Pengembangan Teknologi Cold Storage Menggunakan Refrigeran R32 Dan Panel Surya Pada Kapal Kecil (5 GT) | Development of Cold Storage Technology Using R32 Refrigerant and Solar Panels on Small Vessels (5 GT)

R32 merupakan refrigeran sintetik dengan Ozone Depletion Potensial (ODP) sebesar 0 dan Global Warming Potensial (GWP) sebesar 675. Keunggulan R32 dibandingkan refrigeran yang saat ini digunakan untuk suhu -18 °C hingga -20 °C adalah ODP dan GWP rendah. Misalnya R22 memiliki ODP 0,06 dan GWP 1810, R502 memiliki ODP 0,23 dan GWP 4657, serta R404a memiliki ODP 0 dan GWP 3922. R32 mudah terbakar dengan batas mudah terbakar yang lebih rendah (LFL) sebesar 0,31 kg/m³ dan suhu penyalaan otomatis (AIT) sebesar 648 °C. Tujuan dari penelitian ini adalah: pertama melakukan studi simulasi dan eksperimen untuk menganalisis kinerja R32 pada unit cold storage 0,7 kW untuk diaplikasikan pada kapal kecil (5 GT) untuk penangkap ikan menggunakan sumber energi PLN dan photovoltaic, ke dua membandingkan performa kinerja R32, R134a dan R404a dan ke tiga adalah menyajikan kajian mengenai kinerja dan jejak karbon penerapan cold storage pada kapal kecil (5 GT) untuk nelayan tradisional, Tahapan penelitian meliputi simulasi menggunakan software POCI dan pembuatan prototipe yang ditempatkan di laboratorium pada kondisi ruangan sekitar ±30 °C dan kelembaban relatif (RH) 80%. Pengujian dilakukan hingga tercapai suhu optimal sesuai rancangan, yaitu -18,00°C. Hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan kesesuaian dengan membandingkan rasio kompresi dan suhu ruangan chamber. Rasio kompresi simulasi adalah 0,32 MPa: 2,02 MPa, dan rasio kompresi eksperimental adalah 0,28 MPa: 2,10 MPa. Suhu ruang ruang simulasi adalah -18 °C, sedangkan suhu ruang percobaan adalah -18,90 °C. Berdasarkan perbandingan data simulasi dan eksperimen diperoleh kesimpulan bahwa R32 dapat digunakan sebagai refrigeran cold storage pada suhu -18 °C hingga -20 °C dan cocok diterapkan pada sistem refrigerasi kapal kecil (5 GT) untuk penangkap ikan. Hasil pengujian eksperimen pada kondisi optimum R32, R134a dan R404a menunjukkan perbedaan yang signifikan dengan membandingkan parameter-parameter yaitu: masa refrigeran, rasio kompresi, waktu pencapaian suhu ruang chamber, konsumsi daya dan COP. Masa R32 optimum adalah 190 gram, masa R134a optimum adalah 344 gram dan masa R404a optimum adalah 775 gram. Rasio kompresi optimum R32 adalah 1: 9,09, rasio kompresi R134a adalah 1: 7,35 dan rasio kompresi optimum R404a adalah 1: 10,43. Waktu pencapaian suhu optimum R32 adalah 94,9 menit, waktu pencapaian suhu optimum R134a adalah 430 menit dan waktu pencapaian suhu optimum R404a adalah 172 Menit. Konsumsi daya R32 adalah 619 Watt/h, konsumsi daya R134a adalah 1.628 Watt/h dan konsumsi daya R404a adalah 776 Watt/h. COP R32 adalah 7,70, COP R134a adalah 7,29 dan COP R404a adalah 5,43. Suhu ruang chamber pengujian ke tiga refrigeran adalah -18 °C. Perbandingan data eksperimental R32, R134a dan R404a dapat disimpulkan bahwa R32 lebih unggul dibandingkan dengan R134a dan R404a untuk cold storage suhu rendah yaitu -18 °C sd – 20 °C. Berikutnya adalah hasil kajian jejak karbon. Pada penelitian ini menunjukkan bahwa R32 memiliki kapasitas pendinginan lebih tinggi dibandingkan R404a namun kontribusi CO2 R404a lebih tinggi dibandingkan R32.v Berdasarkan penelitian ini, R32 mempunyai potensi besar menggantikan R404a untuk aplikasi cold storage khususnya kapal kecil (5 GT) untuk nelayan tradisional. Kontribusi CO2 R32 lebih baik dibanding R404a. Berdasarkan evaluasi kondisi pada matriks studi, kontribusi CO2 tertinggi adalah 28458 kg CO2 selama 10 tahun beroperasi atau sekitar 2845,8 kg CO2 per tahun ketika suhu evaporasi -30 °C dan suhu kondensasi suhu 45 °C menggunakan refrigeran R404a. Ketika menggunakan refrigerant R32 pada suhu evaporasi dan suhu kondensasi yang sama menghasilkan CO2 sekitar 21280 kg CO2 selama 10 tahun atau 2128 kg CO2 per tahun. Penelitian menunjukkan penggunaan R32 akan mengurangi emisi CO2 sekitar 25%. Hasil pengujian pada kapal kecil (5 GT) untuk nelayan tradisional menunjukkan hasil yang baik. Pada pengujian ini dilakukan selama 24 jam. Sama halnya pengujian di laboratorium suhu ruangan chamber dapat mencapai -18 oC dengan kebutuhan daya untuk kompresor sebesar 0,776 kW dan total energi selama cold storage beroperasi sebesar 11,48 kWh. Pengujian cold storage di kapal saat beroperasi di laut. Pada suhu capaian pengujian cold storage pada kapal di laut mampu mencapai -18 °C. Cold storage membutuhkan waktu yang lebih lama yaitu sekitar 4,5 jam meskipun pengujian cold storage dilakukan pada malam hari sesuai kondisi aktual ketika nelayan pergi melaut. Hal ini dikarenakan beberapa hal diantaranya kelembaban udara yang terjadi pada kapal yang menjadi beban pendinginan lebih besar dan juga kemungkinan lainnya adalah jumlah masscharge yang dimasukan kedalam cold storage belum pada kondisi optimum. Daya yang diperlukan untuk cold storage beroperasi sekitar 0,75 kW dengan jumlah total energi yang dibutuhkan sebesar 2,8 kWh. Dari semua aspek yang sudah diteliti, dengan demikian R32 dapat direkomendasikan untuk digunakan pada cold storage kapal kecil (5 GT) untuk nelayan tradisional

R32 is a synthetic refrigerant with an Ozone Depletion Potential (ODP) of 0 and a Global Warming Potential (GWP) of 675. The advantage of R32 compared to refrigerants currently used for temperatures of -18 °C to -20 °C is its low ODP and GWP. For example, R22 has an ODP of 0.06 and a GWP of 1810, R502 has an ODP of 0.23 and a GWP of 4657, and R404a has an ODP of 0 and a GWP of 3922. R32 has a lower flammability limit (LFL) of 0.31 kg/m³ and an auto-ignition temperature (AIT) of 648 °C. The objectives of this study are: firstly, to conduct simulation and experimental studies to analyze the performance of R32 in a 0.7 kW cold storage unit for application on small vessels (5 GT) for fishermen using PLN and photovoltaic energy sources, secondly to compare the performance of R32, R134a, and R404a, and thirdly to present a study on the performance and carbon footprint of applying cold storage on small vessels (5 GT) for traditional fishermen. The research stages include simulation using POCI software and the creation of a prototype placed in the laboratory at ambient conditions of approximately 30 °C and relative humidity (RH) of 80%. Testing was conducted until the optimal temperature according to the design was reached, which is -18 °C. The simulation and experimental results show conformity by comparing the compression ratio and chamber room temperature. The simulation compression ratio is 0.32 MPa: 2.02 MPa and the experimental compression ratio is 0.28 MPa: 2.10 MPa. The simulated room temperature is -18 °C, while the experimental room temperature is -18.90 °C. Based on a simulation and experimental data comparison, it can be concluded that R32 can be used as a refrigerant for cold storage at temperatures of -18 °C to -20 °C. It is suitable for application in small vessel (5 GT) refrigeration systems for fishermen. The results of experimental tests on optimal conditions for R32, R134a, and R404a show significant differences when comparing parameters such as refrigerant mass, compression ratio, time to reach chamber room temperature, power consumption, and COP. The optimal R32 mass is 190 grams, the optimal R134a mass is 344 grams, and the optimal R404a mass is 775 grams. The optimal compression ratio of R32 is 1: 9.09, the compression ratio of R134a is 1: 7.35, and the optimal compression ratio of R404a is 1: 10.43. The time to reach the optimal temperature of R32 is 94.9 minutes, the time to reach the optimal temperature of R134a is 430 minutes, and the time to reach the optimal temperature of R404a is 172 minutes. The power consumption of R32 is 619 watts/h, the power consumption of R134a is 1,628 watts/h, and the power consumption of R404a is 776 watts/h. The COP of R32 is 7.70, the COP of R1334a is 7.29, and the COP of R404a is 5.43. The chamber room temperature of the third refrigerant test is -18 °C. A comparison of the experimental data of R32, R134a, and R404a, it can be concluded that R32 is superior to R134a and R404a for low-temperature cold storage at -18 °C to -20 °C. Next are the results of the carbon footprint study. This study shows that R32 has a higher cooling capacity than R404a, but the CO2 contribution of R404a is higher than R32. Based on this research, R32 has greatvii potential to replace R404a for cold storage applications, especially for small vessels (5 GT) for traditional fishermen. The CO2 contribution of R32 is better than R404a. Based on the evaluation of conditions in the study matrix, the highest CO2 contribution is 28458 kg CO2 over 10 years of operation or around 2845.8 kg CO2 per year when the evaporation temperature is -30 °C and the condensation temperature is 45 °C using R404a refrigerant. R32 refrigerant at the same evaporation and condensation temperatures produces approximately 21280 kg CO2 over 10 years or 2128 kg CO2 per year. Research shows that using R32 will reduce CO2 emissions by around 25%. The test results on small vessels (5 GT) for traditional fishermen show good results. In this test, it was conducted for 24 hours. Like the laboratory testing, the chamber room temperature can reach -18 °C with a power requirement for the compressor of 0.776 kW and a total energy consumption during cold storage operation of 11.48 kWh. Cold storage testing on the vessel while operating at sea. At the test achievement temperature, cold storage on the vessel at sea can reach -18 °C. Cold storage requires a longer time, around 4.5 hours, even though the cold storage test was conducted at night according to actual conditions when fishermen go to sea. This is due to several things, including the humidity in the air on the ship, which becomes a greater cooling load, and possibly the amount of mass charge that is input into the cold storage is not at the optimal condition. The power required for cold storage operation is around 0.75 kW, with a total energy requirement of 2.8 kWh. From all aspects that have been studied, therefore R32 can be recommended for use in small vessel (5 GT) cold storage for traditional fisherman.

KEDAIREKA