menyebabkan  kondisi  refrigeran  keluar evaporator  dan  masuk  ke  kompreor  dalam  keadaan  uap  campuran  ( saturated  vapour )  yang dapat merusakkan kompresor.
Gambar 6. Grafik Laju Massa Refrigeran Terhadap Penambahan Beban Untuk Refrigerasi Dengan TXV
Pada  grafik  Gambar  6.  terlihat  bahwa  penambahan  beban  diikuti  dengan  peningkatan laju  aliran  massa  yang  menunjukkan TXV telah  bekerja  merespon  perubahan  temperatur refrigeran keluar dari evaporator.
0.01 0.02 0.02 0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 BEBAN 1 BEBAN 2 BEBAN 3 L A JU M A S S A GRAFIK LAJU MASSA REFRIGERAN  TERHADAP PENAMBAHAN BEBAN  UNTUK REFRIGERASI DENGAN TXV
Gambar 7 . Grafik COP Terhadap Penambahan Beban Untuk Refrigerasi Dengan TXV
Grafik  Gambar  7  menunjukkan  peningkatan COP seiring  dengan  penambahan  beban. Hal  ini  terjadi  ketika  ada  penambahan  beban,  diikuti  dengan  penambahan  laju  massa refrigeran  mempertahankan  kondisi  refrigeran  keluar  evaporator  dan  penurunan  tekanan discharge memperbesar selisih h 1 – h 4 sehingga akan meningkatkan COP .

## KESIMPILAN
Dari  hasil  penelitian  dan  pembahasan  dapat  ditarik  beberapa  kesimpulan  sebagai berikut:
1. Hasil analisis siklus refrigerasi ideal dengan ekspansi pipa kapiler menunjukkan semakin besar  beban  pendinginan  yang  terjadi  maka  akan  terjadi  penurunan  harga COP .  Harga COP tertinggi terjadi pada kondisi refrigeran keluar evaporator di titik uap jenuh.
2. COP siklus  refrigerasi  dengan  ekspansi  pipa  kapiler  menunjukkan  penurunan  seiring dengan penambahan beban pendingin.
3. COP siklus  refrigerasi  dengan  ekspansi TXV menunjukkan  respon  perubahan  yang meningkat dengan penambahan beban pendingin. Mencapai harga maksimum pada COP 5.87.
5.24 5.47 5.87 4.90 5.00 5.10 5.20 5.30 5.40 5.50 5.60 5.70 5.80 5.90 6.00 BEBAN 1 BEBAN 2 BEBAN 3 C O P GRAFIK COP  TERHADAP PENAMBAHAN BEBAN  UNTUK

## REFRIGERASI DENGAN TXV

## SARAN
Pemakaian TXV pada  sistem  refrigerasi  dengan  memperhatikan  kapasitas  aliran  yang tepat  dan  pengaturan  pada TXV untuk  mengkondisikan  temperatur  refrigeran  didaerah  uap panas lanjut yang tepat saat keluar kondensor akan diperoleh COP yang maksimal.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan  terimakasih  disampaikan  kepada  Direktorat  Jendral  DIKTI  yang  telah mendanai penelitian ini dalam skim Dosen Pemula.

## DAFTAR PUSTAKA
Amr  O.  Elsayed,  Abdulrahman  S.  Hariri,  2011, Effect  of  Condenser  Air  Flow  on  the Performance of Split Air Conditioner , College of Engineering, University of Dammam,
Saudi Arabia
ASHRAE, 2009, ASHRAE Handbook-Fundamentals , ASHRAE
Ekadewi,  AH  dan  Lukito,2002, Analisis  Pengaruh  pipa  kapiler  yang  dililitkan  pada  line suction terhadap performansi mesin pendingin , Jurnal teknik mesin vol 4 no 2 oktober 2002, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra Surabaya, pp 94-98
Marwan  Effendy,  Sarjito,  2007, Efektifitas  Pelekatan  Pipa  Kapiler  pada  Suction  line  untuk meningkatkan  unjuk  kerja  freezer .Simposiun  Nasional  RAPI,  Prosiding  Universitas Muhammadiah Surakarta.
Whitman,  William  C.,  2009, Refrigeratioan  And  Air  Conditioning  Technology,  6th Edition , DELMAR Cengage Learning, New York.
_____________________________ PENULIS:
Harianto dan Eka Yawara
Jurusan Teknik Mesin STTNAS Yogyakarta
Jl . Babarsari, Catur Tunggal , Depok Sleman Yogyakarta 55281 Email : yantomt0010@gmail.com