PEMODELAN DAN OPTIMASI REFRIGERATOR KOMPRESI UAP EVAPORATOR GANDA

MATHEUS M DWINANTO, Dr. Ir. Suhanan, DEA; Dr. Ir. Prajitno, MT

2018 | Disertasi | DOKTOR TEKNIK MESIN

Sistem refrigerasi kompresi uap evaporator ganda dapat diaplikasikan untuk pendinginan dan pembekuan ikan laut karena sistem ini memiliki keunggulan yaitu mudah dioperasikan, kinerja yang baik, dan dapat memenuhi kebutuhan kapasitas pendinginan yang relatif besar dengan ukuran sistem yang kecil. Tetapi dibalik keunggulannya, konsumsi energi sistem ini tinggi, oleh karena itu penghematan energi adalah tujuan utama dari optimasi sistem tersebut dan hal ini akan terus dilakukan secara berkelanjutan pada masa depan. Dalam sistem refrigerasi ini, optimasi dimensi kondensor dan kedua evaporator dilakukan dengan asumsi komponen-komponen tersebut terisolasi sedangkan optimasi sistem dilakukan untuk memprediksi kinerja sistem tersebut. Metode EGM (meminimalkan pembangkitan entropi) merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengoptimalkan komponen-komponen penukar kalor dan sistem refrigerasi. Metode ini telah diakui sebagai metode optimasi sistem atau komponen-komponen penukar kalor yang mengalami ketidaksempurnaan termodinamika akibat perpindahan kalor dan gesekan fluida. Dalam penelitian ini, metode EGM dan teknik optimasi multitujuan NSGA-II digunakan untuk mengoptimalkan dimensi komponen-komponen penukar kalor dan sistem refrigerasi. Hasil optimasi kinerja sistem selanjutnya divalidasi dengan menggunakan analisis kinerja aktual berdasarkan data-data eksperimen sehingga diperoleh besar galat (error) antara hasil pemodelan dan eksperimen. Hasil optimasi komponen-komponen penukar kalor menunjukkan bahwa kedua evaporator memiliki kinerja menengah sedangkan kondensor memiliki kinerja yang tinggi, dan pembangkitan entropi di komponen-komponen penukar kalor tersebut lebih dipengaruhi oleh perpindahan kalor daripada gesekan fluida (udara). Optimasi multitujuan pada sistem refrigerasi ini mengakibatkan angka pembangkitan entropi mengalami paradoks, yaitu meminimalkan pembangkitan entropi sistem tidak selalu mengarah pada efisiensi hukum kedua maksimum dan total masukan daya minimum, tetapi ada sebuah nilai total masukan daya sistem minimum dan efisiensi hukum kedua maksimum yang menandakan angka pembangkitan entropi sistem tersebut adalah minimum. Total masukan daya sistem rata-rata dari hasil eksperimen adalah 0,297 kW sedangkan nilai pemodelan adalah 0,281 kW dan hasil perbandingan antara kedua nilai tersebut memiliki RMSE 1,61%. Demikian pula dengan efisiensi hukum kedua sistem dari hasil eksperimen yang memiliki nilai rata-rata adalah 0,2849 sedangkan nilai pemodelan adalah 0,311 dan RMSE kedua nilai tersebut adalah 2,62%. Nilai-nilai tersebut menunjukkan galat yang cukup kecil karena lebih kecil dari 5% sehingga metode EGM dapat diterima sebagai metode optimasi sistem refrigerasi ini.

Dual-evaporator vapor compression refrigeration system can be applied for the cooling and freezing of marine fish because this system has the advantage of being easy to operate, good performance, and can meet the needs of relatively large cooling capacity with a small system size. But behind its superiority, the system energy consumption is high, therefore energy saving is the main goal of optimization and this will continue to be carried out continuously in the future. In this refrigeration system, the optimization of geometry dimensions of the condenser and the two-evaporators is carried out assuming the components are isolated while the system optimization is done to predict the performance of the system. The EGM method (entropy generation minimization) is one method that can be used to optimize heat exchangers and refrigeration systems. This method has been recognized as a method of optimization in systems and or heat exchangers that experience thermodynamic imperfections due to heat transfer and fluid friction. In this study, the EGM method and NSGA-II technique were used to optimize the size of heat exchangers and refrigeration system. System performance optimization results are then validated by using actual performance analysis based on experimental data so that errors can be obtained between modeling and experimental results. The optimization results of heat exchangers indicate that both evaporators have medium performance while the condenser has high performance, and entropy generation in those heat exchangers is more affected by heat transfer than fluid friction. Multi-objective optimization in this refrigeration system causes the entropy generation number to experience paradox, in which minimizing the entropy generation number does not always lead to maximum of the second law of efficiency and minimum of total power input, but there is a value of minimum of total power input and maximum of the second law of efficiency that indicates the entropy generation number of the system is minimum. The total system input power of the experimental results is 0.297 kW while the modeling value is 0.281 kW and the comparison results between the two values have RMSE 1.61%. Similarly with the second legal efficiency, the experimental results have an average value of 0.2849 while the modeling value is 0.311 and RMSE is 2.62%. These values indicate errors that are quite small because they are smaller than 5% so that the EGM method can be accepted as an optimization method of this refrigeration system.

Kata Kunci : Meminimalkan pembangkitan entropi, optimasi multitujuan, NSGA-II, sistem refrigerasi evaporator ganda