## Kaji Eksperimental Pengunaan R22 dan R410A Berdasarkan Variasi Laku Aliran Massa Pada Mesin AC

## Experimental Case Study of Air Conditioning Machine by Use R22 and R410A based on the mass flow rate
Dian Wahyu, Nasrullah & Khairul Amri
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus Limau Manis Padang Telp. 0751-72590 Fax. 0751-72576 Email: dianwahyuitb@gmail.com

## ABSTRACT
The  development  of  the  use  of  air  conditioning  machines  (AC  machines)  is  very  high  ,  due  to  the  increased consumption  of  electricity  for  household  needs  are  also  increasing  .  Based  on  field  observations  of  R22 refrigerant is  still  widely used  in  commercial  air  conditioning  machines  ,  where  the  refrigerant  has properties that  are  not  friendly  to  the  environment  .  R410A  refrigerant  has  been  recommended  to  replace  worn  R22  .  It became  one  of the  rationale  for conducting the  assessment directly to efforts to  reduce electricity  consumption due to the use of air conditioning machines in the household and the efforts to preserve the environment . The research  was  conducted  on  a  commercial  air  conditioning  machines  by  testing  the  engine  for  both  types  of refrigerant ( R22 and R410A ) . Testing the engine characteristics , tested by varying the refrigerant mass flow rate for both refrigerants . The test results showed , electricity consumption ( compressor power ) for the use of both types of refrigerants is similar but uses R410A refrigerant produces a greater cooling effect than by using refrigerant R22 .  In  Overall  effect  of the variation  of  mass flow  rate  for  both  refrigerants  clearly  evident , the increase in mass flow rate causes enhancement of several variables such as the increase in compressor power , cooling effect , the effect of heat release , but for the coeficient of perfomance ( COP ) , the addition of the mass flow rate after COP The optimum value of the COP does not increase anymore . In this study, the  highest COP values obtained in the refrigerant mass flow rate 3.4 g / s for R410A and R22 for 1.9 has the highest COP of 1.7 at a flow rate of refrigerant mass 3 g / s . For maximum cooling impact , generated by 0.502 kW to 0.572 kW usage for R22 and R410A.
Keywords : Experimental, AC, R22, R410A, mass flow rate

## PENDAHULUAN
Tujuan  dari  siklus  refrigerasi  adalah  untuk menjaga  suatu  kondisi  area  dingin  agar tetap berada dibawah temperatur lingkungan  sekeliling.  Hal  dapat  tercapai dengan memanfaatkan siklus kompresi uap. Siklus  ini  banyak  biasanya digunakan pada sistem  refrigerasi  dan  dipakai  untuk keperluan pencairan gas dan pengkondisian udara.  Refrigeran  digunakan  sebagai  fluida kerja pada sistem tersebut.
Dewasa  ini  sistem  dan  komponen  yang digunakan pada refrigerasi sangat berkembang  dan  sangat  banyak  digunakan, seperti  pemakaian air  conditioning (AC) untuk perumahan dan gedung. Hal ini tentu saja  berdampak  pada  peningatan  konsumsi listrik.  Dari  observasi  dilapangan  dapat diketahui  jenis  refrigeran  yang  umum digunakan   pada  pendingin udara sekarang
ini adalah R22, ini tentu saja mendatangkan potensi penipisan lapisan ozon dan pemanasan global.
Hal  ini  mendapat  perhatian  besar  bagi kalangan  peneliti  internasional  sehingga terlahir  perjanjian  international  pada  tahun 1987  yang  dikenal  dengan  Protokol Montreal.  Ini  juga  berlanjut  dengan Protokol
Kyoto  yang  mengatur  pembatasan  dan pengurangan gas-gas penyebab rumah kaca (green  house  effect).  Dari  perjanjian  ini disuarakan  jika  R22  harus  dihapuskan  dan bagi  indonesia  refrigeran  ini  dibatasi penggunaannya sampai 2030.
Berdasarkan hal diatas penggunaan refrigeran  dianjurkan  pada  refrigeran  yang lebih  ramah  lingkungan,  untuk  penelitian ini  refrigeran  yang  dipilih  adalah  R410A, dimana  mesin  kompresi  uap  yang  sama
dapat digunakan untuk mengetahui pengaruh penggunaan kedua refrigeran dan laju aliran massa terhadap karakteristik dari sistem pendingin.

## Siklus Kompresi Uap
Secara umum siklus kompresi uap sederhana  memiliki  beberapa  komponen seperti  evaporator,  kondensor,  kompresor dan katup ekspansi seperti yang ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Proses pemindahan  panas  dari  sisi  keadaan  yang bertemperatur  rendah  ke  sisi  keadaan  yang bertemperatur tinggi diterangkan mulai dari dalam  evaporator.  Pada  komponen  ini refrigerant  mulai  menguap  karena  ada penyerapan  panas  oleh  refrigeran  dan  hal ini juga disebabkan karena terjadi penurunan  tekanan  yang  mengakibatkan
titik didih refrigerant menjadi lebih rendah. Dalam  evaporator  terjadi  perubahan  fasa refrigerant dari cair menjadi gas. Refrigerant  dalam  bentuk  gas  tersebut mengalir  ke  sisi  hisap  kompresor  dan kemudian  dikompresikan  ke  tekanan  yang lebih  tinggin  sesuai  dengan  tekanan  kerja kondensor.  Hal  ini  juga  menyebabkan temperatur refrigeran menjadi tinggi, kemudian refrigeran mengalir ke kondensor.  Pada  sisi  ini  terjadi  proses pelepasan panas dari refrigeran ke lingkungan  dengan  kata  lain  refrigerant didinginkan oleh udara luar yang mengelilingi kondensor sehingga refrigerant  menjadi  cair kembali. Siklus  ini berlangsung  terus  menerus  berulang-ulang sehingga didapat temperature yang diinginkan. Gambar 1. Komponen Siklus Kompresi Uap Sederhana
Untuk  memudahkan,  memahami  prinsip kerja  siklus  kompresi  uap  dan  melihat karakteristik  siklus  maka  sebuah  diagram P-h (Tekanan –  Entalpi)  atau  T-s
(Temperatur  –  Entropi)  dapat  digunakan seperti  yang  terlihat  pada  Gambar  2  dan Gambar 3.

## Gambar 2. Diagram P-h Siklus Kompresi Uap Ideal

## Gambar 3. Diagram T-s Siklus Kompresi Uap Ideal

## Siklus Kompresi Uap Aktual
Secara  umum  siklus  kompresi  uap  ideal sangat  susah  diwujudkan  di  dalam  praktek, karena salah satunya sangat sulit menghilangkan  rugi-rugi  akibat  gesekan
dalam pipa serta mencegah rugi-rugi akibat panas. Gambar  4  menunjukkan  diagram  Siklus Kompresi Uap Aktual, dimana ada beberapa  kondisi  yang  tidak  sesuai  dengan siklus kompresi uap ideal.
Pada pengkondisian proses pengujian karakteristik  mesin  kompresi  uap  sulit terwujudnya  proses  yang  ideal,  namun proses ini dipilih sebagai pendekatan dalam menetapkan  karakeristik  dari  suatu  mesin yang diuji.
Adapun  variabel  yang  dapat  ditentukan adalah  kerja  kompresor,  efek  pendinginan, efek  pelepasan  panas,  Coeficient  of Perfomance  (COP),  Perfomancy  Factor (PF)  yang  akan  dijelaskan  berikut  dibawah ini.
Kerja  Kompresor  adalah  besarnya  daya yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur  dan  tekanan  per  satuan  massa refrigeran.
Dampak  pendinginan  adalah  besarnya panas  yang  diserap  refrigeran  persatuan massa. Ini dapat dihitung dengan mengurangkan entalpi keluar dari evaporator  dengan  entalpi  yang  akan memasuki evaporator.
Efek  pelepasan  panas  adalah  besarnya panas  yang  dipindahkan  dari  refrigeran  ke lingkungan.  Ini  dapat  dihitung  dengan mengurangkan entalpi sisi masuk kondensor  dengan  entalpi  sisi  keluar kondensor.
Coefisien  of  perfomance  adalah  nilai  yang mengindikasikan
antara dampak
pendinginan dengan kerja dari kompresor.
Perfomancy  factor  adalah  nilai  yang mengindiksikan  antara  dampak  pelepasan panas dengan kerja kompresor.
Fluida
Kerja Mesin Pendingin (Refrigeran)
Refrigeran merupakan working fluid (fluida kerja)  yang  digunakan  didalam  siklus kompresi uap. Refrigeran berfungsi sebagai zat  yang  membawa  panas  dari  suatu ruangan yang akan didinginkan ke lingkungan atau ruangan pengering. Refrigeran  membawa energi panas didalam mesin  pendingin  dengan  memanfaatkan peristiwa  evaporasi  dan  kondensasi  dengan dibantu  oleh  beberapa  komponen  pada mesin pendingin tersebut.
Refrigeran  dipilih  berdasarkan  beberapa aspek  seperti  mudah  berubah  fasa  dengan kalor penguapan yang tinggi, tidak beracun, tidak  korosif  dengan  komponen  mesin refrigerasi.  Namun  secara  umum  refrigeran yang  baik  memiliki  nilai  ODP  (Ozone Depleting  Potential)  dan  GWP  (Global Warming Potential) yang rendah.
Refrigeran  jenis  R22  merupakan  refrigeran Halokarbon  yang  memiliki  kemampuan untuk  bereaksi  dengan  lapisan  ozon. Namun  saat  ini  masih  banyak  digunakan terutama  pada  mesin  pengkondisian  udara. Tentu  saja  ini  tidak  baik  dibiarkan  begitu saja. Refrigeran golongan zeotrop memiliki sifat yang ramah lingkungan. Refrigeran ini merupakan  refrigeran  yang  diproduksi  dari berbagai campuran refrigeran lain
contohnya  R410A,  merupakan  campuran dari R32 sebanyak 50% dan R125 sebanyak 50%.

## Jumlah massa refrigeran
Penentuan  jumlah  volume  atau  massa  dari refrigeran pada mesin pendingin merupakan suatu hal yang perlu diketahui.
Penentuannya  dapat  dilakukan  melalui berbagai cara diantaranya, melalui kapasitas pendinginan  dari  instalasi  mesin  pendingin yang tertulis langsung pada bagian spesifikasi  alat  pendingin  dan  kemudian dengan cara  melakukan pengisian  langsung dengan melihat sisi evaporator telah dilapisi
bunga  es yang  tipis,  serta  dengan melakukan  perhitungan  teoritis  dengan kapasistas pendinginan sebagai acuan. Didalam  penelitian  ini,  massa  untuk  kedua refrigeran  akan  divariasikan  untuk  melihat karakteristik  yang  dihasilkan  dari  mesin pendingin.

## METODOLOGI
Alat  yang  dibutuhkan  dalam  pengujian  ini adalah  satu  buah  instalasi  mesin  pendingin
komersil, dan beberapa alat ukur temperatur dan  tekanan  yang  telah  terpasang  pada  alat yang  akan  diuji.  Karakteristik  mesin pendingin  akan  ditentukan  untuk  kedua jenis  refrigeran  pada  pembebanan  yang tetap.  Proses  pembebanan  pada  mesin pendingin dilakukan dengan cara mengalirkan udara panas ke sisi evaporator.
Untuk  lebih  jelasnya  dapat  dilihat  pada Gambar 5.
Gambar 5. Pengujian mesin pengkondisian udara

## Prosedur Pengujian
Berikut dibawah ini akan diberikan cara dalam mengambil data pengujian.
1. Lakukan  pengurasan  refrigeran  dari dalam sistem terlebih dahulu
2. Periksa semua instalasi dari kebocoran.
3. Lakukan proses pemvakuman sesuai dengan  tekanan  jenuh  refrigeran yang masuk ke evaporator
4. Isikan  refrigeran  kedalam  sistem. Pengisian refrigeran kedalam sistem pendingin harus dalam keadaan fasa cair  dan  dimasukkan  melalui  sisi dicharge  kompresor.  Ini  dilakukan agar  mencegah  refrigeran  masuk  ke
sistem  pendingin  dengan  komposisi yang salah dan meninggalkan refrigeran dalam botol dalam komposisi yang salah jika pengisisannya  dilakukan  pada  sisi isap.
5. Isikan  refrigeran  ke  dalam  sistem sedikit  demi  sedikit  sampai  ukuran volume  refrigeran  yang  maksimal sesuai dengan spesifikasi alat.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  variasi  laju  aliran  massa refrigeran  R22  dan  R410A    terhadap daya kompresor
Pada  Gambar  6  dapat  dilihat  perbandingan penggunaan  fluida  kerja  R22  dan  R410A serta pengaruh variasi dari laju aliran massa dari  refrigeran  itu  sendiri.  Kecendrungan garis  grafik  yang  didapatkan  untuk  kedua refrigeran  adalah  semakin  besar  laju  aliran massa maka daya kompresor yang
digunakan  semakin  tinggi,  namun  untuk laju  aliran  refrigeran  yang  sama  konsumsi daya  kompresor  hampir  sama  didapatkan untuk  kedua  refrigeran,  meskipun  pada grafik  yang  didapatkan  ada  kondisi  yang tidak sama.
Gambar 6. Konsumsi daya kompressor terhadap laju aliran massa kedua refrigeran
Dampak pendinginan terhadap variasi laju aliran massa refrigeran R22 dan R410A
Pengaruh  penggunaan  refrigeran  R22  dan R410A pada  variasi  laju aliran  massa  yang hampir  sama  sangat  jelas  sekali  terlihat pada  sisi  dampak  pendinginan  yang
dihasilkan.  Secara  umum  kencendrungan garis    dampak  pendinginan  linear  naik terhadap peningkatan  laju aliran  massa dan nilai  dampak  pendingginan  menggunakan R410A  lebih  besar  dibandingkan  dengan R22.
Gambar 7. Dampak pendinginan terhadap penggunaan R22 dan R410A pada variasi laju aliran massa
Pelepasan  panas  pada  sisi  kondensor terhadap variasi laju refrigeran R22 dan R410A
Pada  Gambar  8  dapat  dilihat  besarnya pelepasan  panas  dari  kondensor  akan meningkat seiring dengan penambahan  laju aliran  massa  refrigeran.  Pada  Gambar  8
dapat  dipahami  bahwa  secara  keseluruhan mesin  AC  yang  menggunakan  fluida  kerja R410  memiliki  nilai  pelepasan  panas  yang tinggi  pada  laju  aliran  massa  refrigeran yang  sama  dibandingkan  dengan  R22, meskipun  ada  dibeberapa  data  pengujian yang berbeda.
Gambar 8. Efek pelepasan panas terhadap variasi laju aliran massa refrigeran R22 dan R410A

## Coeficient of Perfomance terhadap laju aliran massa refrigeran
Pada  Gambar  9  dapat  dilihat  peningkatan COP  pada  mesin  AC  untuk  penggunaan R22  dan  R410A.  Pada  kondisi  awal  nilai COP meningkat sesuai dengan penambahan laju  aliran  massa  dari  kedua  refrigeran,
namun  setelah  kondisi  kerja  optimum penambahan  laju  aliran  massa  refrigeran tidak  meningkatkan  lagi  nilai  COP  mesin AC,  hal  ini disebabkan karena perpindahan panas  ke  refrigeran  membutuhkan  waktu sehingga  ada  panas  yang  diserap  lagi  oleh refrigeran.
Gambar 9. COP mesin AC terhadap laju aliran massa refrigeran
Dari Gambar 9 dapat dilihat bahwa nilai COP optimum  didapatkan sebesar 1,9 pada laju aliran massa refrigeran 3,4 g/s untuk R410A dan 1,7 pada laju aliran massa refrigeran 3 g/s.

## Nomenklatur
Q Laju aliran energy (J/s) W Kerja (J/s) m massa(g) P Tekanan(Pa) T Temperatur ( o C) COP  Coeficient of Perfomance PF Perfomance Factor q Kalor per massa (J/kg)

## Subsripts
1 Keadaan inlet kompresor 2 Keadaan outlet kompresor 3 Kondisi outlet kondensor
4 Kondisi setelah ekspansi
e evaporator
k
Kondensor, kompresor

## SIMPULAN
Adapun  kesimpulan  yang  dapat  diambil adalah
1. Konsumsi daya kompresor untuk refrigeran  R410A  pada  mesin  AC hampir sama dengan R22.
2. COP  mesin  AC  dengan  refrigeran R410A lebih tinggi dibandingkan dengan  mesin  AC  yang  menggunakan refrigeran  R22  pada  laju  aliran  yang hampir sama.
3. COP  tertinggi  didapatkan  pada  laju aliran  massa  refrigeran  3,4  g/s  untuk R410A  senilai  1,9  dan  R22  memiliki COP  tertinggi  sebesar  1,7  pada  laju aliran massa refrigeran 3 g/s.
4. Dampak  pendinginan  maksimum  yang dihasilkan  sebesar  0,502  kW  untuk penggunaan  R22  dan  0,572  kW  untuk R410A.

## DAFTAR PUSTAKA
Arora,  C.  P.  Refrigeration  and  Air
Conditioning, Mc Graw Hill
International Edition, 2001
Ari  Rabl  &  Jan  F.Kreider.  Heating  and Cooling, Mc Graw Hill International Edition, 1994
Aziz,  azridjal,  Perfomansi  mesin  kompresi uap terhadap massa refrigeran optimum  menggunakan  refrigeran hidrokarbon,  Jurnal  teknik  mesin. 2005
Michel  J  Moran,  Shapiro,  Munson  & Dewitt.  Introduction  to  thermal system  engineering,  John  Wiley  &
Sons, Inc. 2003
American Society of Heating, Refrigeratoring, and Air Conditioning Engineers Inc. ASHRAE  Pocket  Guide  for  Air
Conditioning,  Heating,  Ventilation, Refrigeration  7th  Edition.  Tullie Circle,  NE  Atlanta:  W.  Stephen Comstock.