## ANALISA KINERJA MESIN REFRIGERASI RUMAH TANGGA DENGAN VARIASI REFRIGERAN
1 Amrullah, 2 Zuryati Djafar, 3 Wahyu H. Piarah
1 Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin, Politeknik Bosowa, Makassar 90245,Indonesia
2,3 Jurusan Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar 90245,Indonesia E-mail : amrullah.mansyur@yahoo.com 1 ,  yydjafar@yahoo.com 2 ,wahyupiarah@yahoo.com 3

## Abstrak
Komponen terpenting dalam mesin refrigerasi adalah refrigeran. Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi. Penelitian ini  bertujuan  untuk      mengangkat  suatu  percobaan  pengembangan  mesin  refrigerasi  dengan menggunakan refrigeran yang berbeda sehingga dapat diamati kinerja kompresor, kinerja evaporator, COP  dan  diharapkan  penelitian  ini  dapat  memperlihatkan  instalasi  pengujian  sebagai  media pembelajaran  dalam  menerapkan  prinsip  kerja  mesin  refrigerasi.  Metode  penelitian  yang  dilakukan adalah  eksperimental  pada  setting  8  mesin  refrigerasi  dengan  melakukan  pengambilan  data  untuk tekanan dan temperatur R-12 dan R-134a yang diukur pada saluran masuk dan keluar kompresor selama 300  menit.  Penentuan  nilai  entalpi  pada  setiap  titik  dengan  menggunakan  program  REFPROP. Penggunaan refrigeran yang berbeda pada suatu mesin refrigerasi menunjukkan bahwa refrigeran R- 134a  lebih  baik  dibanding  R-12.  Hal  ini  dapat  dilihat  setelah  300  menit  untuk  R-134a,  kinerja kompresor  29.4  kJ/kg,  kinerja  evaporator  144.5  kJ/kg,  COP  4.9  sedangkan  untuk  R-12,  kinerja kompresor 21.8 kJ/kg, kinerja evaporator 12.3 kJ/kg, COP 4.6.
Kata kunci : refrigeran, evaporasi, kondensasi, COP

## Abstract
The most important component in the refrigerator is the refrigerant. The refrigerant absorbs heat from one side and throw it to another side through the mechanism of evaporation and condensation. This research aims to develop a refrigeration machine using different refrigerants that can be observed with the performance of the compressor, evaporator performance and COP, and hoped  this research can show the installation as a medium of learning in applying the working principle of  refrigerator. The research  method  was  experimental  at  setting  8  refrigeration  machine  with  data  collection  for  the pressure and temperature of R-12 and R-134a were measured at the compressor inlet and outlet for 300 minutes. Determining the value of the enthalpy at any point by using REFPROP program. The use of different refrigerants in a refrigeration machine indicates that the refrigerant R-134a better than R- 12. It can be seen after 300 minutes for R-134a, compressor performance 29.4 kJ / kg, the performance of the evaporator is 144.5 kJ / kg, COP 4.9 while for R-12 compressor performance 21.8 kJ / kg, the performance of the evaporator is 12.3 kJ / kg, COP 4.6.

## Keywords: refrigerant, evaporation, condensation, COP

## I. P ENDAHULUAN
Penerapan  teknik  refrigerasi  yang  terbanyak  adalah dalam  proses  pendinginan  yaitu  untuk  pengkondisian udara  baik  refrigerasi  industri  maupun  rumah  tangga yang  meliputi  pemrosesan,  pengawetan  makanan, penyerapan  kalor  dari  bahan-bahan  kimia,  perminyakan dan industri petrokimia.
Refrigerasi  adalah  proses  penurunan  temperatur  dari suatu zat hingga temperatur zat tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya, dimana refrigerasi ini bekerja dengan membentuk suatu siklus.  Dengan adanya siklus refrigerasi ini, telah merintis pembuatan mesin pendingin atau refrigerator dosmetik untuk keperluan rumah tangga atau yang lebih dikenal dengan kulkas.
Refrigerasi  mempunyai  hubungan  yang  erat  dengan pendinginan,  dimana  pendinginan  tersebut  dapat diartikan  sebagai  proses  pelepasan  kalor  dari  suatu  zat
yang  akan  didinginkan.    Pendinginan  dilakukan  sesuai dengan  tujuan  masing-masing  orang  yang  akan melakukan  proses  pendinginan  tersebut.    Namun  secara umum  pendinginan  bertujuan  untuk  membuang  panas dari  suatu  zat  sehingga  temperaturnya  menjadi  lebih rendah, mengubah wujud suatu zat seperti mengubah air menjadi  es  serta  mempertahankan  temperatur  dari  zat tersebut.
Komponen terpenting dalam mesin refrigerasi adalah refrigeran.  Refrigeran  adalah  fliuida  kerja  yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi karena menggunakan efek pendinginan dan pemanasan pada mesin refrigerasi dengan  menyerap  panas  dari  satu  lokasi  dan membuangnya  ke  lokasi  yang  lain  melalui  mekanisme evaporasi  dan  kondensasi.  Meskipun  pada  dasarnya refrigerasi  merupakan  salah  satu  penyebab  timbulnya masalah kontemporer terhadap adanya pemanasan global ( global warning ) [1].
Ketika  mendesain  suatu  sistem  refrigerasi,  perlu diperhatikan  beberapa  refrigeran  yang  akan  digunakan seperti chlorofluorocarbons (CFCs), amonia, hidrokarbon ( propane, ethane, ethylene ), karbodioksida, udara  dan  bahkan  air  (pada  aplikasi  diatas  titik  beku). Pemilihan refrigeran  yang baik  hendaknya  berdasarkan kondisinya,  misalnya  R-11,  R-12,  R-22,  R-134a  dan  R- 502 yang dijual banyak di pasaran [2].
Bagian  penting  lain  dalam  menganalisis  sistem- sistem termal adalah penentuan sifat-sifat termodinamika.  Suatu  sifat  adalah  setiap  karakteristik atau ciri dari bahan yang dapat dijajaki secara kuantitatif, seperti  suhu,  tekanan  dan  rapat  massa.  Kerja  dan perpindahan  kalor  dapat  dijajaki  dalam  hal  perubahan sifat-sifatnya, tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri.  Suatu  sifat  adalah  segala  sesuatu  yang  dimiliki oleh bahan. Kerja dan perpindahan kalor adalah hal yang dilakukan  terhadap  suatu  sistem  sehingga  terjadi perubahan  pada  sifat-sifatnya.  Kerja  dan  kalor  hanya dapat  diukur  hanya  pada  pembatas  sistem  dan  jumlah energi yang dipindahkan tergantung pada cara terjadinya perubahan [3].
Proses  pemanasan  lanjut  yang  terjadi  pada  siklus kompresi  uap  disebabkan  karena  adanya  proses perpindahan  kalor  yang  terjadi  pada  saat  saluran penghubung  antara  evaporator  dan  kompresor.  Proses pendinginan lanjut yang terjadi pada siklus kompresi uap disebabkan karena adanya perpindahan kalor yang terjadi pada  saluran  penghubung  antara  kondensor  dan  pipa kapiler [4].
Beban pendinginan sebenarnya adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem pengkondisian udara setiap waktu. Beban pendinginan terdiri atas panas yang berasal dari ruang dan tambahan panas [5].
Siklus refrigerasi dan analisa kinerja refrigeran pada mesin  refrigerasi  dapat  diamati  pada  skema  instalasi mesin refrigerasi seperti  yang ditunjukkan pada  gambar 1.

## Evaporasi
Proses  evaporasi  terjadi  pada  evaporator  atau penguap  yang  digunakan  pada  mesin  refrigerasi berbentuk  pipa  bersirip  plat.    Tekanan  cairan  refrigeran
yang  diturunkan  pada  katup  ekspansi  didistribusikan secara  merata  kedalam  evaporator  oleh  refrigeran. Refrigeran akan menguap dan menyerap kalor dari udara ruangan  yang  dialirkan  melalui  permukaan  luar  pipa evaporator.  Jadi  cairan  refrigeran  diuapkan  secara berangsur-angsur karena menerima kalor sebanyak kalor laten  penguapan  selama  mengalir  di  dalam  setiap  pipa dari  koil  evaporator.  Pada  gambar  2  dan  3,  evaporasi dapat dilihat pada proses 4-1 sehingga kinerja evaporator dapat diketahui dari selisih antara entalpi pada titik 1 dan titik 4.
q e = h 1 - h 4 ......................................................(1)

## Kompresi
Bila suatu gas dikompresi berarti ada energi mekanik yang  diberikan  dari  luar  kepada  gas.  Energi  tersebut diubah  menjadi  energi  panas  sehingga  temperatur  gas akan  naik  jika  tekanan  semakin  tinggi  [6].  Proses kompresi  yang  terjadi  pada  kompresor  menyebabkan naiknya  tekanan  refrigeran  sehingga  memudahkan pencairannya  kembali.    Energi  yang  diperlukan  untuk kompresi diberikan oleh motor listrik yang menggerakkan  kompresor.    Dalam  proses  kompresi, energi diberikan kedalam uap refrigeran. Pada gambar 2 dan  3,  kompresi  dapat  dilihat  pada  proses  1-2  sehingga kinerja kompresor dapat diketahui dari selisih entalpi titik 2 dan titik 1.
q w = h 2 - h 1 ....................................................(2)

## Kondensasi
Uap  refrigeran  yang  bertekanan  dan  bertemperatur tinggi  pada  akhir  kompresi  dapat  dengan  mudah didinginkan  dengan  udara  pendingin  yang  ada  pada temperatur  normal.  Dengan  kata  lain,    uap  refrigeran menyerahkan panasnya (kalor laten pengembunan) pada udara pendingin didalam kondensor sehingga mengembun dan  menjadi cair.  Karena udara pendingin menyerap  udara  dari  refrigeran,  maka  udara    akan menjadi  panas  pada  saat  keluar  dari  kondensor.  Pada gambar 2 dan 3, kondensasi dapat dilihat pada proses 2-3 sehingga  kinerja  kondensor  dapat  diketahui  dari  selisih antara entalpi pada titik 2 dan titik 3.
q c = h 2 – h 3 ………………..……………...…(3)
Gambar 1. Siklus refrigerasi pada mesin refrigerasi

## Ekspansi
Untuk menurunkan tekanan dari refrigeran cair yang dicairkan  didalam  kondensor  supaya  dapat  mudah menguap,  maka  dipergunakan  katup  ekspansi  atau  pipa kapiler. Cairan refrigeran dari katup ekspansi kemudian mengalir  kedalam  evaporator,  tekanannya  turun  dan menerima  kalor  penguapan  dari  udara,  sehingga mengalami penguapan secara berangsur-angsur. Selanjutnya,  proses  siklus  tersebut  di  atas  terjadi  secara berulang-ulang.  Pada  gambar  2  dan  3,  proses  ekspansi dapat dilihat pada proses 3-4.
Gambar 2. Diagram T-s siklus refrigerasi
Gambar 3. Diagram P-h siklus refrigerasi

## Coefficient of Performance (COP)
Koefisien  kinerja  atau  COP  berhubungan  dengan kapasitas  pendinginan  dan  daya  yang  diperlukan  dan menunjukkan  konsumsi  daya  keseluruhan  untuk  beban yang  diinginkan.  Nilai  COP  yang  tinggi  menunjukkan konsumsi  energi  rendah  untuk  penyerapan  daya pendinginan  ruang  yang  sama  untuk  didinginkan.  Nilai COP dapat diketahui dari perbandingan antara refrigerasi bermanfaat terhadap kerja bersih.
w q e q
COP  ………………………………..(4)
Penelitian  ini  bertujuan  untuk      mengangkat  suatu percobaan  pengembangan  mesin  refrigerasi  dengan menggunakan  refrigeran  yang  berbeda  sehingga  dapat diamati kinerja kompresor, kinerja evaporator dan COP.

## II. METODE
Metode penelitian yang dilakukan adalah eksperimental  pada  setting  8  mesin  refrigerasi  dengan melakukan  pengambilan  data  untuk  tekanan  dan temperatur  R-12  dan  R-134a  yang  diukur  pada  saluran
masuk  dan  keluar  kompresor  selama  300  menit. Penentuan  nilai  entalpi  pada  setiap  titik  dengan menggunakan  program  REFPROP (REFerence  fluid PROPerties). Program ini digunakan untuk menghitung sifat  termodinamika  dan  transport  dari  suatu  fluida  dan campurannya [7].
Pengolahan  data  dilakukan  untuk  menentukan kinerja dari komponen mesin refrigerasi dan nilai COP.
Gambar 4. Instalasi alat pengujian

## III. HASIL DAN P EMBAHASAN
Pengujian  pada  mesin  refrigerasi  telah  dilakukan dengan pengukuran temperatur dan tekanan dengan R-12 dan  R-134a  sebagai  fluida  kerja.  Data  hasil  pengujian ditampilkan dalam tabel 1 dan tabel 2.
Waktu (s) q e (kJ/kg) q w (kJ/kg) q c (kJ/kg) COP 30 95.4 21.5 117.5 4.4 60 96.5 21.6 119.6 4.5 90 97.9 21.7 121 4.5 120 99.4 21.7 121.7 4.6 150 99.4 21.7 121.7 4.6 180 100.5 21.8 122.3 4.6 210 100.5 21.8 122.3 4.6 240 100.5 21.8 122.3 4.6 270 100.5 21.8 122.3 4.6 300 100.5 21.8 122.3 4.6 Tabel 1. Kinerja evaporator, kompresor, kondensor dan COP menggunakan R-12
Waktu (s) q e (kJ/kg) q w (kJ/kg) q c (kJ/kg) COP 30 138.8 31.4 169.9 4.4 60 141.8 30.4 169.6 4.7 90 143.5 30.4 173.1 4.7 120 143.4 30.2 173.6 4.7 150 143.4 30.2 173.6 4.7 180 144.5 29.4 173.9 4.9 210 144.5 29.4 173.9 4.9 240 144.5 29.4 173.9 4.9 270 144.5 29.4 173.9 4.9 300 144.5 29.4 173.9 4.9
Tabel 2. Kinerja evaporator, kompresor, kondensor dan
COP menggunakan R-134a
Gambar 5. Kinerja kompresor selama 300 menit
Kinerja kompresor pada mesin refrigerasi merupakan  selisih  entalpi  yang  dapat  diketahui  dari temperatur dan tekanan yang diukur pada kondisi masuk dan keluar kompresor.  Bila suatu gas dikompresi berarti ada energi mekanik dari luar yang diberikan kepada gas. Energi  tersebut  diubah  menjadi  energi  panas  sehingga temperatur gas akan naik jika tekanan semakin tinggi [4]. Pada gambar 5, nilai kalor (q w ) untuk R-134a lebih tinggi dibanding  nilai  kalor  (q w )  untuk  R-12.  Hal  tersebut menunjukkan  bahwa  Refrigeran  R-134a  lebih  baik  dari R-12.
Gambar 6. Kinerja evaporator selama 300 menit
Kinerja  evaporator  pada  mesin  refrigerasi  dapat diketahui  dengan  menentukan  selisih  dari  entalpi  pada
kondisi masuk kompresor dan masuk evaporator. Seperti yang  ditunjukkan  pada  gambar  6,  nilai  qe  untuk  R134a lebih  tinggi  dibanding  R12.  Hal  tersebut  menunjukkan R134a memiliki nilai kalor yang lebih baik dibanding R- 12.

## Gambar 7. COP selama 300 menit
Pada gambar 7 ditunjukkan nilai COP untuk R-134a dan R-12 mengalami kenaikan selama 300 menit. Nilai COP pada R-134a lebih tinggi dibanding COP pada R-12. Hal ini  menunjukkan  bahwa  R-134a  mengkonsumsi  energi yang  rendah  dibanding  penggunaan  R-12  untuk penyerapan  daya  pendinginan  ruang  yang  sama  untuk didinginkan.  Penggantian  refrigeran  pada  sistem pendingin dengan instalasi yang sama dapat memberikan hasil  performansi  yang  berbeda,  hal  ini  disebabkan karena  perbedaan  masa  jenis  refrigeran  sehingga  laju aliran massa refrigeran juga berbeda.

## IV. PENUTUP

## Kesimpulan
Penggunaan  refrigeran  yang  berbeda  pada  suatu  mesin refrigerasi  menunjukkan  bahwa  refrigeran  R-134a  lebih baik  dibanding  R-12.  Hal  ini  dapat  dilihat  setelah  300 menit  untuk  R-134a,  kinerja  kompresor  29.4  kJ/kg, kinerja evaporator 144.5 kJ/kg, COP 4.9 sedangkan untuk R-12,  kinerja  kompresor  21.8  kJ/kg,  kinerja  evaporator 12.3 kJ/kg, COP 4.6.

## Saran
Diharapkan penelitian ini dapat memperlihatkan instalasi pengujian sebagai media pembelajaran dalam menerapkan prinsip kerja mesin refrigerasi.
Nomenklatur q e = Kinerja Evaporator [kJ/kg] q w = Kinerja Kompresor [kJ/kg] q c = Kinerja Kondensor [kJ/kg] h 1 = Entalpi pada titik 1 (masuk kompresor) [kJ/kg] h 2 = Entalpi pada titik 2 (masuk kondensor) [kJ/kg] h 3 = Entalpi  pada  titik  3  (masuk  katup  ekspansi) [kJ/kg]
h 4 = Entalpi pada titik 4 (masuk evaporator) [kJ/kg
20 40 q w (k J /k g ) Waktu (s) Kinerja Kompresor R-12 R-134a 4.0 5.0 CO P Waktu (s) COP R-12 R-134a 90 190 q e (k J /k g ) Waktu (s)

## Kinerja Evaporator
R-12 R-134a

## V. DAFTAR PUSTAKA
[1]  Alfons  E.P.,  dkk ., Analisis  Pengaruh  Variasi Massa  LPG    sebagai  Refrigeran  terhadap Prestasi Kerja dari Lemari Es . Jurnal ROTOR, Volume 6 Nomor 1, Januari 2013.pp.1.
[2]  Cengel.  Yunus  A  and  Michael  A  Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach 5th edition .: McGraw-Hill, 2006.
[3]  Stoecker.WJ, Refrigeran
dan
PengkondisianUdara .  Edisi  kedua,  Erlangga, Jakarta,1992.
[4]  Lothar  P, Freezer  dengan  Daya  1/6  PK  dan Panjang  Pipa  Kapiler  150  cm ,  Jurusan  Teknik Mesin
Universitas Sanata Darma,Yogyakarta,2015.pp.71.
[5]  M.Rizal, dkk, Pengaruh Variasi Beban
Pendinginterhadap
Prestasi Kerja Mesin Pendingin  dengan  Refrigeran  R12  dan  LPG , Jurnal  ROTOR  Volume  6  No.1,  Januari 2013.pp.2.
[6]  Sularso, Pompa  dan  Kompresor  ,PT.Pradnys Paramita . Jakarta, 2006.
[7]  Eric  W.  Lemmon,  dkk, NIST  Reference  Fluid Thermodynamic  and  Transport  Properties— REFPRO. U.S.  Department  of  Commerce,
Maryland, 2010.