KARAKTERISTIK FREEZER DENGAN PENDINGINAN LANJUT DAN PEMANASAN LANJUT DENGAN DAYA KOMPRESOR 115 WATT, PANJANG PIPA KAPILER 160 CM SKRIPSI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

KARAKTERISTIK FREEZER DENGAN PENDINGINAN

LANJUT DAN PEMANASAN LANJUT DENGAN DAYA

KOMPRESOR 115 WATT, PANJANG PIPA KAPILER 160 CM

SKRIPSI

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Diajukan oleh

  

THOMAS DWI SANTOSO

NIM : 105214079

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2014

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

CHARACTERISTIC OF FREEZER WITH SUB-COOLING

AND SUPER HEATING USING A 115 WATT POWER

COMPRESSOR AND 160 CM LONG CAPILLARY PIPE

FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By

  

THOMAS DWI SANTOSO

Student Number : 105214079

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2014

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

Mesin pendingin khususnya freezer mempunyai fungsi yang sangat penting

  dalam memenuhi kebutuhan manusia pada jaman sekarang ini. Baik sebagai keperluan rumah tangga maupun industri. Freezer dapat berfungsi sebagai pengawet berbagai jenis bahan makanan seperti, daging, makanan kaleng, dan sebagainya. Tujuan penelitian ini adalah : (a) Membuat freezer dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dengan daya 1/6 HP, panjang pipa kapiler 160 cm. (b) Mengetahui karakteristik freezer dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut: (1) laju aliran kalor yang diserap evaporator (2) laju aliran kalor yang dilepas oleh kondensor (3) Kerja kompresor (4) COP aktual freezer (5) COP ideal freezer (6) efisiensi freezer (7) laju aliran massa refrigeran.

  Lokasi penelitian di laboratorium Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian adalah Freezer. Batasan batasan atau asumsi asumsi yang dilakukan di dalam penelitian adalah : (a) menggunakan kompresor dengan daya 115 watt (2) menggunakan evaporator standar yang dipergunakan pada freezer berdaya 115 watt (c) panjang pipa kapiler 160 cm (4) menggunakan kondensor standar yang dipergunakan pada freezer berdaya 115 watt. Variasi pada penelitian ini adalah beban pendinginan 0,25 liter, 0,5 liter dan 0,75 liter.

  Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) Energi kalor yang

  2

  diserap evaporator dinyatakan dengan persamaan Q = Q = -0,0001(t) + 0,125(t)

  in in

  • 164,0 (berlaku untuk t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (b) Energi kalor yang dilepas kondensor dinyatakan dengan persamaan

2 Q out = -0,0001(t) + 0,124(t) + 205,87 (berlaku untuk untuk t = 15 menit sampai t =

  480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (c) Kerja yang dilakukan kompresor

  2

  dinyatakan dengan persamaan W = 0,00002(t) - 0,001(t) + 41,85 (berlaku untuk

  in

  waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (d) Koefisien prestasi aktual freezer COP aktual dinyatakan dengan persamaan

2 COP aktual = -0,000005(t) + 0,003(t) + 3,927 (berlaku untuk waktu t = 15 menit

  sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (e) Koefisien prestasi ideal

  2

  • freezer COP dinyatakan dengan persamaan COP = -0,00000003(t)

  ideal ideal

  0,003(t) + 10,57 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (f) Laju aliran massa refrigeran dinyatakan dengan

  2

  persamaan m = 0,000000009(t) - 0,000008(t) + 0,011 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (g) Efisiensi

  2

  freezer dinyatakan dengan persamaan Efisiensi = -0,00004(t) + 0,043(t) + 37,35 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter).

  Kata kunci : Freezer, suhu evaporator, pipa kapiler, COP aktual .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan menyusun Skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib untuk menyelesaikan pendidikan dan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Adapun judul Skripsi ini adalah

  “ Karakteristik Freezer dengan Pendinginan Lanjut dan Pemanasan Lanjut dengan Daya Kompresor 115 watt, Panjang Pipa Kapiler 160 cm “.

  Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tidak akan terwujud tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, baik langsung maupun tidak langsung. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1.

  Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si,M.Sc, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Ir. P K. Purwadi, MT, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

  3. Seluruh dosen di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  4. Seluruh staf sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  5. Marjiono dan Theresia Sri Mardhiati, selaku orang tua yang senantiasa mendukung dan mendoakan dalam penyusunan Skripsi ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR ISI

  hal HALAMAN JUDUL ............... i TITLE PAGE

  ............... ii HALAMAN PERSETUJUAN ............... iii HALAMAN PENGESAHAN ............... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............... vi KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ABSTRAK

  ............... vii KATA PENGANTAR ............... viii DAFTAR ISI

  ............... x DAFTAR TABEL

  ................ xviii DAFTAR GAMBAR ................ xiv BAB I PENDAHULUAN ................

  1 1. ................

  1

  1 Latar Belakang 1.

  ................

  3

  2 Tujuan 1.

  ................

  4

  3 Batasan Masalah 1.

  ................

  4

  4 Manfaat BAB II DASAR TEORI DAN TUJUAN PUSTAKA ................

  6 2. ................

  6

  1 Dasar Teori 2. 1. 1 Freezer ................

  6 2. 1. 2 Siklus Kompresi Uap sebagai Dasar Kerja ................

  9

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Freezer 2. 1. 3 Evaporator ................

  11 2. 1. 4 Kompresor ................

  13 2. 1. 5 Kondensor ................

  15 2. 1. 6 Pipa Kapiler ................

  16 2. 1. 7 Thermostat ................

  17 2. 1. 8 Filter ................

  19 2. 1. 9 Perhitungan Karakteristik Freezer ................

  19 2. 2 Tinjauan Pustaka ................

  22 BAB III PEMBUATAN ALAT ................

  25 3. ................

  25

  1 Persiapan Pembuatan Freezer 3.

  ................

  25 1 .1 Persiapan Pembuatan Freezer

  3.

  29 1. 2 Peralatan Pendukung Pembuatan Freezer ................

  3.

  ................

  33 1 .3 Langkah – langkah Pembuatan Freezer BAB IV METODE PENELITIAN ................

  40 4. ................

  40

  1 Mesin yang Diteliti 4.

  ................

  41

  2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti 4.

  ................

  42

  3 Alat Bantu Penelitian 4.

  ................

  46

  4 Beban Pendinginan 4.

  ................

  47

  5 Variasi Penelitian 4.

  ................

  47

  6 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan

  4.

  3 Pembahasan ................

  85 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  84 DAFTAR PUSTAKA ................

  2 Saran ................

  82 6.

  1 Kesimpulan ................

  82 6.

  78 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ................

  56 5.

  7 Cara Mengolah Data ................

  2 Perhitungan ................

  50 5.

  1 Hasil Penelitian ................

  50 5.

  49 BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................

  8 Cara Mendapatkan Kesimpulan ................

  48 5.

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Lampiran 1 P

  LAMPIRAN ............. hal

  • – h diagram ............. ....

  • – h .........
  • – s .........

  11 Gambar 2. 9 Air cooled evaporator .........

  19 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  19 Gambar 2. 21 Filter .........

  18 Gambar 2. 20 Thermostat .........

  18 Gambar 2. 19 Thermostat dalam keadaan tersambung .........

  17 Gambar 2. 18 Thermostat dalam keadaan putus .........

  16 Gambar 2. 17 Pipa Kapiler .........

  16 Gambar 2. 16 Kondensor .........

  16 Gambar 2. 15 Water cooled condenser .........

  15 Gambar 2. 14 Air cooled condenser .........

  15 Gambar 2. 13 Kompresor jenis semi hermatik .........

  13 Gambar 2. 12 Kompresor jenis hermatik .........

  12 Gambar 2. 11 Standard evaporator .........

  12 Gambar 2. 10 Water cooled evaporator .........

  10 Gambar 2. 8 Evaporator mesin pendingin / freezer .........

  

DAFTAR GAMBAR

  9 Gambar 2. 7 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T

  9 Gambar 2. 6 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P

  8 Gambar 2. 5 Scraped Surface Freezer .........

  8 Gambar 2. 4 Belt Freezer .........

  7 Gambar 2. 3 Cold Storages .........

  7 Gambar 2. 2 Chest Freezer .........

  3 Gambar 2. 1 Freezer .........

  3 Gambar 1. 7 Mesin pendingin jenazah .........

  3 Gambar 1. 6 Kulkas .........

  2 Gambar 1. 5 Cold storages .........

  2 Gambar 1. 4 AC split .........

  2 Gambar 1. 3 AC window .........

  2 Gambar 1. 2 Air cooled chiller ........

  hal Gambar 1. 1 Water cooled chiller ........

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Gambar 3. 1 Kompresor .........

  33 Gambar 3. 15 Pembuatan rangka freezer .........

  41 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  40 Gambar 4. 2 Skematik mesin pendingin freezer .........

  39 Gambar 4. 1 Mesin yang diteliti (freezer) .........

  38 Gambar 3. 23 Proses pengisian refrigeran R134a .........

  38 Gambar 3. 22 Proses pemvakuman .........

  37 Gambar 3. 21 Pengisian metil .........

  37 Gambar 3. 20 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor .........

  36 Gambar 3. 19 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator .........

  35 Gambar 3. 18 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler .........

  35 Gambar 3. 17 Proses pengelasan kondensor dengan filter .........

  34 Gambar 3. 16 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor .........

  32 Gambar 3. 14 Sterofom .........

  25 Gambar 3. 2 Kondensor .........

  32 Gambar 3. 13 Plat Baja .........

  31 Gambar 3. 12 Pipa Tembaga .........

  31 Gambar 3. 11 Termostat .........

  30 Gambar 3. 10 Alat las dan bahan tambahan las (perak dan tembaga) .........

  30 Gambar 3. 9 Manifold gauge .........

  29 Gambar 3. 8 Pompa vakum .........

  29 Gambar 3. 7 Pemotong pipa .........

  28 Gambar 3. 6 Tabung berisi refrigeran R134a .........

  27 Gambar 3. 5 Evaporator .........

  27 Gambar 3. 4 Filter .........

  26 Gambar 3. 3 Pipa kapiler .........

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Gambar 4. 3 Skematik mesin pendingin freezer dengan .........

  42 posisi alat ukur tekanan Gambar 4. 4 Termokopel .........

  43 Gambar 4. 5 Termometer suhu .........

  43 Gambar 4. 6 Pengukur tekanan .........

  44 Gambar 4. 7 P .........

  44

  • – h diagram Gambar 4. 8 Gelas ukur .........

  45 Gambar 4. 9 Air ( beban pendinginan) .........

  45 Gambar 4. 10 Kabel roll .........

  46 Gambar 4. 11 Kondisi suhu awal beban pendinginan .........

  46 Gambar 5. 1 Laju aliran kalor yang diserap evaporator .........

  58 dengan beban pendinginan 0,25 liter Gambar 5. 2 Laju aliran kalor yang diserap evaporator .........

  59 dengan beban pendinginan 0,5 liter Gambar 5. 3 Laju aliran kalor yang diserap evaporator .........

  59 dengan beban pendinginan 0,75 liter Gambar 5. 4 Laju aliran kalor yang dilepas kondensor .........

  61 dengan beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 5 Laju aliran kalor yang dilepas kondensor .........

  62 dengan beban pendinginan 0,5 liter. Gambar 5. 6 Laju aliran kalor yang dilepas kondensor .........

  62 dengan beban pendinginan 0,75 liter. Gambar 5. 7 Kerja yang dilakukan kompresor dengan .........

  64 beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 8 Kerja yang dilakukan kompresor dengan .........

  65 beban pendinginan 0,5 liter Gambar 5. 9 Kerja yang dilakukan kompresor dengan .........

  65 beban pendinginan 0,75 liter. Gambar 5. 10 Koefisien prestasi aktual freezer dengan .........

  67 beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 11 Koefisien prestasi aktual freezer dengan .........

  68

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  beban pendinginan 0,5 liter. Gambar 5. 12 Koefisien prestasi aktual freezer dengan ......... .68 beban pendinginan 0,75 liter.

  Gambar 5. 13 Koefisien prestasi ideal freezer dengan .........

  70 beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 14 Koefisien prestasi ideal freezer dengan .........

  71 beban pendinginan 0,5 liter. Gambar 5. 15 Koefisien prestasi ideal freezer dengan .........

  71 beban pendinginan 0,75 liter. Gambar 5. 16 Laju aliran masaa refrigeran freezer dengan .........

  73 beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 17 Laju aliran masaa refrigeran freezer dengan .........

  74 beban pendinginan 0,5 liter. Gambar 5. 18 Laju aliran masaa refrigeran freezer dengan .........

  74 beban pendinginan 0,75 liter. Gambar 5. 19 Efisiensi freezer dengan beban pendinginan .........

  76 0,25 liter. Gambar 5. 20 Efisiensi freezer dengan beban pendinginan .........

  77 0,5 liter. Gambar 5. 21 Efisiensi freezer dengan beban pendinginan .........

  77 0,75 liter.

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR TABEL

  Hal Tabel 4. 1 Beban pendinginan yang dipergunakan sebagai ........

  47 variasi penelitian Tabel 4. 2 Cara mencatat hasil pengukuran suhu ........

  47 Tabel 4. 3 Cara mencatat hasil pengukuran tekanan .........

  48 Tabel 5. 1 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar .........

  50 Kompresor beban pendinginan 0,25 liter Tabel 5. 2 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar .........

  51 kompresor beban pendinginan 0,5 liter Tabel 5. 3 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar .........

  51 kompresor beban pendinginan 0,75 liter Tabel 5. 4 Nilai suhu masuk kompresor dan keluar .........

  52 kompresor Tabel 5. 5 Nilai suhu masuk pipa kapiler dan keluar pipa .........

  53 kapiler Tabel 5. 6 Nilai Suhu masuk evaporator dan keluar .........

  54 evaporator Tabel 5. 7 Nilai suhu evaporator dan kondensor .........

  55 Tabel 5. 8 Nilai entalpi .........

  56 Tabel 5. 9 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran .........

  57 yang diserap evaporator (Q )

  in Tabel 5. 10 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran .........

  60 yang dilepas kondensor (Q out ) Tabel 5. 11 Kerja kompresor .........

  63 Tabel 5. 12 Koefisien prestasi aktual freezer (COP aktual ) .........

  66 Tabel 5. 13 Perhitungan koefisien prestasi ideal (COP ideal ) .........

  69 Tabel 5. 14 Perhitungan laju aliran massa refrigeran (m) .........

  72

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Tabel 5. 15 Perhitungan efisiensi freezer .........

  75 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

  1

1. Latar Belakang .

  Pada jaman sekarang mesin pembeku dan mesin pendingin sangat luas dipergunakan. Salah satu alat yang berguna untuk mendinginkan dan membekukan bahan makanan atau benda lain adalah freezer. Freezer dapat dipergunakan untuk mendinginkan dan membekukan air, es krim, daging, obat- obatan, makanan kaleng, mayat, ikan laut, dll. Seiring berjalannya waktu kebutuhan akan alat pendingin semakin meningkat dan semakin banyak dipergunakan. Selain dipergunakan di rumah tangga freezer juga dipergunakan di hotel-hotel, rumah sakit, supermarket, rumah pengalengan ikan, dan dipergunakan di industri. Ada berbagai macam jenis mesin pendingin dengan fungsi yang berbeda- beda. Kulkas mempunyai fungsi menyegarkan buah-buahan dan sayur-sayuran yang biasa dipergunakan di rumah tangga. Coldstorage mempunyai fungsi untuk membekukan daging, yang biasa dipergunakan di hotel-hotel, gudang rabat.

  Showcase mempunyai fungsi untuk mendinginkan minuman kaleng ataupun minuman plastik, yang biasa dipergunakan di supermarket, toko-toko klontong, dll. Mesin pendingin mayat mempunyai fungsi untuk menjaga mayat supaya tidak cepat membusuk yang biasa dipakai di rumah sakit. AC split dan AC window mempunyai fungsi untuk mendinginkan udara ruangan, yang bisa menjaga suhu dan kelembaban udara ruangan agar tetap pada suhu dan kelembaban tertentu, AC

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2

  window dan AC split umumnya dipergunakan di rumah tangga, villa dan hotel. Chiller mempunyai fungsi untuk mendinginkan air dan berperan sebagai alat pengkondisian udara dalam ruangan, yang biasa dipergunakan di perkantoran besar, gedung – gedung bertingkat, hotel-hotel, rumah sakit dan industri. Berbagai macam mesin pendingin tersebut sudah tidak asing lagi ditelinga masyarakat dikarenakan fungsi dan kegunaanya yang sangat bermanfaat. Hampir sebagian besar mesin pendingin tersebut menggunakan siklus kompresi uap dalam pembuatan dan perancangannya, dan freon berfungsi sebagai fluida yang digunakan. Freon digunakan sebagai fluida kerja pada siklus kompresi uap ini karena freon dapat mendidih pada suhu yang rendah. Berikut ini adalah gambar macam

  • – macam mesin pendingin :

Gambar 1.1 Water cooled chiller Gambar 1.2 Air cooled chillerGambar 1.4 AC splitGambar 1.3 AC window

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3

Gambar 1.6 KulkasGambar 1.5 Cold storagesGambar 1.7 Mesin pendingin jenazah

  Dari berbagai penjelasan di atas penulis tertarik untuk mengenal lebih dalam tentang mesin pendingin. Penulis berkeinginan untuk melakukan penelitian tentang freezer yang dapat mewakili semua jenis mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap.

1.2. Tujuan

  Tujuan dari penelitian tentang freezer dengan mempergunakan siklus kompresi uap ini adalah : a.

  Membuat freezer dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut dengan daya kompresor 115 watt, panjang pipa kapiler 160 cm.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  b.

  Dapat menjadi pedoman dan acuan bagi peneliti lain yang ingin meneliti freezer.

  Manfaat penelitian tentang peralatan mesin pendingin dengan mempergunakan siklus kompresi uap ini adalah : a.

  1.4. Manfaat

  Menggunakan kondenser standar yang dipergunakan pada freezer berdaya 115 watt.

  d.

  Panjang pipa kapiler 160 cm.

  c.

  Menggunakan evaporator standar yang dipergunakan pada freezer berdaya 115 watt.

  4

  b.

  Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah : a.

  1.3. Batasan Masalah

  7. Laju aliran massa refrigeran.

  6. Efisiensi freezer.

  5. COP ideal freezer.

  3. Kerja kompresor 4. COP aktual freezer.

  2. Laju aliran kalor yang dilepas kondenser.

  1. Laju aliran kalor yang diserap evaporator.

  Mengetahui karakteristik freezer dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut dengan daya kompresor 115 watt, panjang pipa kapiler 160 cm:

  Menggunakan kompresor dengan daya 115 watt.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  5

  b.

  Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan pada perpustakaan. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Dasar teori

  2.1.1 Freezer

  Freezer adalah alat pembeku yang bekerja dengan mengambil atau menyerap panas dari kompartemen atau lingkungan sekitarnya. Panas yang terus menerus diambil akan menurunkan suhu dan membuat benda didalamnya menjadi beku. Frezeer menggunakan fluida kerja yang disebut refrigeran untuk mengambil panas. Refrigeran yang paling umum digunakan adalah freon. Namun sekarang secara bertahap freon telah diganti dengan bahan lain yang lebih ramah terhadap lingkungan.

  Freezer bekerja dengan mengambil panas dilingkungan sekitar evaporator. Proses diawali dengan refrigeran dalam bentuk gas masuk ke kompresor sehingga suhu refrigeran menjadi sangat panas. Gas panas bergerak melalui kondensor dan mulai didinginkan. Hal ini menyebabkan gas berubah menjadi cair. Gas dipaksa menuju pipa kapiler atau katup expansi dalam bentuk cair. Pipa kapiler memiliki diameter yang sangat kecil yang ketika refrigeran melalui pipa tersebut akan berubah menjadi kabut yang sangat dingin. Saat melewati evaporator kabut refrigeran mulai menguap dan berubah kembali menjadi gas. Suhu kabut refrigeran bisa mencapai -27 derajat celcius dan menyerap kalor yang ada dalam evaporator. Sebagai akibat suhu refrigeran akan kembali naik karena membawa keluar panas yang diserap dalam evaporator. Refrigran kemudian dikirim kembali ke kompresor untuk memulai laagi siklus terseburt dari awal.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  7

Gambar 2.1 Freezer

  Berikut jenis

  • – jenis freezer yang banyak digunakan: Chest Freezer

  Chest Freezer merupakan jenis freezer yang berbentuk seperti peti. Alat ini

  mempunyai suhu kerja antara - 20˚ C sampai -38˚ C.

  Gambar 2. 2 Chest Freezer

   Cold Storages

  Cold Storages merupakan jenis freezer yang dipergunakan untuk

  membekukan daging dan bahan makanan lainnya. Masalah yang sering

  • – terjadi pada cold storages adalah terbentuknya timbunan es pada dinding dindingnya. Cold Storages bekerja pada suhu - 40˚ C sampai -60˚ C.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  8

  Gambar 2. 3 Cold Storages Belt Freezer

   Belt Freezer merupakan jenis freezer yang bekerja dengan cara

  menyemprotkan udara dingin atau nitrogen cair yang diarahkan langsung ke arah belt atau konveyor secara berlawanan arah yang dapat mengurangi kehilangan panas selama proses evaporasi. Belt Freezer bekerja pada suhu - 10˚ C sampai -30˚ C.

  Gambar 2. 4 Belt Freezer Scared Surface Freezer

   Scraped Surface Freezer digunakan untuk mendinginkan makanan yang

  berbentuk cair atau semi cair. Alat ini memiliki desain yang mirip dengan alat evaporasi dan sterilisasi panas namun direfrigerasi oleh amonia, air asin, atau

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  9

  refrigeran lain. Dalam industri es krim rotor menggenai makanan beku dari dinding freezer dan secara simultan mengalirkan udara ke dalam freezer. Alat ini bekerja pada suhu -4 ˚ C sampai -7˚ C.

  Gambar 2. 5 Scraped Surface Freezer

2.1.2 Siklus Kompresi Uap sebagai Dasar Kerja Freezer

  Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, pipa kapiler atau katup expansi, dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus kompresi uap.

  Gambar 2. 6 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P

  • – h

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  10

  Gambar 2. 7 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T - s Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap: a.

  Proses kompresi (1 – 2), proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigerant pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah dikompresi refrigerant menjadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena proses ini dianggap isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.

  b.

  Proses penurunan suhu (2 – 3), proses kondensasi (3 – 4) dan proses pendinginan lanjut (4

  • – 5) proses ini berlangsung di kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refregeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dan akhinya refrigeran mengembun manjadi cair. Proses pendinginan lanjut betujuan untuk mengkondisikan refrigeran benar
  • – benar berwujud cair sebelum masuk pipa kapiler.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  11

  c.

  Proses ekspansi (5 – 6), proses ini berlangsung di pipa kapiler atau katup expansi secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.

  d.

  Proses evaporasi (6 – 7), proses ini berlangsung di evaporator secara isobaris.

  Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan sekitar / media yang didinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.

  e.

  Proses pemanasan lanjut (7 – 1) dengan proses pemanasan lanjut ini di harapkan refrigeran yang masuk kompresor benar

  • – benar berwujud gas.

2.1.3 Evaporator

  Evaporator adalah jaringan atau bentuk pipa yang dikonstruksikan sedemikian rupa dengan berbagai macam bentuk. Fungsi sebagai alat yang bekerja untuk menyerap kalor dilingkungan sekitarnya, karena kalor diserap evaporator maka suhu disekitar evaporator akan menjadi rendah . Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan tembaga, besi aluminium atau dari kuningan.

  Gambar 2. 8 Evaporator mesin pendingin / freezer

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  12

  Evaporator dibagi menjadi 3 kategori tergantung pada media atau bahan yang akan didinginkan: a.

  Air cooled evaporator adalah Evaporator yang mendinginkan udara secara langsung. Udara yang didinginkan ini didistribusikan melalui sistem distribusi udara. Pada evaporator ini, refrigeran mengalir didalam pipa

  • – pipa logam dan udara mengalir diluarnya. Sistem pendistribusian udara tersebut dilakukan dengan pemasangan kipas angin (blower).

  Gambar 2. 9 Air cooled evaporator b. Liquid cooled evaporator adalah Evaporator yang berfungsi mendinginkan air sampai suhu tertentu dan di pompa ke AHU ( Air Handling unit ), FCU ( Fan

  Coil Unit ), atau tipe

  • – tipe pemakaian lain. Sistem ini biasanya digunakan dalam unit – unit sistem tata udara yang berkapasitas besar.

  Gambar 2. 10 Water cooled evaporator

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  13

  c.

  Standard evaporator adalah Evaporator yang biasa digunakan pada freezer umumnya.

  Gambar 2. 11 Standard evaporator

2.1.4 Kompresor

  Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya dinamis atau bergerak, yakni menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi udara yang mengalir dari pipa – pipa mesin pendingin. Ada 3 macam kompresor yang biasa digunakan dalam mesin pendingin saat ini, yaitu kompresor bertorak, kompresor sentrifugal, dan kompresor rotary, selanjutnya dari macam

  • – macam kompresor tersebut dibagi dalam 3 kategori, yaitu: a.

  Kompresor jenis terbuka ( Open type compressor ), jenis kompresor ini terpisah dari tenaga penggeraknya, dan masing

  • – masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung poros tersebut. Puli pada kompresor berfungsi sebagai roda gaya yang digunakan sebagai daun kipas untuk mendinginkan kondenser dan kompresor sendiri. Karena ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi pelapis agar refrigeran tidak bocor keluar.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Kompresor jenis hermatik ( Hermatic type compressor ), jenis kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam satu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.

  2. Kerusakan yang terjadi di dalam kompresor susah diketahui sebelum rumah kompresor dibuka.

  Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui.

  4. Tidak memerlukan ruang penempatan yang besar. Kerugian dari kompresor hermatik adalah : 1.

  3. Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran.

  2. Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingan rendah.

  Bentuknya kecil dan harganya relatif terjangkau.

  Keuntungan dari kompresor hermatik adalah : 1.

  14

  1. Putaran kompresor dapat diubah dengan cara mengganti diameter puli.

  3. Memerlukan ruang yang besar.

  2. Bentuknya besar dan berat.

  Harga lebih mahal.

  Kerugian kompresor jenis terbuka adalah : 1.

  4. Pada daerah yang belum tersedia listrik, kompresor dapat bekerja dengan sumber tenaga listrik lain seperti mesin diesel.

  3. Jika terjadi kerusakan dapat dengan mudah diketahui dan melakukan penggantian komponen.

  2. Ketinggian minyak pelumas dapat diketahui dengan mudah.

  b.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  15

3. Digunakan pada mesin pendingin yang berkapasitas kecil.

  Gambar 2. 12 Kompresor jenis hermatik c. Kompresor jenis semi hermatik ( Semi hermatic type compressor ), jenis kompresor yang motor penggerak serta kompresornya berada dalam satu rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakkan oleh motor penggerak dengan sebuah poros penghubung antara motor penggerak dengan kompresor.

  Gambar 2. 13 Kompresor jenis semi hermatik

2.1.5 Kondensor

  Kondensor adalah alat yang mempunyai fungsi mengkondensasi bahan pendinginan gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi.

  Refrigeran yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor. Refrigeran yang berada dalam pipa

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  16

  kondensor akan mengalami pengembunan. Dari sini refrigeran yang sudah mengembun akan menjadi cair dan mengalir menuju pipa evaporator. Ada 3 jenis kondensor berdasarkan media pendinginan, yaitu: a.

  Air cooled condenser : Kondensor yang menggunakan udara sebagai pendinginnya.

  Gambar 2. 14 Air cooled condenser b. Water cooled condenser : Kondensor yang menggunakan air sebagai pendinginnya.

  Gambar 2. 15 Water cooled condenser c. Standard condenser : Kondensor yang dipergunakan pada freezer standar

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  17

  2.1.6 Pipa Kapiler

  Pipa kapiler adalah suatu pipa pada mesin pendingin yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan pipa

  • – pipa lainnya. Jika pada evaporator pipanya mempunyai diameter 5/16 inci, maka untuk pipa kapiler berdiameter 0,026 atau 0,031 inci. Kerusakan mesin pendingin biasanya dijumpai pada pipa kapiler ini, jika tidak bocor mungkin tersumbat. Pipa kapiler mempunyai fungsi menurunkan tekanan dan mengatur cairan refrigeran yang mengalir dari kondensor menuju evaporator.

  Gambar 2. 17 Pipa Kapiler

  2.1.7 Thermostat

  Thermostat adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lamanya kompresor berhenti dan mengatur untuk menjalankan kompresor bekerja. Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut ditempatkan pada ruang mesin pendingin ( ruang evaporator ) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.

  Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku ( dalam evaporator sudah mencapai suhu yang ditentukan ), maka cairan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  18

  dalam tabung thermostat akan beku. Cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong. Ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan menekannya sehingga kontak saklar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listirk dari PLN. Dengan terputusnya arus listrik maka kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang relative lama dan apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku, fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada saklar kontak sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN. Kompresor akan bekerja kembali dan demikian berturut

  • – turut kerja thermostat.

Gambar 2.18 Thermostat dalam keadaan putusGambar 2.19 Thermostat dalam keadaan tersambung

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  19

  Gambar 2. 20 Thermostat

2.1.8 Filter

  Filter adalah alat yang mempunyai fungsi menyaring kotoran

  • – kotoran yang berbentuk padat yang terbawa refrigeran yang berasal dari sistem itu sendiri atau dari kotoran sisa pemotongan pipa tembaga pada proses pengelasan, dapat juga dari korosi saluran pipa. Filter dipasang pada daerah bertekanan tinggi pada ujung pipa kondensor yang menuju pipa kapiler dengan tujuan jika ada kotoran atau udara yang terjebak dalam siklus tersebut akan tersaring terlebih dahulu agar pipa kapiler tidak tersumbat.

  Gambar 2. 21 Filter

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  20

2.1.9 Perhitungan Karakteristik Freezer

  Dengan bantuan diagram entalpi

  • – tekanan, entalpi atau nilai ( h ) dalam siklus kompresi uap sehingga dapat diketahui, kerja kompresor, energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondesor dan koefisien prestasi (COP) 1.

  in )

  • – h 1, kJ/kg

  2 – h

  Kerja Kompresor (W

  : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, kJ/kg

  2

  h

  3 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg

  : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h

  out

  Pada persamaan (2. 2): Q

  , kJ/kg (2. 2)

  5

  = h

  Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi dari titik 1 ke 2 (lihat Gambar 2. 1), yang dapat dihitung dengan persamaan (2. 1).

  out

  Q

  out )

  Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor (Q

  1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg 2.

  h

  2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg

  (2. 1) Pada persamaan (2. 1): W in : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h

  2

  W in = h

  Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2 ke 3 (lihat Gambar 2. 1), perubahan tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2. 2).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  21

  3.

  in )

  Energi kalor yang yang diserap oleh evaporator (Q Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4 ke 1 (lihat Gambar 2. 1), perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2. 3).

  Q = h , kJ/kg (2. 3)

  in

  1

  6

  • – h Pada persamaan (2. 3): Q in : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg h

  1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan

  nilai entalpi pada saat masuk kompresor, kJ/kg h

  4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan

  nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung tetap maka nilai h4=h3, kJ/kg 4. aktual )

  Koefisien prestasi aktual (COP Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan persamaan (2. 4). in 1 4 aktual ( Q ) ( hh ) kj / kg

  COP   x in 2 1

  (2. 4) ( W ) ( hh ) kj / kg

  Pada persamaan (2. 4): COP aktaul : koefisien prestasi freezer Q in : kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg W : kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran,

  in

  kJ/kg

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  22

  Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan persamaan (2. 5).

  eT  ( 273 ,

  15 ( 273 )) deal

  COPi

  (2. 5)

  c e TT

  ( )

  Pada persamaan (2. 5): COP ideal : koefisien prestasi maksimum freezer T : suhu evaporator, C

  e

  T c : suhu kondensor, C 6. Efisiensi freezer Efisiensi freezer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2. 6). aktual

  ( COP )

  Efisiensiideal

  (2. 6) ( COP )

  Pada persamaan (2. 6): COP : koefisien prestasi maksimum freezer

  ideal

  COP aktual : koefisien prestasi freezer 7.

  Laju aliran massa refrigeran Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2. 7).

  bebanpendi nginan

  (2. 7)

  mQin

  Pada persamaan (2. 7): m : laju aliran massa refrigeran, kg/menit beban pendinginan : beban kerja yang diserap evaporator, kj/menit Q in : kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  23

  2.

2 Tinjauan Pustaka

  Anwar, K (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini dilakukan dengan batasan

  • – batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin (b) data dianalisi secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan : (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt). Handoyo, EA dan Lukito, A (2002) telah melakukan penelitian tentang analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler pada line suction (b) menghitung performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan. Penelitian ini dilakukan dengan batasan
  • – batasan sebagai berikut : (a) mesin pendingin yang digunakan adalah freezer (b) beban pendinginan yang digunakan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  24

  air. Dari hasil penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan pada line

  

suction dapat meningkatkan nilai COP freezer (b) waktu pendinginan tidak

banyak perubahan.