## ANALISIS PENGARUH VARIASI MASSA LPG  SEBAGAI REFRIGERAN TERHADAP PRESTASI KERJA DARI LEMARI ES
Alfons Erick Perkasa 1, Nasrul Ilminnafik 2 , Digdo Listyadi 3
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Jember
Jln. Kalimantan 37, Jember 68121 E-mail: nasrul.unej@gmail.com

## ABSTRACT
Refrigerant is a fluid acting on a cooling machine that plays an important role in a carnot cycle cooling engine.  In  study  was  done  by  looking  at  the  effect  of  adding  refrigerant  mass  variation  of  the  COP (Coefficient  of  Performance)  by  using  a  refrigerant-based  non-Freon  refrigerant  that  use  LPG (Petrileum  Liquefied  Gas).  In  this  study  using  the  LPG  mass  variations  50  grams,  80  grams  and  90 grams and use R-12 refrigerant. From the research conducted, the results obtained from the performance engine cooling using refrigerant 80 grams times higher than that using the mass 50 grams and 90 grams, the highest coefficient of performance that is equal to 6,30 The result of research conducted, the result that  the  COP  of  the  vapor  compression  machine  (fridge)  with  a  variation  of  the  mass  is  the  mass composition 80 grams is best used to obtain the greatest COP.
Keyword :carnot’s siklus, COP (Coefficient of Performance), LPG(Liquefied Petrileum Gas),

## PENDAHULUAN
Refrigerasi
menjadi suatu kebutuhan kehidupan  terutama  bagi  masyarakat  perkotaan. Refrigerasi  dapat  berupa  lemari  es  pada  rumah  tangga, mesin pembeku (freezer), pendingin sayuran dan buah- buahan  pada  supermarket  dan  sebagainya.  Mesin refrigerasi  kulkas  ini  perkembangan  sangat  pesat  yang didalamnya  terjadi  pergeseran  pasar  yang  berkaitan dengan penerapan baru untuk mendukung kestabilannya.  Tantangan  keteknikan  bagi  para  ahli teknik  secara  individu  yaitu  langkah  mendesain membaharui  serta  menginovasi  untuk  meningkatkan efisiensi mesin refrigerasi tersebut.[1]
Refrigeran    merupakan  fluida  kerja  yang bersirkulasi  dalam  siklus  refrigerasi.  Refrigeran  adalah fliuida  kerja  yang  bersirkulasi  dalam  siklus  refrigerasi karena dialah yang menggunakan efek pendinginan dan pemanasan  pada  mesin  refrigerasi.   Namun  pada dasarnya  refrigerasi  merupakan  salah  satu  penyebab timbulnya  masalah  kontemporer  terhadap  adanya pemanasan  global (global  warning) [2]. 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).[3]
Terdapat  tiga  hal  yang  mempengaruhi perkembangan  mesin  refrigerasi  saat  ini,  yakni:  (1) Penghematan  energi,  (2)  Tuntutan  refrigerant  non- ODS,  dan  (3)  Tuntutan  refrigerant  non-GWP.  Perlu diketahui  bahwa  efek  GWP  dan  ODS  pada  zat refrigeran  hanya  terjadi  bila  zat  tersebut  terlepas  ke atmosfer  yang  disebabkan  kebocoran  pada  mesin refrigerasi ataupun penggantian dan recycling refrigerant.[4]    Di  luar  sistem  refrigerasi,  CFC  juga digunakan  dalam  berbagai  aplikasi  lain  seperti  zat pendorong  (propellant),  aerosol,  zat  pengembang, dll.[5]    Guna  menjawab  tiga  kebutuhan  terkait dengan  perkembangan  teknologi  refrigerasi  di  atas, ilmuwan  dan  teknologi  melakukan  berbagai  inovasi yang  pada  umumnya  terkategorikan  dalam  tiga  hal: (1)  Perbaikan  prestasi  dan  karakteristik  mesin refrigerasi  yang  telah  eksis,  (2)  Penelitian  guna menghasilkan  refrigeran   non-ODS  dan  non-dan non-GWP,  dan  (3)  Pencarian  teknologi  refrigerasi alternatif..[6]
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mencoba memberikan  solusi  dengan  mengangkat  suatu percobaan  pengembangan  mesin  refrigerasi  dengan menggunakan  LPG  sebagai  refrigeran  pada  sistem refrigerasi  tersebut.diharapkan  penelitian  ini  dapat meningkatkan  prestasi  kerja  mesin  LPG  dapat menghasilkan  refrigeran non-ODS  dan non- GWP,dan dapat mengembangkan perbaikan koefisien  prestasi  dan  penghematan  energi  dengan
komposisi  LPG  yang  berbeda  sesuai  dengan  standar produk yang ada dalam pasar di Indonesia.[7]

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  secara  eksperimen  pada  system refigerasi  berupa    kulkas  satu  pintu.  Bahan  yang digunakan pada penelitian ini adalah refrigeran R12 dan LPG produk PT Pertamina Indonesia. Untuk mengukur temperatur  digunakan  termokopel  dan thermometer reader ,  dan  untuk  mengukur  tekanan  digunakan pressure  gauge. Rangkaian  sistem  pendingin  di  dalam kulkas ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1.   Skema alat uji rangkaian
Keterangan gambar:
P 1 : Tekanan masukan kompresor (bar)
P 4 : Tekanan masukan kompresor (bar) T 1 : Suhu masukan kompresor ( o C)
T 2 : Suhu keluaran kompresor ( o C)
T 3 : Suhu masukan evaporator ( o C)
T 4 : Suhu keluaran evaporator ( o C) T 5 : Suhu ruangan kulkas ( o C)
Penelitian  dilakukan  dengan  variabel  bebas  berupa massa  refrigeran  dimana  variasi  massa  LPG  adalah  50 gram, 80gram dan 90 gram dalam keadaan sistem yang sama.  Adapun  massa  refrigerant  R12  yang  digunakan adalah 80 gram. Variabel terikat yang digunakan adalah tekanan  dan  temperatur  pada  beberapa  posisi. Penempatan    alat  ukur  ditunjukkan  pada  Gambar  2. Berdasarkan  data-data  hasil  pengujian  pada  refrigeran dilakukan  perhitungan  untuk  mendapatkan  kerja kompresi,  dampak  refrigerasi,  kapasitas  refrigerasi  dan koefisien  prestasi  mesin  pada  sistem  untuk  setiap variasi massa LPG yang digunakan.

## HASIL PENELITIAN
Hasil  pengujian  pada  beberapa  variasi refrigeran  diperoleh  data  berupa  data  temperatur pada variasi massa 50 gram, 80 gram dan 90 gram. seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Data
temperature refrigeran pada beberapa titik pada beberapa  variasi  massa  refrigerant  ditunjukkan pada Gambar 2.
Tabel 1. Hasil Tekanan  Refrigeran

## Tabel 2. Hasil Temperatur Refrigeran LPG
WAKTU (menit) TEMPERATUR ( o C) T1 T2 T3 LPG (gram) LPG (gram) LPG (gram) 50 80 90 50 80 90 50 80 10 0
5 27 30 28 43 46 52 32 33 32 10 28 30 28 45 50 54 32 32 32 15 28 30 28 58 58 58 33 32 33 30 28 31 30 59 58 59 32 32 32 120 30 31 30 59 60 62 34 32 32 Tabel 2. (lanjutan) WAKTU
(menit) TEMPERATUR ( o C) T4 T5 LPG (gram) LPG (gram) 50 80 90 50 80 90 5 21 19 21 28 27 27 10 16 12 18 26 25 25 15 10 9 13 25 23 23 30 6 -1 8 15 5 19
120 2 - 13 -4 10 4 13
Dari  data  hasil  pengujian  ini  kemudian  dilakukan perhitungan  untuk  mendapatkan  kerja  kompresi, dampak  refrigerasi,  kapasitas  refrigerasi,  dan koefisien refrigerasi dari sistem refirigerasi. Hasilnya  ditampilkan  pada  grafik  dan  dilakukan analisa dan pembahasan.
WAKTU (MENIT) TEKANAN (Bar) P1 P2 P1 P2 LPG (gram/s) R-12 (gram/s) 50 80 90 50 80  90 80 80 5 0 0 0 8 9 9 0 9 10 0 0 0 9 10  10 0 10 15 0 0 0,1  9,5  10  11  0,1 11 30 0 0 0,1 10 10  11  0,1 11 120 0 0 0 11 11  11 0 12

## PEMBAHASAN
Dari penelitian yang diperoleh pada pengisian R- 12  sebanyak  80  gram  diperoleh  hasil  suhu  pada pendingin (suhu evaporator) yaitu suhu pendingin akan bertambah  rendah  terhadap  selang  waktu  seperti  yang ditunjukan  pada  Gambar  3.  suhu  pada  pendingin tersebut  mengalami  penurunun  yang  signifikan  setelah menit  ke  15  sampai  dengan  menit  ke  30  dan  selang waktu  antara  menit  30  ke  menit  ke  120.  Besar temperatur antara selang waktu pada menit ke 30 yaitu 4 o C ke menit 120 mencapai -10 o C.
Dari  penelitian  yang  diperoleh  pada  pengisian R-LPG  sebanyak  50,  80  dan  90  gram  diperoleh  hasil suhu  pada  pendingin  (temperatur frezeer ) yaitu  suhu pendingin  akan  bertambah  rendah  terhadap  selang waktu [ 9 ] seperti yang ditunjukan pada Gambar 2. Pada Gambar  3  menunjukan  bahwa  refrigeran  LPG  dengan massa  80gram  mampu  menurunkan  suhu  lebih  rendah dari  pada  pengisian  50  maupun  90  gram.  Pada pengisian  80gram  LPG  pada  menit  ke  120,suhu pendinginan  mencapai  -13 o C  dari  pada  pengisian  pada massa  50  gram  dan  90  gram  yang  hanya  mampu menurunkan suhu pendinginan sebesar 2 o C dan -4 o C.
Gambar 3. Hasil Suhu Evaporator T 4 terhadap Perubahan Waktu
Dari  nilai  entapi  dapat  diperoleh  dampak refrigerasi,kerja kompresi dan koefiesien prestasi mesin kompresi dengan rumus : Dampak Refrigerasi : qe = h 1 –  h 4 ;Kerja  kompresi  :  W  =  h 2 –  h 1 ;  Kapasitas Refrigerasi: q= qex m ;Koefisien prestasi : COP = qe/W Dari  hasil  perhitungan  terhadap  refrigeran  yang menggunakan LPG dengan variasi massa yang berbeda dan  dari  grafik  yang  diperoleh  disimpulkan  bahwa dampak  refrigerasi  pada  tiap  aliran  massa  berbeda. Dampak refrigerasi yang tertinggi pada refrigeran yang menggunakan  LPG  ini  adalah  pada  pengisian  yang menggunakan  massa  sebesar  80  gram  ditunjukan  pada Gambar 4.
Gambar 4  Dampak Refrigerasi terhadap waktu
Dari  hasil  perhitungan  terhadap  refrigeran yang menggunakan LPG dengan variasi massa yang berbeda dan dari grafik yang diperoleh disimpulkan bahwa  dampak  refrigerasi  pada  tiap  aliran  massa berbeda.  Dampak  refrigerasi  yang  tertinggi  pada refrigeran  yang  menggunakan  LPG  ini  adalah  pada pengisian  yang  menggunakan  massa  sebesar  80 gram ditunjukan pada Gambar 4.
Gambar 5  Dampak Refrigerasi terhadap temperatur Evaporator
Pada  massa  tersebut  refrigeran  mampu menurunkan  suhu  evaporator  lebih  dingin  yaitu sebesar -13 o C dan  mampu  mengevaporasi uap  yang mampu ke evaporator dengan suhu yang lebih tinggi yaitu sebesar 31 o C dari posisi dengan variasi  massa yang  lain.  Dampak  refrigerasi  tertinggi  pada  menit ke 5 yaitu sebesar 304.7 Joule pada pengisian massa refrigeran  sebanyak  80  gram  dibandingkan  dampak refrigerasi  pada  pengisian  massa  sebesar  50  dan  90 gram  yang  besarnya  302.7  Joule  dan  278.3  Joule. Jumlah  dampak  refrigerasi  pada  tiap  aliran  massa akan  konstan  atau  tidak  akan  berubah  bertambah besar  secara  signifikan  karena  kondisi  sistem  sudah pada kondisi steady sepanjang aliran.[10]
Pada  Gambar  5  terlihat  pada  menit  ke  15 sampai  menit  ke  120  sistem  menunjukan  tren konstan  sepanjang  aliran  dan  pada  Gambar  4  juga demikian,  suhu  evaporotar  yang  mulai  rendah  dan mulai  stabil  pada  suhu  evaporator  dibawah  10 o C menunjukan tren konstan sepanjang aliran.
Gambar  6   Kerja kompresi terhadap temperatur evaporator
Dari  grafik  mengenai  kerja  kompresi  sistem yang  diperoleh  bahwa  kondisi  pada  variasi  massa refrigeran sebesar 90 gram sedikit lebih besar dari pada variasi  massa  50  gram,80  gram  serta  R-12  80  gram seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Hal ini berarti kondisi  kerja  kompresi  pada  refrigeran  LPG  yang menggunakan massa 90 gram lebih mampu mengkompresi  sampai  suhu  lebih  tinggi  dari  pada variasi  massa  yang  lain,yaitu  besar  keluar  suhu  di  T 1 yang  tertinggi  sebesar  62 o C  dengan  suhu  kondensasi yang  stabil  sebesar  32 o C  sama  seperti  variasi  massa yang  lain.  Kerja  kompresi  variasi  massa  50  gram  LPG besarnya  41,95  Joule  lebih  besar  dari  LPG  80  gram yang  nilainya  41,12  Joule.  Sedangkan  R-12  dengan massa  80  gram  memiliki  kerja  kompresi  yang  paling rendah  dibandingkan  dengan  refrigeran  LPG  yang nilainya 17.35 Joule. Jumlah Kerja kompresi ini setelah menit  ke  120  tidak  akan  berubah  bertambah  besar maupun  bertambah  kecil  secara  signifikan  karena kondisi  sistem  sudah  pada  kondisi steady sepanjang aliran.[11]
Gambar 7 Kapasitas Refrigerasi terhadap temperatur Evapotator Dari  hasil  kapasitas  refrigeran  pada  Gambar  6 dapat  terlihat  bahwa  kapasitas  refrigeran  menunjukan tren  stabil  terhadap  perubahan  suhu  evaporator.  Pada pengisian  refrigeran  LPG  massa  90  gram  mempunyai
kapasitas  yang  lebih  tinggi  dari  variasi  laju  aliran massa  yang  lain.  Pada  variasi  massa  90  gram kapasitas  refrigerasinya  mencapai  25.04  kW  pada suhu evaporator -4 o C. Pada variasi laju aliran massa 80  gram/detik  sedikit  lebih  rendah  dari  kapasitas refrigerasi yang menggunakan massa 90  gram yaitu kapasitasnya  bernilai  24.37  kW  pada  suhu  -13 o C. Kapasitas  refrigerasi  yang  paling  rendah  adalah refrigeran  R-12  dengan  variasi  laju  aliran  80 gram/detik.  Besar  nilai  kapasitas  refrigerasi  yang tertinggi  nilainya  10.61  kW  pada  suhu  evaporator  - 12 o C. [ 12 ]
Dari hasil koefisien prestasi yang diperoleh bahwa pada kondisi awal setelah pengisian koefisien prestasi berubah sepanjang perubahan suhu evaporator  setelah  sistem  terisi  refrigeran.  Pada Gambar  7  dapat  dilihat  bahwa  koefisien  prestasi mesin  tertinggi  pada  variasi  massa  80  gram  LPG yang  ditunjukan  oleh  kurva  berwarna  hijau. Koefisien  prestasi  pada  variasi  pada   80  gram mencapai  11.05  pada  suhu  evaporator  menit  ke  5. Koefisien  prestasi  ini  berbanding  terbalik  terhadap suhu  evaporator  dan  akan  turun  ketika  terjadi penurunan  suhu  evaporator  dan  pada  menit  ke  120 koefisiennya mencapai 6.30.
Gambar 7 Koefisieen Prestasi terhadap temperatur evapotator
Koefisien  prestasi  pada  variasi  massa  50 gram  ada  pada  posisi  ke  2  ditunjukkan  pada  kurva berwarna  ungu,dengan  koefisien  prestasi  suhu  awal evaporator sebesar 11.59 dan koefisien prestasi pada posisi  suhu  evaporator  akhir  sebesar  5,85.  Pada variasi massa 90 gram besar koefisien prestasi pada suhu  awal  evaporator  adalah  8.73  ditunjukan  oleh kurva berwarna merah. Koefisien koefisien prestrasi R-12 dengan variasi  massa 80 gram  yang besarnya 5,99  pada suhu awal evaporator dan 8,48 pada suhu -12 o C  pada  waktu  120  menit.  Perubahan menurunnya  koefisien  prestasi  ini  disebabkan  oleh kerja  kompresi  yang  mulai  bertambah  besar  dan dampak  refrigerasinya  yng  menurun.  Dalam  selang waktu 15 menit sampai 120 menit terjadi penurunan koefisien prestasi dari  masing-masing  variasi  massa
yang  tidak  terlalu  signifikan  dan  cenderung  stabil. Posisi koefisien sudah menununjukan kestabilan karena pada sistem sudah dalam kondisi yang steady. [ 13 ] Dari hasil  grafik  koefien  prestasi  mesin  kompresi  uap tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  refrigeran  yang menggunakan  LPG  dengan  variasi  massa  sebesar 80gram mempunyai koefisien prestasi terbesar daripada variasi  massa  yang  lain.  Dibandingkan  dengan Refrigeran  R-12  dengan  variasi  massa  yang  sama refrigeran  yang  menggunakan  LPG  koefisien  prestasi mesin  juga  lebih  baik  daripada  yang  menggunakan  R- 12.  Secara  keseluruhan  bahwa  pretasi  kerja  akan  stabil terhadap  selang  waktu  pada  posisi  tersebut  tidak  akan berubah  bertambah  besar  maupun  bertambah  kecil secara  signifikan  karena  kondisi  sistem  sudah  pada kondisi steady sepanjang aliran.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa  yang  telah dibahas  pada  bab  4  dapat  disimpulkan  beberapa  hal sebagai berikut :
1.    Penggunaan  LPG  sebagai  refrigeran  terbukti  dapat digunakan  sebagai  refrigeran  yang  aman  dan  dapat digunakan  sebagai  refrigeran  pada  mesin  pendingin kompresi uap.
2.  Refigeran  yang  menggunakan  LPG  lebih  mampu mendinginkan  evaporator  lebih  cepat  daripada menggunakan R-12 sebagai refrigeran.
3.  Dampak  refrigerasi  yang  menggunakan  refrigeran LPG  dengan  variasi  massa  sebesar  80  gram  adalah yang  tertinggi  yaitu  sbesar  259,3  Joule  daripada dampak  refrigerasi  variasi  massa  50  gram  dan  90 gram  yang  dampak  refrigerasinya  besarnya  249.81 Joule dan 245.4 Joule.
4.    Kerja  kompresi  yang  menggunakan  refrigeran  LPG dengan  variasi  massa  sebesar  90  gram  adalah  yang tertinggi  yaitu  sbesar  44,88  Joule  daripada  variasi massa 50 gram dan 80 gram yang kerja kompresinya 41,95 Joule dan 41,12 Joule.
5.  Prestasi  kerja  dari  mesin  pendingin yang menggunakan  masa  80gram  refrigeran  lebih  tinggi daripada  yang  menggunakan  massa  50  gram  dan 90gram,  koefisien  prestasi  yang  tertinggi  yaitu sebesar 6,30.

## SARAN
Dari hasil penelitian mengenai analisis pengaruh variasi massa  LPG  sebagai   refrigeran  terhadap  prestasi  kerja dari  mesin  pendingin  kompresi  uap,  maka  disarankan beberapa hal berikut :
1.  Hasil penelitian ini merupakan data pendukung yang dapat digunakan oleh pihak-pihak yang berkepentingan untuk optimasi pemilihan refrigeran serta  pemilihan  massa  refrigeran  yang  digunakan,
dimana  untuk  meningkatkan  besarnya  koefisien kerja mesin pendingin kompresi uap.
2.    Kajian  ini  masih  terbatas  pada  analisa menggunakan satu variasi yang dilakukan dalam variasi  massa  refigeran.  Oleh  karena  itu,  analisa dan  penelitian  lanjutan  yang  memvariasikan komponen  lain  dalam  suatu  mesin  pendingin kompresi uap dapat dilakukan untuk memperoleh  hasil  yang  lebih  baik  guna meningkatkan prestasi kerja mesin pendingin. taguna

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Aziz,  Azridjal.  Studi  Eksperimental  Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon Substitusi  R22  Pada  Kondisi  Transient.  Jurnal Teknik Mesin, Vol. 6 No. 2 Desember 2009.
[2]      Baolian  Niu  ,Yu  Feng  Zhang  (2007) Experimental;  study  of  the  refrigeration  cycle performance for the R744/R290 mixtures.
[3]  Bilal  A.  Akash  a,  Salem  A.  (2003)  Said Assessment of LPG as a possible alternative to R-12 in domestic refrigerators.
[4]  Heinz  Jürgensen,  Danfos  Compressors  GmbH 2009 Propane  as  R12  Replacement  in
Commercial Appliances Thermodynamic Comparison  of  R290  to  Other  Refrigerants, Flensburg
[5]  Ju Hyok Kima, Jin Min Chob, Min Soo Kimb,* 2008 Cooling performance of several CO2/propane  mixtures  and  glide  matching with secondary heat transfer fluid,
International journal of  r efrigeration, Digital Appliance Research Laboratory, LG Electronics  Inc.,  Seoul  153-802,  Republic  of Korea [6]    L.  Maclaine-cross,  E.  Leonardi  (1997)  Why Hydrocarbons Save Energy School of Mechanical  and  Manufacturing  Engineering The  University  of  New  South  Wales  Sydney NSW, Australia 2052
[7]  M.  Fatouh,  M.E.  Kafafy  (2006)   Applied Thermal Engineering- Experimental evaluation of a domestic refrigerator working with LPG .
[8]    Pramacakrayuda,  I  Gusti  Agung,  dkk. Analisis
Performansi Sistem Pendingin Ruangan Dikombinasikan  dengan  Water  Heater .  Jurnal
Ilmiah Teknik Mesin, Vol. 4 No.1. April 2010 (57-61).
[9]  Rasta, I made 2011 Kaji Eksperimental Aplikasi Katup  EPR  Terhadap  Temperatur  Mesin Refrigeran  Multievaporator.  Jurnal  Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bali
[10]  Salem  A.  Said Assessment  of  LPG  as  posible alternative  to  R-12  in  domestic  refrigerator 7 Februari 2002.
[11]  Silalahi,  Santi  Roselinda.  2006.  Analisis Eksergi  dan  Karakteristik  Termodinamik Sejumlah  Refrigeran  Pada  Sistem  Kompresi
Uap.  Skripsi.  Departemen  Teknik  Pertanian. Institut Pertanian Bogor.
[12]Stoecker,WJ.  1992. Refrigeran  dan  Pengkondisian Udara . Edisi kedua, Erlangga, Jakarta.
[13]  Suwono  ,Aryadi  2008  Experience  In  Conversion Of  Various  HFCF  22  Systems  To  Hydrocarbon.
Thermodynamics  Laboratory,  Division  of  Energy ConversionFaculty of
Mechanical and Aeronautical Engineering.