## PENGARUH VARIASI BEBAN PENDINGIN TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN DENGAN REFRIGERAN R12 DAN LPG
Moch. Rizal A.Y, Nasrul Ilminnafik, Digdo Listyadi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Jember Jln. Kalimantan 37, Jember 68121
E-mail : nasrul.unej@gmail.com

## ABSTRACT
In  this  research  discusses  the  influence  of  the  cooling  load  variations  on  job  performance  refrigeration  includes refrigeration capacity, coefficient of performance and cooling time, the compressor, the impact of refrigeration and compression work with refrigerants R12 and LPG. This study uses a variation of the load is light 20watt, 40Watt, 60Watt, and 80watt at the time of the study for 30 minutes for each of the cooling load, the file retrieval is done use the  cooling  machine  refrigerator  sanyo  type  with  dimensions  of  90  cm  x  45  cm  x  45  cm.  The  results  showed  the optimum value of COP (coeficient of Performance) of the fridge that I use on the refrigerant R12 and LPG with a load of 40 watts and 30 minutes was 4.75 for R12 and 5.00 for LPG,Obtained that use LPG refrigerant temperature produced less than R12 at the same time that is 30 minutes, the temperature on LPG without cooling load is 10 o C, the load is 11 o C 20 watt, 40 watt load by 12 o C, 60 watt load of 15 o C, and for a load of 80 watts by 17 o C and R12 produced no load temperature is 12 o C, 20 watt load as big as 13 o C, 40 o C as a 15 watt, 60 watt load of 16 o C, and for a load of 80 watts of 18 o C it is seen that the use of LPG refrigerants better because it has a pretty good engine performance compared to R12 views of COP obtained from the same load.
Key word:Cooling load ,COP, LPG, refrigerant

## PENDAHULUAN
Pada  saat  ini  tidak  hanya  di  industri-industri besar  kita  jumpai  yang  menggunakan  alat  pendingin hampir  setiap  orang  memiliki  alat  pendingin  di rumahnya,  ada  macam-macam  alat  pendingin  yang ada, seperti Refrigerator , AC ( air conditioner ), freezer , serta chiller [1] . Penggunaan  sistem  pengkondisian udara  pada  saat  ini  bukan  lagi  merupakan  suatu kemewahan,  namun  telah  menjadi  kebutuhan  yang harus  dipenuhi.  Tanpa  adanya  peralatan  ini  banyak kegiatan  yang  tidak  dapat  dilakukan  dengan  baik, apalagi  kegiatan  yang  dilakukan  dalam  ruangan, misalnya didalam kantor dan kendaraan, bahkan untuk beristirahatpun kebanyakan orang memerlukan penggunaan alat ini  untuk kenyamanan [2]. Ironisnya, banyak  AC  dan  lemari  es  yang  menggunakan pendingin ( refrigerant ) berbahan HCFC dan CFC yang justru  mempercepat  proses  penipisan  ozon  dan pemanasan  global.  Penipisan  ozon  dan  pemanasan global  dapat  mengganggu  perubahan  iklim,  merusak mata, menyebabkan kanker kulit, menurunkan kekebalan tubuh, dan lain-lain. Bahan-bahan pendingin buatan  atau  syntetic  refrigerant   mengandung  H ( Hydro ),  C  ( Chloro ),  F  ( Fluoro )  dan  C  ( Carbon ).  Di Indonesia,  pendingin  sintetis  ini  lebih  dikenal  dengan istilah  freon.  Kelemahan  pendingin  sintetis  ini  antara lain  dapat  merusak  lapisan  ozon,  meyebabkan pemanasan  global,  serta  beracun.  Sejak  2007  lalu, pemerintah  Indonesia  secara  tegas  telah  melarang penggunaan  ketiga  jenis refrigerant ini.  Melihat kondisi  tersebut,  para  pecinta  lingkungan  hidup  mulai menggalakkan  penggunaan refrigerant  hydrocarbon , sebagai  pengganti  freon.  Pada  dasarnya hydrocarbon
sama  dengan  gas  LPG  yang  ada  di  rumah,  hanya dalam bentuk yang masih murni dan tak berbau [3] Bahan bakar gas cair (LPG), yang terdiri dari propana (R290), iso-butana (R600a) dan n-butana (R600), juga digunakan  sebagai  fluida  kerja  pada  lemari  es. Alsaad dan  Hammad  [4]  menggunakan  LPG  sebesar  24,4% propana,  56,4%  n-butana  dan  17,2%  iso-butana sebagai  pengganti  refrigeran  R12  pada  lemari  es. Dihasilkan suhu evaporator 15 o C dan koefisien kinerja yang  dicapai  3.4  dari  suhu  kondensor  27 o C  dengan menggunakan  refrigeran  LPG.  Hammad  dan  Alsaad [5]  meneliti  parameter  kinerja  lemari  es  domestik dimodifikasi  dengan  100%  propana,  75%  propana, butana  19,1%,  5,9%  isobutana,  50%  propana,  butana 38,3%, 11,7% iso-butana [6].
Mayoritas  ilmuwan  dunia  meyakini  bahwa pemanasan  global  yang  terjadi  belakangan  ini diakibatkan  oleh  gas-gas  rumah  kaca  yang  dihasilkan oleh aktivitas manusia (Oreskes, 2002).Selain berkontribusi  pada  produksi  CO 2 melalui  sistem pembangkit  energi  untuk  suplai  listrik  mesin refrigerasi,  teknologi  refrigerasi  juga  berkontribusi langsung  pada  pemanasan  global  melalui  kebocoran dan buangan refrigeran (yang bersifat gas rumah kaca) ke  lingkungan.Terkait  dengan  hal  ini,  Protokol  Kyoto tahun  1997  tentang  perubahan  iklim  bumi  telah mengatur penggunaan refrigerant yang termasuk dalam gas  rumah  kaca,  yakni  HFCs  (Hidro  Fluoro  Carbons). Gas-gas  yang  memiliki  potensi  efek  rumah  kaca dikategorikan  dalam  zat  GWP  (Global  Warming
Potential), sedangkan zat perusak lapisan ozon disebut sebagai ODS (Ozon Depleting Substance) [7].
Beban pendinginan sebenarnya adalah jumlah panas  yang  dipindahkanoleh  sistem  pengkondisian udara  setiap  waktu.Beban  pendinginan  terdiri  atas panas  yang  berasal  dari  ruang  dan  tambahan panas.Jumlah  panas  setiap  saat  yang  masuk  kedalam ruang  melalui  kaca  secara  radiasi  maupun  melalui dinding  akibat  perbedaan  temperature,  pengaruh penyimpanan  energy  pada  struktur  bangunan,  serta peralatan-peralatan  listrik  seperti  lampu  dan  peralatan elektronik lainnya [8].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  efek  beban pendingin  terhadap  kinerja  sistem  mesin  pendingin, sehingga  diharapkan  penggunaan  mesin  pendingin dapat  lebih  efektif  dan  efisien.  Bilal  dan  Salem  [9], untuk  menunjukkan  bahwa  liquefied  petroleum  gas (LPG) dapat menggantikan R-12 dalam kulkas. Karena LPG  Itu  lebih  murah,  tersedia  secara  komersial  di pasar  lokal,  dan  umumnya  digunakan  dalam  pemanas gas dan kompor memasak .

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  secara  eksperimen  pada  sistem refrigerasi  berupa  kulkas  satu  pintu.Skema  sistem refrigerasi di kulkas ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema alat uji rangkaian Keterangan gambar: T1 : temperatur masukan kompresor (ᵒC) ,
T2 : temperatur keluaran kompresor (ᵒC), T3 : temperature masukan evaporator (ᵒC)
T4 : temperatur keluaran evaporator (ᵒC),
T5 : temperatur ruangan lemari es (ᵒC),
P1 : tekanan masukan kompresor (kJ/kg) P2 : Tekanan keluaran kompresor (kJ/kg)
Alat  yang  digunakan  adalah  kulkas  satu  pintu  dan bahan yang digunakan sebagai refrigerant adalah LPG dan  R12.  Sebagai  variabel  bebas  digunakan  variasi beban  pendingin  dengan  memasang  lampu  di  dalam ruang  pendingin  dengan  daya  yang  berbeda  yaitu  20 Watt, 40 Watt, 60 Watt, dan 80 Watt. Berdasarkan data tersebut dapat ditentukan kondisi refrigeran setiap titik pada siklus. Selanjutnya berdasarkan kondisi
refrigeran dapat dihitung kapasitas refrigerasi dan COP sistem untuk setiap variasi beban pendingin. . Teknik  pengambilan  data  pada  penelitian  ini  dengan menggunakan  termokopel  yang  dihubungkan  dengan terminal yang kemudian dihubungkan kembali dengan display pembaca termokopel (termometer).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  yang  diperoleh  pada  pengujian  ini  ditampilkan dalam Tabel 1 sampai Tabel 3.
Tabel 1 Data Temperatur pada R12 (waktu 30 menit)
No.  Beban (watt) Temperatur pada waktu 30 menit (ͦ C) T1 T2 T3 T4 1 0 -7 33 29 -13 2 20 -9 34 32 -12 3 40 -6 34 30 -11 4 60 -8 35 31 -11 5 80 -9 35 32 -12
Tabel 2 Hasil perhitungan percobaan R12 pada waktu 30 menit No. Beban (watt) Waktu 30 menit qe (kJ/kg) W (kJ/kg) Qe (kW) COP P (kW) 1 0 114,3 24,8 9,1 4,6 1,99 2 20 113,7 24,7 9,1 4,6 1,97 3 40 114,2 24,1 9,1 4,7 1,93 4 60 113,2 24,5 9,1 4,6 1,96 5 80 112,7 25,2 9,0 4,5 2,01
Tabel 3 Data Entalpi pada LPG (waktu 30 menit)
No. Beban (watt) Temperatur pada waktu 30 menit (oC) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) T1 T2 T3 T4 C 3 H 8 C 4 H 10 C 3 H 8 C 4 H 10 C 3 H 8 C 4 H 10 1 0 -9 32  28 -13  559 563 619 623 283 276 2 20 -9 32  30 -11  561 566 618 624 283 276 3 40 -6 33  33 -10  562 568 619 624 285 279 4 60 -3 33  29 -11  561 566 618 624 283 279 5 80 -8 35  34 -9 564 569 621 626 291 285
Tabel 4 Hasil perhitungan pada LPG (waktu 30 menit)
No. Beban (watt) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) qe (kJ/kg) W (kJ/kg) Qe (kW) COP P (kW) 1 0 561,3 621,4 279,5 281,7  60,11 4,7 2,35 0,48 2 20 563,8 621,4 279,5 284,3  57,57 4,9 2,27 0,46 3 40 565,2 621,7 282,9 282,9  56,61 5,0 2,26 0,45 4 60 563,8. 621,4  283,06  283,1  57,57  4,92  2,265  0,461 5 80 566,3 623,7  279,01  279,1  57,37  4,86  2,232  0,459
Data  dari  Tabel  1  dan  2  kemudian  ditampilkan  dalam grafik  hubungan  antara  waktu  pendinginan  terhadap
temperatur  di  dalam  ruang  pendingin,  untuk  setiap variasi  beban  pendingin  yaitu  20watt,  40watt,  60watt, 80watt. Pengujian ini dicatat setiap 5 menit, 15 menit, 20  menit  hingga  menit  ke-30  yang  ditunjukkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik hubungan waktu pendinginan terhadap temperatur evaporator untuk pada beberapvariasi beban pendingin pada R12
Dari  Gambar  2  dapat  dilihat  bahwa  terjadi  penurunan temperatur  untuk  setiap  variasi  beban  pendingin  pada hitungan  waktu  yang  sama  selama  30  menit  pada evaporator,  temperatur  yang  dicapai  pada  pengujian tanpa  beban  adalah  12oC,  beban  20  watt  sebesar  13 oC,  40  watt  sebesar  15oC,  beban  60  watt  sebesar  16 oC,  dan  untuk  beban  80  watt  sebesar  18  oC.  Hal  ini disebabkan  karena  dengan  beban  pendingin  yang sangat  besar  maka  sistem  akan  melepaskan  kalor  ke udara  yang  lebih  besar  juga  sehingga  temperatur ruangan menjadi lebih tinggi dari tiap beban pendingin sebelumnya.
Gambar 3 Grafik hubungan beban pendinginan terhadap COP pada R12
Dari  Gambar  3  terlihat  bahwa  hubungan  antara  beban pendingin  dengan  COP,  dimana  posisi  COP  terbesar pada  penelitian  ini  ada  pada  beban  40  watt  yaitu  4,75 dan  selanjutnya  COP  mengalami  penurunan  pada setiap  beban  pendingin  yang  lebih  besar.  Penurunan koefisien prestasi terjadi karena adanya kenaikan daya kompresor  dibandingkan  kapasitas  refrigerasi  (Qe) setelah  melebihi  beban  40  watt  seperti  terlihat  pada Gambar 4, ini dikarenakan  sistem belum pada kondisi yang steady sepanjang alirannya.
Gambar 4 Grafik hubungan beban pendingin terhadap kapasitas refrigerasi (Qe) dan daya kompresor  (P) pada R12
Sementara  dari  Gambar  4  terlihat  bahwa  daya kompresor  (P)  dan  kapasitas  refrigerasi  (Qe) cenderung  stabil  ada  sedikit  selisih  nilai  kapsitas  dan daya  kompresor  untuk  setiap  beban  pendinginan  yang ada,  Hal  ini  disebabkan  sistem   belum  bekerja  dalam kondisi stabil akibat beban yang masih rendah yaitu 80 watt yang masih memenuhi syarat dari daya kompresor mesin  pendingin  yaitu  86  watt,  (Qe)  sedikit mengalami  penurunan,  karena  disuatu  sisi  terjadi peningkatan  temperatur  dan  tekanan  pada  kompresor sehingga menyebabkan tingkat kenaikan daya kompresor akan bertambah.
BerdasarkanTabel  3  sampai  Tabel  4  diperoleh  grafik waktu  pendinginan  terhadap  temperatur  evaporator seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Grafik hubungan waktu pendinginan terhadap temperatur evaporator untuk setiap variasi beban pendingin pada LPG
Pada  Gambar  5  terlihat  mengalami  penurunan temperatur  dalam  setiap  variasi  beban  pendinginan. Pada  waktu  yang  sama  yaitu  menit  30,  temperatur yang  dicapai  pengujian  tanpa  beban  adalah  10  oC, beban 20 watt sebesar 11 oC, beban 40 watt sebesar 12 oC, beban 60 watt sebesar 15 oC, dan untuk beban 80 watt sebesar 17 oC. Hal ini disebabkan karena dengan beban pendinginan yang lebih besar maka sistemmelepaskan  kalor  yang  lebih  besar  juga sehingga  temperatur  rungan  menjadi  tinggi.Dengan demikian  menyebabkan  temperatur  evaporator  lebih rendah.
Gambar 6 Grafik Hubungan beban pendinginan terhadap COP pada LPG
Pada  Gambar  6  grafik  hubungan  antara  beban pendingin  terhadap  COP (coeficient  of  performance) yaitu COP tertinggi terlihat ketika diberi beban 40 watt yaitu  5,00  selanjutnya  COP  mengalami  penurunan. Penurunan  koefisien  prestasi  terjadi  karena  adanya kenaikan  daya  kompresor  dibandingkan  kapasitas refrigerasi (Qe) setelah melebihi beban 40 watt seperti terlihat  pada  Gambar  7,  ini  dikarenakan  sistem  belum pada kondisi yang steady sepanjang alirannya
Gambar 7 Grafik hubungan beban pendingin terhadap kapasitas  refrigerasi (Qe) dan daya kompresor (P) pada LPG
Pada  Gambar  7  terlihat  daya  kompresor  dan  kapasitas refrigerasi  cenderung  stabil  dari  mulai  beban  40  watt pendingin  sampai  beban  80  watt.  Hal  ini  disebabkan sistem   belum  bekerja  dalam  kondisi  stabil  akibat beban  yang  masih  rendah  yaitu  80  watt  yang  masih memenuhi  syarat  dari  daya  kompresor  mesin pendingin yaitu 86 watt, disatu sisi terjadi peningkatan temperatur  dan  tekanan  pada  kompresor,  sebagaimana yang  diungkapkan  stoecker  [10],  bahwa  terdapat  nilai beban  pendingin  tertentu  yang  memungkinkan  terjadi kesetimbangan antara pipa kapiler dan kompresor. Bila perpindahan kalor pada evaporator tidak dipenuhi pada titik  kesetimbangan  kompresor  –  pipa  kapiler,  akan dihasilkan  kondisi  yang  tidak  seimbang  yang  dapat menyebabkan penurunan efisiensi kerja.
Untuk  lebih  jelasnya  pengaruh  dari  beban pendingin mengunakan refrigeran R12 dan LPG dapat dilihat  pada  Gambar  8  sampai  Gambar  10  analisis grafik  keseluruhan  dari  temperatur  evaporator,  COP ( coeficient  of  performance ),  kapasitas  kefrigerasi,  dan daya kompresor.
Gambar 8 Grafik temperatur evaporator terhadap waktu pada LPG dan R12
Dari  hasil  analisis  grafik  hubungan  temperatur evaporator  dengan  waktu  pada  Gambar  8  terlihat penurunan  temperatur  evaporator  di  dalam  lemari  es seiring  dengan  bertambahnya  waktu,  dalam  waktu yang  sama  dan  jenis  refrigeran  yang  berbeda,  terlihat bahwa  menggunakan  refrigeran  LPG  pada  setiap beban  pendinginan  temperatur  evaporatornya  lebih rendah daripada menggunakan refrigeran R12.
Gambar 9 Grafik COP terhadap beban pendinginan pada LPG dan R12
Pengaruh  beban  pendingin  terhadap  kinerja  mesin pendingin  menggunakan  refrigeran  R12  dan  LPG ditunjukkan  pada  Gambar  9    dengan  hasil  penelitian menggunakan  R12  koefisien  kinerja  (COP)  tertinggi adalah  4,75  ketika  beban  sebesar  40  watt  setelah  itu COP  mengalami  penurunan,  pada  refrigeran  LPG koefisien  kinerja  (COP)  tertinggi  adalah  5,00  ketika beban  40  watt  dari  sini  terlihat  bahwa  penggunaan refrigeran  LPG  lebih  baik  karena  memiliki  kinerja mesin  yang  cukup  baik  dibandingkan  R12  dilihat  dari COP yang didapat dari beban yang sama.
Pada  Gambar  10  ditunjukkan  grafik  daya  kompresor (P)  dan  kapasitas  refrigerasi  (Qe)  yang  diperoleh bahwa  kapasitas  refrigerasi  dan  daya  kompresor  yang dihasilkan pada LPG lebih besar daripada R12, hal ini disebabkan karena adanya nilai dampak refrigerasi dan kerja  kompresor  yang  lebih  besar  dari  LPG dibandingkan dengan R12.
Gambar 10 Grafik Qe dan P terhadap beban pendingin pada LPG dan R12

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa  yang  telah dibahas  pada  pembahasan  mengenai  efek  beban pendingin  pengaruh  beban  pendingin  terhadap  kinerja mesin  pendingin menggunakan  refrigeran R12 ditunjukkan  pada  koefisien  kinerja  (COP)  tertinggi adalah  4,75  ketika  beban  sebesar  40  watt,  pada refrigeran  LPG  koefisien  kinerja  (COP)  tertinggi adalah  5,00  ketika  beban  40  watt  dari  sini  terlihat bahwa  penggunaan  refrigeran  LPG  lebih  baik  karena memilikim kinerja mesin yang cukup baik dibandingkan  R12  dilihat  dari  COP  yang  didapat  dari beban  yang  sama.  Diperoleh  bahwa  menggunakan refrigeran  LPG  temperatur  yang  dihasilkan  lebih rendah  daripada  R12  pada  waktu  yang  sama  yaitu  30 menit,  temperatur  pada  LPG  tanpa  beban  pendingin adalah 10 oC, beban 20 watt sebesar 11  oC, beban 40 watt sebesar 12 oC, beban 60 watt sebesar 15 oC, dan untuk  beban  80  watt  sebesar  17  oC  dan   R12 temperatur yang dihasilkan tanpa beban adalah 12 oC, beban  20  watt  sebesar  13  oC,  40  watt  sebesar  15  oC, beban 60 watt sebesar 16 oC, dan untuk beban 80 watt sebesar 18 oC. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan bisa mevariasikan  beban  pendingin  dengan  menggunakan perbandingan  massa  refrigeran  atau  jenis  refrigeran yang  berbeda.  Dalam  penelitian  selanjutnya  waktu pendinginan  yang  dipakai  lebih  rinci  lagi  karena berpengaruh  terhadap  data  yang  dihasilkan,  sistem harus  benar-  benar  terkendali  dari  alat  ukur,  media penelitian, serta
komponen-komponen yang mendukung lainnya untuk data yang lebih valid lagi .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Helmi,  R.  2010 .  Perbandingan  COP  Pada Refrigerator dengan  Refrigeran  CFC  R12  Dan HC  R134a    untuk  Panjang  Pipa  Kapiler  yang Berbeda. Jurnal. Fakultas Industri, jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma [2]  Wibowo, D.B. dkk. 2006. Pengaruh Variasi Massa Refrigeran  R-22  dan  Putaran  Blower  Evaporator
terhadap C OP  Pada  Sistem  Pengkondisian  Udara Mobil. Traksi. Vol. 4. No. 1 [3]Aziz,  A.  2009 Studi  Eksperimental  Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi   Uap Menggunakan
Refrigeran  Hidrokarbon  Substitusi  R22  Pada Kondisi  Transient .  Jurnal  Teknik  Mesin,  Vol.  6 No. 2. [4] M.A. Alsaad, M.A. Hammad, The application of propane/butane mixture for domestic refrigerators , Appl. Therm. Eng. 18 (1998) 911– 918.
[5]  M.A.  Hammad,  M.A.  Alsaad, The  use  of hydrocarbon mixtures as refrigerants in domestic refrigerators , Appl. Therm. Eng. 19 (1999) 1181– 1189.
[6]  Fatouh,  M,  Kafafy  (2006). Applied  Thermal
Engineering-Experimental evaluation of a domestic refrigerator working with LPG.
[7]http://www.kamusilmiah.com
[8]Anwar,  K.  2010. Efek  Beban  Pendingin  Terhadap Performa Sistem Mesin  Pendingin .  Jurnal SMARTek, Vol.8 No.3. Agustus 2010: 203-214.
[9]  Salem  A.S.  2002. Assessment  of  LPG  as  posible alternative to R-12 in domestic refrigerator.
[10]Stoecker,WJ.  1992. Refrigeran  dan  Pengkondisian Udara . Edisi kedua, Erlangga, Jakarta. 246-248