Senin, 30 Maret 2009

sistem refrigasi

REFRIGERAN DAN ASPEK LINGKUNGAN

Refrigeran kelompok halokarbon merupakan refrigeran sintetik karena tidak terdapat di alam secara langsung. Refrigeran ini mempunyai satu atau lebih atom dari golongan halogen; khlorin, fluorin dan bromin.Meskipun dari segi teknik refrigeran ini mempunyai sifat yang baik, seperti kestabilan yang tinggi, tidak mudah terbakar dan tidak beracun, refrigeran ini termasuk ODS. Jika gas CFC yang memiliki dua atom khlorin terlepas ke udara dan terkena sinar ultraviolet akan terurai. Atom khlorin (Cl) akan terlepas dan bereaksi dengan ozon (O3) mengambil satu atom oksigen dari ozon untuk membentuk khlorin monoksida dan oksigen. Khlorin monoksida akan bereaksi dengan atom oksigen lainnya membentuk molekul oksigen dan atom khlorin membentuk oksigen. Atom khlorin hanya beraksi sebagai katalis dalam reaksi. Oleh karena itu satu atom khlorin mampu terus menerus mengubah ozon menjadi oksigen melalui ribuan reaksi sejenis. Proses perusakan ozon ini ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.

1.png

Gambar 1 Proses penguraian CFC [1]

2.png

Gambar 2 Pemecahan ozon [1]

Dengan menipisnya lapisan ozon, lapisan pelindung yang terletak pada ketinggian sekitar 15-50 km di atas permukaan bumi, radiasi ultraviolet dari matahari akan langsung sampai ke bumi yang dapat menyebabkan gangguan kesehatan dan gangguan keseimbangan ekosistem. Ringkasan perbandingan dampak refrigeran terhadap lingkungan CFC-12, HCFC-22, HCFC-134a dan hidrokarbon ditunjukkan pada Tabel 1. Terlihat bahwa hidrokarbon adalah refrigeran yang ramah lingkungan, karena tidak merusak ozon (ODP nol) dan tidak menyebabkan pemanasan global (GWP diabaikan).

Tabel 1 Perbandingan dampak terhadap lingkungan [2]

Refrigeran Formula Usia aktif (tahun) ODP GWP
CFC-12 CCl2F2 120 1.0 4000
HCFC-22 CHClF2 13.3 0.055 1700
HFC-134a CH2FCF3 14.6 0 1300
Hidrokarbon CnHm <1 0 -

Kebijakan Internasional dan Nasional Mengenai Dampak Lingkungan Refrigeran

Kesadaran masyarakat internasional akan pentingnya menjaga lapisan ozon dituangkan ke dalam berbagai konvensi, antara lain:

  • Vienna Convention , 22 Maret 1985, Austria, tentang perlindungan ozon.

  • Montreal Protocol, September 16, 1987, Canada. Zat yang termasuk ODS menurut Montreal Protocol antara lain: CFC (R-11, R-12, R-13, R-111, R-112, R-113, R-114, R-115), HCFC (R-22, R-123, R-124, R-141, R-142), Halon (Halon-1211, Halon-1302, Halon-2402), dan lainnya (Carbon Tetrachloride, Methyl Chloroform, Methyl bromide).

  • London Amendement, 27-29 Juni 1990, tentang jadwal penghapusan produksi ODS.

  • Copenhagen Amendement, 23-25 November 1992, Denmark, tentang penjadwalan penghapusan HCFC.

Perhatian pemerintah Inddonesia dituangkan ke dalam berbagai peraturan baik berupa keputusan presiden maupun keputusan menteri antara lain :

  • Kep. Pres No:23 Tahun 1992, meratifikasi Konvensi Wina, Montreal Protocol dan Amendemen London.

  • Kep. Menperindag No: 110/MPP/Kep/1/1998, mengenai pelarangan memproduksi barang yang menggunakan ODS dan kewajiban barang baru menggunakan zat non ODS. Bahan ODS dan barang yang terbuat dari ODS hanya dapat diperdagangkan sampai 2005.

  • Kep. Menperindag No: 111/MPP/Kep/1/1998, mengenai pelarangan import ODS dan pembatasan import CFC-12 untuk keperluan purna jual sampai tahun 2003 sebanyak 700 ton melalui importir terdaftar.

  • Kep. Menperindag No: 410-411/MPP/Kep/9/1998

  • Kep. Menperindag No: 789-790/MPP/Kep/12/2002, mengenai perpanjangan izin import ODS oleh importir terdaftar sampai 31 Desember 2007.

KARAKTERISTIK TERMOFISIKA HIDROKARBON

Pemilihan hidrokarbon sebagai refrigeran alternatif ramah lingkungan pengganti CFC dan HCFC harus memperhatikan beberapa hal diantaranya titik didih pada tekanan normal , kapasitas volumetrik dan efisiensi energi. Titik didih harus diperhatikan untuk menjamin apakah tekanan operasi sama dengan CFC untuk menghindari keperluan penggantian peralatan tekanan tinggi seperti kompresor.

Salah satu refrigeran hidrokarbon yang digunakan sebagai contoh dalam makalah ini adalah MUSICOOL, yang diproduksi oleh Pertamina Unit pengolahan III Plaju. Sifat fisika refrigeran hidrokarbon MUSICOOL berdasarkan pengujian laboratorium Pertamina ditampilkan pada Tabel 2, yang menunjukkan bahwa hidrokarbon MUSICOOL (MC) mampu menggantikan refrigeran sintetik (CFC, HCFC, HFC) secara langsung tanpa penggantian komponen sistem refrigerasi. MC-12 menggantikan R-12, MC-22 menggantikan R-22 dan MC-134 menggantikan R-134a. Sifat fisika dan termodinamik hidrokarbon MUSICOOL memberikan kinerja sistem refrigerasi yang lebih baik, keawetan umur kompresor, dan hemat energi. Beberapa parameter perbandingan kinerja MUSICOOL terhadap refrigeran sintetik pada system refrigerasi dengan beban 1 TR pada suhu kondensasi 100 oF dan suhu evaporator 40 oF. ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 2 Sifat Fisika dan Thermodinamika

No Parameter R-12 MC-12 R-22 MC-22 R-134a MC-134
1. Normal boiling point, °C -29.75 -32,90 -40.80 -42,05 -26.07 -33,98
2. Temperatur kritis, °C 111,97 115,5 96 96,77 101,06 113,8
3. Tekanan Kritis, psia 599,9 588,6 723,7 616,0 588,7 591,8
4. Panas jenis cairan jenuh pada 37,8° C, Kj /Kgk 1,026 2,701 1.325 2,909 1,486 2,717
5. Panas jenis uap jenuh pada 37,8 ° C, Kj/ Kgk 0.7493 2,003 0,9736 2,238 1,126 2,014
6. Tekanan cairan jenuh pada 37,8 °C, psia 131,7 134,4 210,7 188,3 138,9 139,4
7. Kerapatan cairan jenuh pada 37,8°C, ( kg/m³ ) 1263 503,5 1138 471,3 1156 500,6
8. Kerapatan uap jenuh pada 37,8°C ( kg/m³ ) 51,46 17,12 62,46 28,53 47,05 17,76
9. Kerapatan uap jenuh pada NBP, kg/m³ 6,29 1,642 4,705 2,412 5,259 1,642
10. Konduktivitas Termal cairan jenuh 37,8°C,w/mk 0,0628 0.0898 0.0778 0.0868 0.0756 0.0896
11. Konduktivitas Termal uap jenuh 37,8°C,w/m k 0.0112 0.0194 0.0128 0.0211 0.0195 0.01955
12. Viskositas cairan jenuh pada 37,8°C, uPa-s 166,5 103,6 143,1 84,58 102,5 101,6
13. Viskositas uap jenuh pada 37,8°C, uPa-s 12,37 7,997 13,39 9,263 8,064 8,044

Tabel 3 Perbandingan kinerja MUSICOOL dengan refrigeran sintetik

No. Parameter R-12 MC-12 R-22 MC-22 R-134a MC-134
1 Rasio Tekanan Kompresi 3.1 3.1 3.0 2.8 3.4 3.1
2 Efek Refrigerasi, Kj/Kg 1.25 314 168 299 159 314
3 Aliran gas, Cfm/Ton 8.21 3.28 6.12 3.44 6.49 3.28
4 Koefisien Performance, COP 3.35 3.39 3.20 3.26 3.31 3.38
5 Temperatur glide, K - 7,8 - 0.1 - 7.7

Pemakaian hidrokarbon lebih efisien dibandingkan dengan refrigeran sintetik, yang ini ditunjukan oleh COP (Coefficient of Performance) yang lebih besar. Hal ini disebabkan sbb:

  • Rasio tekanan (perbandingan tekanan dorong dengan tekanan hisap kompresor) yang lebih kecil dari rasio tekanan refrigeran sintetik. Karakteristik ini dapat dilihat pada Gambar 4 dan 5. Hal ini mengakibatkan kecilnya kerja kompresor yang diperlukan sehingga menghemat konsumsi energi, yang ditunjukkan dengan penurunan arus listrik 10-20%. Oleh karena itu arus listrik name plate tidak bisa dijadikan patokan ketika melakukan retrofit dengan hidrokarbon.

  • Kalor laten dan efek refrigerasi yang lebih besar dari refrigeran sintetik. Karakteristik ini mengakibatkan kapasitas pendinginan dan cooling rate yang lebih besar dari kapasitas pendinginan dan cooling rate dengan refrigeran sintetik. Perbandingan kalor laten dan efek refrigerasi antara freon dan hidrokarbon dapat dilihat pada Gambar 6 dengan 7 dan Gambar 8 dengan 9.

  • Kerapatan (density) hidrokarbon yang lebih kecil dari kerapatan refrigeran sintetik. Hal ini mengakibatkan jumlah pemakaian hidrokarbon lebih sedikit, sekitar 30% dari berat penggunaan refrigeran sintetik untuk volume yang sama.

  • Viskositas yang lebih kecil dari refrigeran sintetik. Hal ini mengakibatkan kecilnya rugi-rugi tekanan sepanjang sistem refrigerasi yang meringankan beban kompresor dan mengawetkan sistem refrigerasi.

3.png

Gambar 3 Grafik Tekanan vs Temperatur R-12 dan MC-12

4.png

Gambar 4 Grafik Tekanan vs Temperatur R-134 dan MC-134

5.png

Gambar 5 Grafik Tekanan vs Temperatur R-22 dan MC-12

6.png

Gambar 6 Grafik Entalphi MC-12

7.png

Gambar 7 Grafik Entalphi MC-12

8.png

Gambar 8 Grafik Entalphi R-22

9.png

Gambar 9 Grafik Entalphi MC-22

Sifat Zeotropik dan Azeotropik Hidrokarbon

Refrigeran hidrokarbon dapat berupa zat tunggal (misal MC-22 yang merupakan propana) atau campuran (misal MC-12 dan MC-134 yang merupakan campuran dari propana, isobutana dan n-butana).

Refrigeran hidrokarbon campuran bersifat zeotrop, berperilaku sangat berbeda dibanding dengan zat tunggal atau campuran azeotropik. Campuran ini tidak menguap dan mengembun pada suatu temperatur tetap, tetapi pada kisaran tertentu yang sering di sebut dengan glide. Refrigeran ini tepat berada pada titik didih (buble temperature) saat campuran tepat seluruhnya mencapai keadaan cair yaitu tepat pada akhir proses pengembunan. Refrigeran ini tepat berada pada titik embun (dew temperature) saat campuran tepat seluruhnya mencapai keadaan uap yaitu pada akhir proses penguapan. Temperatur glide ini dapat dilihat pada Gambar 10.

Efek temperatur glide ini akan berpengaruh besar pada proses di dalam evaporator dan kondensor. Temperatur penguapan meningkat dengan semakin lanjutnya proses penguapan berlangsung, sedangkan di dalam kondensor temperatur pengembunan menurun bersamaan dengan berlangsungnya proses pengembunan. Perubahan temperatur pada tekanan tetap ini merugikan efek perpindahan kalor pada evaporator dan kondenser. Oleh karena itu standard maksimal glide temperature yang diijinkan untuk refrigeran adalah 12 K [3].

Dengan dasar itulah maka proses retrofit menggunakan refrigeran hidrokarbon campuran (MC -12 dan MC-134) dilakukan pada fasa cair untuk menjaga komposisi campuran dan menjaga agar glide temperatur tidak berlebih. Retrofit MC-22 bisa dilakukan pada fasa cair dan gas, karena merupakan zat tunggal.

10.png

Gambar 10 Efek glide pada sistem refrigerasi berrefrigeran zeotrop[4]

Flammability Hidrokarbon

Hidrokarbon dapat terbakar bila berada di dalam daerah segitiga api yaitu tersedianya : hidrokarbon, udara dan sumber api. Jika salah satu dari ketiga faktor tersebut tidak terpenuhi maka proses kebakaran tidak akan tejadi. Hal ini mengakibatkan tidak akan terjadi kebakaran di dalam sistem refrigerasi karena tidak adanya udara (tekanan sistem refrigerasi lebih tinggi dari tekanan atmosfer).

Hidrrokarbon termasuk kelompok refrigeran A3, yaitu refrigeran tidak beracun yang mempunyai batas nyala bawah (Low Flammability Limit/LFL) kurang daaaari 3,5%. Hidrokarbon dapat terbakar jika berada di antara ambang batas nyala 2-10% volume. Bila konsentrasi hidrokarbon di udara kurang dari 2% maka tidak cukup hidrokarbon untuk terjadinya pembakaran, demikian juga bila konsentrasinya di atas 10% karena oksigen tidak cukup untuk terjadinya pembakaran. Secara praktis batas nyala bawah sekitar 35 g/m3 bagi rata-rata refrigeran HC di udara [3].

Sifat flammable hidrokarbon dapat diantisipasi dengan memperhatikan prosedur dan standard kerja, di antaranya Standard Nasional Indonesia (SNI), standard Inggris BS : 4434 tahun 1995 standard Jerman DIN 7003, standard Australia AS 1596-1989 dan AS 1677.

MATERIAL KOMPATIBILITAS HIDROKARBON

Berdasarkan hasil analisa pengujian secara laboratorium dan aplikasi dilapangan, refrigeran hidrokarbon tidak merusak material sistem refrigerasi. Sifat hidrokarbon terhadap material diantaranya:

  • Tidak merusak semua jenis logam dan desikan yang dipakai sistem refrigerasi

  • Tidak merusak bahan elastomer yang biasa digunakan kecuali elastomer berbahan dasar karet alam dimana CFC, HCFC dan HFC juga dapat merusaknya.

  • Bisa menggunakan pelumas R-12, R-22 dan R-134a, hanya karena sifatnya yang dapat bercampur baik dengan pelumas maka disarankan menggunakan pelumas dengan indeks viskositas yang lebih tinggi.

Tabel 6 menunjukkan hasil tes laboratorium terhadap kandungan logam dan keasaman pada oli pada rentang waktu pemakaian yang sama. Hasil tes ini menunjukkan bahwa refrigeran hidrokarbon lebih kompatibel terhadap material komponen sistem refrigerasi. Sifat hidrokarbon ini mengawetkan komponen sistem refrigerasi.

Tabel 6 Hasil tes kandungan asam dan logam pada oli

No

Refrigeran/ Oli

Acidity

(ppm)

Fe

(ppm)

Cu

(ppm)

Al

(ppm)

1 CFC-12/ Oli Mineral (Patil, 1997)

85.34

<1 <1 <1
2 Hidrokarbon / Oli Mineral ( Patil, 1998 )

40.54

<1 <1 <1
3 HFC-134a / polyolester oil ( Patil, 1998 )

3890

60 3.25 8.7

Tidak ada komentar:

Posting Komentar