Abstrak — Air  conditioner/AC (pengkondisi  udara)  telah menjadi  kebutuhan  umum  pada  rumah  tangga  dan perkantoran di kota-kota besar seperti  S urabaya. Pengkondisi  udara  sangat  diperlukan  karena  Indonesia memiliki iklim tropis  dan  kondisi udara  yang  cenderung lembab.    Eksperimen  kali ini adalah  memodifikasi sistem pengkondisian dengan tipe AC split. AC split yang tersusun dari  sebuah indoor unit dan outdoor  unit dirangkai dengan alat ekspansi berupa Thermostatic Expansion Valve(TXV) dan pipa  kapiler, serta alat ukur berupa flowmeter ,  termokopel, dan pressure  gauge .  Pengambilan  data  dilakukan  dengan menggunakan variasi alat ekspansi Thermostatic  Expansion Valve (TXV) dan pipa kapiler dengan beban evaporator  ( low , medium , high ).  Pada  setiap  variasi,  pengambilan  data dilakukan sebanyak tigabelas kali dengan interval 5  menit. Performa  sistem refrigerasi yang telah dimodifikasi adalah COP  untuk kecepatan fan  low dengan  nilai 3,622  dengan penggunaan  TXV  dan  3,779  dengan  penggunaan  pipa kapiler, COP untuk kecepatan fan medium dengan nilai 3,707 dengan penggunaan TXV dan 3,913 dengan penggunaan pipa kapiler, dan  COP untuk kecepatan fan high dengan nilai 3,764  dengan  penggunaan  TXV  dan  3,439  dengan penggunaan pipa kapiler. S edangkan HRR untuk kecepatan fan  low dengan  nilai 1,276  dengan  penggunaan  TXV  dan 1,265  dengan  penggunaan  pipa  kapiler,  HRR  untuk kecepatan fan  medium dengan  nilai  1,270  dengan penggunaan  TXV  dan  1,256  dengan  penggunaan  pipa kapiler, dan  HRR  untuk kecepatan fan  high dengan nilai 1,291  dengan  penggunaan  TXV  dan  1,266  dengan penggunaan  pipa  kapiler.  Terjadi  peningkatan  COP  dan HRR  seiring dengan peningkatan beban pendinginan.
Kata  Kunci —  AC split, Alat  ekspansi, Beban  evaporator, COP, HRR

## I. PENDAHULUAN
IR  conditioner/AC (pengkondisi  udara)  telah menjadi  kebutuhan umum  pada rumah  tangga dan perkantoran  di  kota-kota  besar  seperti  Surabaya.
Pengkondisi  udara  sangat  diperlukan  karena  Indonesia memiliki  iklim  tropis  dan kondisi  udara  yang cenderung lembab.  Sistem  pendingin  atau sistem  refrigerasi  adalah proses penurunan temperatur dengan cara pelepasan kalor dari  suatu substansi  dan  pemindahan  kalor  ke  substansi lainnya.  Unjuk  kerja  AC  dinyatakan oleh  nilai  COP,  atau perbandingan efek  refrigerasi  yang dihasilkan  evaporator dengan kerja  kompresor.  Salah  satu metode  peningkatan unjuk kerja  AC dengan memodifikasi  alat ekspansi. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain  AC split , refrigeran  R-22,  pelumas mineral base oil . AC split yang tersusun dari sebuah indoor unit dan outdoor unit dirangkai  dengan alat  ekspansi berupa Thermostatic
Expansion Valve(TXV)  dan pipa  kapiler,  serta  alat  ukur berupa flowmeter ,  termokopel,  dan pressure  gauge .
Pengambilan  data dilakukan  dengan menggunakan variasi alat  ekspansi Thermostatic  Expansion Valve  (TXV) dan pipa kapiler  dengan beban evaporator ( low , medium , high ). Pada setiap variasi,  pengambilan  data dilakukan  selama  1 jam  dengan interval  5  menit.  Penelitian  ini  akan  mencari tahu  performa  sistem  refrigerasi  dengan  penggunaan Thermostatic  Expansion  Valve  (TXV) dan  penggunaan pipa kapiler.

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Tinjauan Pustak a
Gambar 1. Diagram p-h siklus uap ideal [1].
Siklus  kompresi  uap adalah sistem dimana  fluida kerja mengalami  proses  penguapan  dan  pengembunan,  serta proses  kompresi  dan  ekspansi  secara  terus -menerus. Sistem  pendinginan  udara  merupakan  sistem  yang memanfaatkan  siklus  kompresi  uap standar. Fluida  kerja yang  biasanya  digunakan  untuk  memindahkan  panas dalam  siklus  refrigerasi  adalah  refrigeran.  Refrigera n menyerap  kalor  dengan proses evaporasi dan membuang kalor  ke  ruangan  lain  dengan  proses  kondensasi.  Pada sistem  ini  terdapat dua alat  penukar  panas. Alat  penukar panas yang pertama  evaporator yang berfungsi menyerap panas dari  ruangan dan memindahkannya  ke  fluida  kerja (refrigeran).  Alat  penukar  panas  yang  kedua  adalah kondensor yang berfungsi untuk memindahkan  panas yang diterima  oleh  fluida  kerja  ke  udara luar.  Siklus  kompres i uap standar yang  diaplikasikan  pada  sistem  pendinginan udara  standar  terdiri  dari  empat  komponen  utama, komponen-komponen  tersebut  bekerja  secara  bersama- sama  membentuk  suatu  proses  yang  berulang  (siklus) dengan refrigeran  sebagai media  yang digerakkan.  Siklus

## Studi Eksperimen  Unjuk Kerja Sistem Refrigerasi Single State dengan Variasi Expansion Device
Saiful  Maulida Irsyad dan Ary Bachtiar Krishna Putra Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi  Industri,  Institut Teknologi  Sepuluh  Nopember (ITS)
e-mail : arybachtiar90@gmail.com
A
kompresi  uap  standar  pada  sistem  pendinginan  udara standar bisa digambarkan  sebagai berikut:

## B. Sistem Refrigerasi
Gambar 2. Siklus refrigerasi standar [1].
Proses-proses  yang  membentuk  daur  kompresi  uap standar adalah sebagai berikut:
 Proses 1-2:  Refrigeran  berfasa uap-jenu ditekaan oleh  kompresi  hingga  menjadi  uap  bertekanan tinggi dan berubah fasa menjadi superheated. Hal tersebut diikuti  dengan kenaikan temperatur pada refrigeran  dan proses ini  terjadi  secara isentropik (entropi konstan)
 Proses 2-3:  Uap  referigeran  dalam  kondisi  fasa superheated tersebut  akan  masuk  melewa t i kondensor  dan  mengalami  pendinginan  yang mengakibatkan  terjadinya  perubahan  fasa  pada referigeran  menjadi  fasa  cair-jenuh.  Proses pendinginan  tersebut  terjadi  secara  isobarik (tekanan  konstan).  Proses  pendinginan  terjadi karena  adanya  pertukaran  panas  dari  dala m kondensor dengan udara luar atau air  pendingin.
 Proses  3-4: Referigeran berfasa  cair-jenuh tersebut  masuk  ke  dalam  katup  ekspansi. Ekspansi terjadi melalui
throttle secara isoenthalpi (entalpi konstan). Ekspansi mengakibatkan penurunan tekanan juga temperatur dan membuat  referigeran berubah fasa menjadi  campuran uap-cair.
 Proses  4-1:  Referigeran  berfasa  campuran  uap- cair  akan  menguap  karena  perpindahan  panas. Pada  umumnya  udara  dari  ruang  yang  akan dikondisikan  dihembuskan  menggunakan  fan melewati  koil  pendingin yang berisi  referigeran. Panas  dari  uda  udara  tersebut dipindahkan  dari udara  ke  koil  yang  mengakibatkan  referigeran berfasa campuran  uap-cair  berubah fasa menjad i uap  jenuh.  Sementara  udara  yang  keluar  dari evaporator  bertemperatur  lebih  rendah  dari sebelumnya karena perpindahan panas. Referigeran  berfasa uap jenuh tersebut kemudian dihisap  oleh  kompresor  dan  begitu  seterusnya  hingga terjadi keseimbangan termal  pada ruangan.
1. Kompresor
Kompresor  berfungsi untuk menghisap uap refrigera n bertekanan rendah
dari
evaporator dan mengkompresinya  menjadi  uap  bertekanan  tinggi sehingga uap akan tersirkulasi.
𝑊̇ = 𝑚̇(ℎ 2 − ℎ 1 ) (1)
2. Kondensor Kondensor  menkondensasikan  uap  refrigeran  yang mengalir  dari  kompresor.  Dalam  kondesor, refrigera n yang masuk  dalam  fasa superheated berubah menjad i berfasa cair-jenuh pada tekanan konstan. Dalam  proses kondensasi terjadi  pelepasan kalor  dari  dalam  sistem menuju lingkungan.
𝑄̇ 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑚̇(ℎ 2 − ℎ 3 ) (2)
3. Evaporator menguapkan refrigeran  yang masuk dala m fasa uap-cair  berubah menjadi  fasa uap jenuh.  Dala m prose  evaporasi  terjadi  perpindahan  kalor  dari lingkungan masuk  ke dalam  sistem.
𝑄 𝑒 ̇ = 𝑚̇(ℎ 1 − ℎ 4 ) (3)
4. Alat  ekspansi berfungsi untuk  mengekspansikan  atau menurunkan  tekanan  refrigeran  yang  keluar  dari kondenser dan berfasa cair-jenuh menjadi  berfasa uap- cair.  Proses  ideal  ekspansi  berlangsung  secara isoentalpi.
ℎ 3 = ℎ 4 (4)
C. Heat Rejection Ratio (HRR)
Heat Rejection Ratio (HRR) atau rasio pelepasan panas didapat  dari  perbandingan  kapasitas  kondensor  dengan kapasitas evaporator.
𝐻𝑅𝑅   = 𝑄̇𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑄̇𝑒 = 𝑚̇(ℎ2−ℎ3) 𝑚̇(ℎ1−ℎ4) (5)

## D. Koefisien Unjuk  Kerja (COP)
Koefisien unjuk kerja  (COP)  adalah unjuk kerja  secara teoritis  yang  didapatkan  dari  perbandingan  kalor  yang diserap  oleh  evaporator  dengan  kerja  yang  dibutuhkan kompresor.
𝐶𝑂𝑃 = 𝑄𝑒̇ 𝑊̇ = 𝑚̇(ℎ1−ℎ4) 𝑚̇(ℎ2−ℎ1) (6)

## E. Penelitian Terdahulu
Pada  tahun  2009,  Suryono  dan  Hendri  melakuka n penelitian dengan judul “Kaji  Eksperimental  Perbandingan Performansi  Mesin  Pendingin  Kompresi  Uap  Dengan Menggunakan  Pipa  Kapiler  dan  Katup  Ekspansi”. Eksperimen  dilakukan  menggunakan air  conditioner trainer yang  terdiri  dari  kompresor reciprocating hermetik,  kondensor dan evaporator jenis finned-tube heat exchanger berbahan dasar  tembaga,  serta  TXV  dan pipa kapiler.
0 2 4 6 8 10 100 150 200 250
Da m p a k p en d in gi n a n (k W ) Tegangan fan (V) TXV Kapiler
Perbandingan  performa  sistem  dengan  penggunaan pipa  kapiler  dan  katup  ekspansi  diamati  dengan variasi tegangan fan 120,  140,  150,  180,  200  dan 220  volt. Hasil eksperimen  pada  Gambar  3  menunjukkan  energi  yang diserap  dengan  penggunaan  katup  ekspansi  d apat mencapai kapasitas yang lebih tinggi daripada pipa kapiler. Dimana  dengan penggunaan pipa kapiler nilai yang dicapai berkisar  antara  3,03-4,1  kW,  sedangkan  dengan  katup ekspansi  nilai  dampak  pendinginannya antara  3,74-8,74 kW.
Gambar 4. Grafik COP fungsi tegangan fan [2].
Pada Gambar  4 menunjukkan bahwa COP  yang dicapai dengan  penggunaan  katup  ekspansi lebih tinggi dibandingkan  dengan  pipa  kapiler.  Dimana  nilai  COP dengan penggunaan katup ekspansi mencapai nilai antara 3,41-7,53,  sedangkan dengan pipa kapiler  mencapai  nila i 2,82-3,6.  Dari  grafik  hasil  penelitian  terlihat  bahwa  nila i COP  semakin  menurun  dan  berbanding  terbalik  dengan kenaikan tegangan fan .

## III. MET ODOLOGI PENELITIAN

## A. Sk ema Modifik asi Sistem Pengk ondisi udara
Gambar 5. Skema modifikasi sistem pengkondisi udara
Gambar  5 adalah sistem pengkondisi udara yang telah dimodifikasi  yang memiliki  terdapat komponen - komponen, yaitu kompresor,  kondensor,alat ekspansi TXV  dan pipa kapiler  serta evaporator.

## B. Alat Uk ur
Berikut  ini  adalah  alat  ukur  yang  digunakan  pada eksperimen:
1. Termokopel tipe-K: 4 titik pengukuran temperatur
2. Pressure  gauge :  2 high  pressure  dan  2    low pressure
3. Flowmeter
4. Amperemeter
5. Data akuisisi.

## C. Prinsip Pengujian
Pengujian  pada  sisten  refrigerasi single  state ini menggunakan  refrigeran  R-22  dan  memvariasikan  alat ekspansi menggunakan Automatic Expansion Valve (AXV) serta  pipa  kapiler  dengan  variasi  beban  evaporator. Pengambilan  data dilakukan  setelah sistem dalam  kondisi tunak atau stabil. Untuk mengetahui nilai-nilai  terbaik dari data  yang  diambil,  maka  setelah  sistem  dalam  keadaan stabil  dilakukan  pengambilan  data  tigabelas  kali  setiap lima  menit.

## IV. HASIL DAN ANALISA
A. Grafik Kapasitas Evaporator Fungsi Beban Evaporator

## Gambar 6. Grafik kapasitas evaporator fungsi beban evaporator
Gambar  6    menunjukkan  tren  yang  mengala mi kenaikan  dari Q evaporator, dimana  pembebanan semakin besar maka  semakin  besar pula nilai  kapasitas evaporator yang didapat. Dari  grafik  di  atas terlihat  perbedaan antara kapasitas  evaporator  dengan  penggunaan Thermostatic Expansion Valve  (TXV) dan  dengan  pipa  kapiler  dimana kapasitas evaporator dengan TXV lebih tinggi dibandingkan  dengan pipa  kapiler.  Kapasitas evaporator dengan TXV dan pipa kapiler  terendah yaitu 2,878  kW dan 2,656  kW,  sedangkan kapasitas evaporator dengan TXV dan pipa kapiler  tertinggi yaitu 3,311  dan 2,716.
Tren  kenaikan  grafik  di  atas  sesuai  akibat  semakin tinggi  kecepatan fan evaporator  semakin  tinggi  pula kapasitas evaporator. Peningkatan kecepatan fan evaporator  secara  langsung  meningkatkan  koefisien konveksi dimana  semakin  besar koefisien  konveksi maka semakin  besar  kalor  yang  berpindah  dari  lingkungan  ke refrigerant dimana  nilai  entalpi  akan semakin  meningkat . Kenaikan tren grafik  di atas sesuai dengan persamaan 3.
0 2 4 6 8 10 100 150 200 250 C O P Tegangan fan (V) TXV Kapiler 2.878
3.100 3.311 2.656 2.682 2.716
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 LOW MEDIUM HIGH Q e va p o ra to r Beban TXV KAPILER

## B. Grafik  Kerja Kompresor Fungsi Beban Evaporator
Gambar 7. Grafik kapasitas evaporator terhadap beban Gambar 7 menunjukkan tren yang mengalami  kenaikan  dari  Q  evaporator,  dimana pembebanan semakin besar maka semakin besar pula nilai  kapasitas evaporator yang didapat. Dari grafik di atas  terlihat  perbedaan  antara  kapasitas  evaporator dengan  penggunaan Thermostatic Expansion Valve (TXV) dan  dengan  pipa  kapiler  dimana  kapasitas evaporator  dengan  TXV  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  pipa  kapiler.  Kapasitas  evaporator  dengan TXV dan pipa  kapiler  terendah yaitu  2,878  kW dan 2,656  kW,  sedangkan  kapasitas  evaporator  dengan TXV dan pipa kapiler tertinggi  yaitu 3,311 dan 2,716.
Tren  kenaikan  grafik  di  atas sesuai  akibat semakin  tinggi  kecepatan fan evaporator  semakin tinggi pula  kapasitas  evaporator.  Peningkatan kecepatan fan evaporator secara langsung meningkatkan  koefisien  konveksi  dimana  semakin besar koefisien  konveksi  maka  semakin  besar kalor yang  berpindah  dari  lingkungan  ke refrigerant dimana  nilai  entalpi  akan  semakin  meningkat. Kenaikan tren grafik di atas sesuai dengan persamaan 2.6.

## C. Grafik  HRR Fungsi Beban Evaporator

## Gambar 8. Grafik HRR fungsi beban evaporator
Gambar  menunjukkan  tren HRR  yang cenderung stabil untuk  masing-masing expansion device .  Dimana  dengan penggunaan Thermostatic Expansion Valve (TXV) trennya adalah selalu menurun dari pembebanan rendah, menengah hingga pembebanan tinggi. Sedangkan dengan penggunaan pipa kapiler  mengalami  penurunan rasio dari pembebanan  rendah  ke  medium  dan  meningkat  saat
pembebanan  tinggi.  Untuk  rasio  terendah  dengan penggunaan TXV terjadi pada pembebanan tinggi dan pipa kapiler  pada pembebanan menengah dengan besar masing - masing  yaitu  1,266  dan  1,256.  Sedangkan  untuk  rasio tertinggi dengan  penggunaan  TXV terjadi pada pembebanan  rendah  dan  pipa  kapiler  pada  pembebanan tinggi dengan nilai  masing-masing  yaitu 1,276  dan 1,291.
Dari  grafik  di  atas tren  yang  dibentuk  oleh  ekspansi TXV  dan  pipa  kapiler  cenderung stabil.  Ini  disebabkan oleh  penigkatan  kapasitas  evaporator  dan  kapasitas kondensor  yang  sebanding  seiring  peningkatan  beban. Tren grafik  sudah sesuai dengan persamaan 5.

## D. Grafik  COP Fungsi Beban Evaporator
Gambar 9. Grafik COP fungsi beban evaporator
Gambar  9 menunjukkan  tren COP  yang konstan untuk expansion  device  d engan  penggunaan Thermostatic Expansion Valve (TXV) dan pipa kapiler  dari  pembebanan rendah,  menengah  dan  pembebanan  tinggi.  Dengan penggunaan  TXV dengan  pembebebanan  rendah, menengah  dan  tinggi  masing-masing  nilai  yang  dicapai adalah    3,622,  3,707  dan  3,764,  kemudian  dengan penggunaan pipa kapiler masing-masing nilai  yang dicapai adalah 3,779,  3,913,  dan 3,439.
Tren kenaikan nilai COP  dengan penggunaan TXV dan pipa kapiler  sudah sesuai karena tingkat kenaikan kapasitas evaporator sebanding dengan besar peningkatan kapasitas kompresor sesuai dengan persamaan 6.

## V. KESIMPULAN
Kesimpulan  dari hasil studi eksperimen  dengan variasi alat  ekspansi  pada  sistem  refrigerasi  adalah  sebagai berikut:
1. Sistem  dengan  penggunaan  alat  ekspansi  TXV dapat  menyerap  kalor  lebih  besar  dibandingkan dengan pipa kapiler,  dimana  nilai  besar kalor  yang diserap  oleh  sistem  dengan  penggunaan  TXV adalah sebesar 3,311  kW dan pipa kapiler  sebesar 2,716  kW dengan nilai COP  relatif sama (COPTXV = 3,764;  COPkapiler  = 3,439).
2. Dengan variasi beban low, medium dan high, nilai COP  dan  HRR  yang  dicapai  oleh  sistem  dengan penggunaan TXV  relatif  stabil.
 COP  ( low =  3,622; medium  = 3,707 ;  high = 3,764) 2.878 3.100 3.311 2.656 2.682 2.716 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 LOW MEDIUM HIGH Q e v a p o ra to r Beban TXV KAPILER 1.276 1.270 1.266 1.265 1.256 1.291 1.100 1.150 1.200 1.250 1.300 1.350 1.400 LOW MEDIUM HIGH H R R Beban TXV KAPILER
3.622 3.707 3.764 3.779
3.913
3.439 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 LOW MEDIUM HIGH C OP Beban TXV KAPILER
 HRR  ( low = 1,276; medium = 1,270 ;  high = 1,291)
1. Dengan variasi beban low, medium dan high, nilai COP  dan HRR  yang dicapai oleh sistem dengan penggunaan pipa kapiler  relatif  stabil.
 COP  ( low = 3,779; medium = 3,913 ;  high = 3,439)
 HRR  ( low = 1,265; medium = 1,256; high = 1,266)

## DAFTAR PUSTAKA
[1] H. N. Moran, Michael J. Shapiro, Fundamentals of Eenginering Therm odynamics, 8th . United State of America: John Wiley & Sons Inc, 2006.
[2] A.  F.  Suryono  and  H.  Van  Hoten,  “Kaji  Eksperimental Perbandingan  Performansi  Mesin  Pendingin  Kompresi  Uap dengan Menggunakan Pipa Kapiler dan Katup Ekspansi,” J. TEKNOSIA , vol. 2, no. 6, pp. 34–39, 2009.