Karakteristik showcase menggunakan refrigeran R-134a berdasarkan variasi kecepatan kipas pendingin kondensor.
i
KARAKTERISTIK
SHOWCASE
MENGGUNAKAN REFRIGERAN R-134a BERDASARKAN
VARIASI KECEPATAN KIPAS PENDINGIN KONDENSOR
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
FALEMON LEONARDO WILANI PUTRA
NIM : 135214061
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
(2)
ii
CHARACTERISTICS SHOWCASE
USING REFRIGERANT R-134a BASED ON VARIATIONS IN
CONDENSER COOLING FAN SPEED
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
FALEMON LEONARDO WILANI PUTRA
Student Number : 135214061
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
vii
INTISARI
Saat ini showcase sangat banyak digunakan untuk berjualan minuman kemasan yang sering dijumpai di supermarket, warung-warung, bahkan di pasar-pasar. karena kegunaannya tersebut showcase sering sekali dijumpai pada depan warung-warung, hal ini dimaksudkan agar pembeli mudah melihat bahwa warung tersebut menjual minuman kemasan dingin. Dengan penempatan showcase di luar ruangan, membuat showcase sering bersentuhan dengan angin, terutama kondensor yang merupakan alat pembuang panas dari sistem mesin showcase, dimana penempatan kondensor pada umunya terletak di bagian belakang showcase dan kontak langsung dengan udara luar. Dengan adanya angin yang sering berhembus berpengaruh terhadap proses pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan sekitar. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) merakit mesin pendingin showcase dengan siklus kompresi uap, (b) mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase, meliputi : energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondensor, kerja kompresor, nilai COP aktual dan COP ideal, laju aliran refrigeran serta nilai efisiensi mesin pendingin showcase untuk berbagai variasi kecepatan kipas.
Penelitian ini menggunakan mesin showcase yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen utama Showcase meliputi kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler. Daya kompresor sebesar 115 watt, komponen yang lain menyesuaikan dengan daya kompresor, refrigeran yang dipergunakan adalah R-134a. Variasi yang dilakukan pada penelitian yaitu kecepatan putaran kipas yang mengaliri udara melewati kondensor : (a) Tanpa kipas (b) Kecepatan kipas medium dan (c) Kecepatan kipas high. Daya kipas yang digunakan 35 W dan beban pendinginan 4,8 L air. Pengambilan data setiap 20 menit, suhu maksimal ruang evaporator diatur 4°C.
Penelitian ini memberikan hasil (a) Mesin showcase berhasil dirakit dan bekerja dengan baik, dengan tekanan kerja terendah pada evaporator sebesar 1,45 bar dan tekanan terendah pada kondensor sebesar 10 bar (b) Karakteristik mesin showcase terbaik dialiri oleh udara dengan kecepatan high, dengan nilai rata-rata untuk kerja kompresor sebesar 45,43 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor sebesar 212,00 kJ/kg, kalor yang diserap evaporator sebesar 164,43 kJ/kg, COPaktual
sebesar 3,64, COPideal sebesar 4,45, laju aliran refrigerant sebesar 0,00447 kg/s,
dan efisiensi sebesar 81,35%.
(8)
viii
ABSTRACT
In this time, the showcase very much to used for sell of beverage packaging, which is often found in supermarket, small shop, even in the markets. Because of its usefulnes, the showcase is often to finded in the front of shops, it’s the mean for easy buyers to see thats the shop for sell cold beverage packaging. With placement the showcase out of the room, make it have exposed to the wind,
especially condensers, it’s heat dissipation tool of the showcase engine system, in
the general the condensers placement have a located back of the showcase and have direct contach with out air. With the wind has often blowing effect to heat dissipation process from condensers to environment. The purpose from research is (a) assemble the cooling machine showcase with vapor compresion cycle, (b) to know characteristics of the cooling machine showcase, that is : kalor energy have the absorbed by evaporator, kalor energy has removed condensers, compressor work, coefficient of performance (COP), refrigerant flow rate and efficiency value of cooling machine showcase for fan speed variation.
This study used the showcase machine that’s worked with vapor compression cycle. The main component the showcase is compressor, evaporator, condensers, and capillary tube. The power of compressor is 115 W, others component have adjust with compressor power,the used refrigerant is R-134a. Variety of research is speed of fan which flowing air and then past the condenser : (a) without fan (b) medium fan speed and (c) high fan speed. The power of fan have to used 35 W and cooling load 4,8 L water. The taked data every 20 minute, maximum temperature evaporator room has setting 4°C.
The study give to results (a) the showcase machine got assembled succeed and worked well, with minimum work pressure on the evaporator as big as 1,45 bar and minimum pressure on the condenser as big as 10 bar (b) the best characteristics of showcase machine is flowed by air with high speed, with the average to compressor work as big 45,43 kJ/kg, the heat that condensers released as big as 212,00 kJ/kg, the heat that evaporator absorbed as big as 164,43 kJ/kg, COPaktual as big as 3,64, COPideal as big as 4,45, the refrigerant flow rate as big as
0,00447 kg/s, and efficiency as big as 81,35%.
(9)
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
rahmat yang diberikannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik
dan berjalan lancar sesuai yang diinginkan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk
mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, skripsi ini dapat
selesai tepat waktu. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis
menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi,
sekaligus sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
3. Doddy Purwadianto S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Para Dosen beserta Tenaga Kependidikan di Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
5. Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
6. Wolhel M. Salim dan A. Y. Sinta selaku orang tua penulis yang telah
(10)
(11)
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvii
ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN ... xviii
BAB I ... 1
PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Manfaat penelitian ... 4
(12)
xii
DASAR TEORI DAN TINJAU PUSTAKA ... 5
2.1 Dasar Teori ... 5
2.1.1 Pengertian Mesin Pendingin ... 5
2.1.2 Pengertian Showcase ... 5
2.1.3 Prinsip Kerja Showcase ... 6
2.1.4 Siklus Kompresi Uap ... 7
2.1.4.1 Perhitungan Karakteristik Pada Siklus Kompresi Uap ... 11
2.1.4.2 Komponen-komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap ... 14
2.1.4.3 Komponen-komponen Tambahan Mesin Siklus Kompresi Uap . 20 2.1.5 Refrigeran ... 22
2.2 Tinjauan Pustaka ... 23
BAB III ... 27
PEMBUATAN ALAT ... 27
3.1 Persiapan Komponen Utama dan tambahan Mesin Showcase ... 27
3.2 Peralatan Yang Digunakan Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ... 31
3.3 Proses Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ... 34
3.3.1 Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ... 34
3.3.2 Proses Pemvakuman dan Pemetilan ... 39
3.3.3 Proses Pengisian Refrigeran 134a ... 41
3.3.4 Uji Coba Mesin Pendingin Showcase ... 42
BAB IV ... 44
METODOLOGI PENELITIAN ... 44
(13)
xiii
4.2 Variasi Penelitian ... 45
4.3 Alat Bantu Penelitian ... 45
4.4 Alur Penelitian ... 48
4.5 Skema Pengambilan Data ... 48
4.6 Cara Mendapatkan Data ... 50
4.7 Cara Mengolah Data ... 52
4.8 Cara Mencari Nilai Entalpi Menggunakan P-h Diagram ... 53
4.9 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 54
BAB V ... 55
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN ... 55
5.1 Hasil Penelitian ... 55
5.2 Perhitungan ... 58
5.3 Pembahasan ... 69
BAB VI ... 73
KESIMPULAN DAN SARAN ... 73
6.1 Kesimpulan ... 73
6.2 Saran ... 74
DAFTAR PUSTAKA ... 75
(14)
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap ... 5
Gambar 2.2 : Mesin showcase ... 6
Gambar 2.3 : Skema Showcase ... 7
Gambar 2.4 : Siklus kompresi uap pada diagram P-h ... 8
Gambar 2.5 : Siklus kompresi uap pada diagram T-s ... 8
Gambar 2.6 : Kompresor hermatik ... 15
Gambar 2.7 : Kompresor semi hermetik ... 15
Gambar 2.8 : Kompresor open type ... 15
Gambar 2.9 : kondensor dengan jari-jari penguat ... 16
Gambar 2.10 : kondensor AC mobil ... 16
Gambar 2.11 : Pipa kapiler ... 18
Gambar 2.12 : Thermostatic exspansion valve ... 18
Gambar 2.13 : Automatic exspantion valve ... 18
Gambar 2.14 : Shut off valve dan Pneumatic valve ... 18
Gambar 2.15 : Evaporator permukaan datar ... 19
Gambar 2.16 : Evaporator pipa bersirip ... 19
Gambar 2.17 : Thermostat ... 20
Gambar 2.18 : filter ... 21
Gambar 2.19 : Motor dan daun kipas pada mesin showcase ... 22
Gambar 3.1 : Kompresor hermatik yang digunakan ... 27
Gambar 3.2 : Kondensor jari-jari penguat (8U) yang digunakan... 28
(15)
xv
Gambar 3.4 : Evaporator datar yang digunakan... 29
Gambar 3.5 : Filter yang digunakan ... 29
Gambar 3.9 : Fan yang digunakan untuk ruang evaporator ... 31
Gambar 3.11 : pelebar pipa (sumber : Aliexpress.com) ... 32
Gambar 3.12 : Alat las ... 32
Gambar 3.13 : Bahan las ... 33
Gambar 3.14 : Cairan metil ... 33
Gambar 3.15 : Pompa vakum ... 33
Gambar 3.16 : Pressure gauge ... 34
Gambar 3.17 : Kerangka aluminium ... 35
Gambar 3.18 : Posisi kompresor sudah terpasang ... 35
Gambar 3.19 : Posisi kondensor yang telah terpasang ... 36
Gambar 3.20 : Posisi evaporator telah terpasang ... 36
Gambar 3.21 : Thermostat yang telah terpasang ... 37
Gambar 3.22 : Proses pemotongan pipa tembaga ... 37
Gambar 3.23 : Proses pengelasan pipa dari evaporator ke kompresor ... 37
Gambar 3.24 : Proses pengelasan pipa dari kompresor ke kondensor ... 38
Gambar 3.25 : Proses pengelasan sambungan pipa kondensor dengan filter ... 38
Gambar 3.26 : Proses pengelasan sambungan filter ke pipa kapiler ... 38
Gambar 3.27 : Posisi fan pada kondensor telah terpasang ... 39
Gambar 3.28 : Posisi fan pada ruang evaporator telah terpasang ... 39
Gambar 3.29 : Proses pemvakuman dan pemetilan ... 40
(16)
xvi
Gambar 4.1 : Sketsa mesin showcase ... 44
Gambar 4.2 : Unit mesin showcase ... 44
Gambar 4.3 : Pressure gauge ... 46
Gambar 4.4 : Thermocauple digital ... 46
Gambar 4.5 : Tang amper (calmp ampere) ... 47
Gambar 4.6 : Thermometer ruangan ... 47
Gambar 4.7 : Stopwatch ... 47
Gambar 4.8 : Alur penelitian ... 48
Gambar 4.9 : Skema pengambilan data... 49
Gambar 4.10 : P-h diagram ... 54
Gambar 5.1 : Perbandingan kerja kompesor (Win) ... 59
Gambar 5.2 : Perbandingan kalor yang dilepas kondensor (Qout) ... 61
Gambar 5.3 : Perbandingan kalor yang diserap oleh ovaporator (Qin) ... 62
Gambar 5.4 : Perbandingan nilai COPaktual ... 64
Gambar 5.5 : Perbandingan COPideal ... 65
Gambar 5.6 : Perbandingan efisiensi showcase ... 67
(17)
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 : Tabel pengambilan data ... 52
Tabel 5.1 : Data pengujian tanpa kipas ... 55
Tabel 5.2 : Data pengujian Kecepatan medium ... 56
Tabel 5.3 : Data kecepatan kecepatan high ... 56
Tabel 5.4 : Nilai entalpi, TE dan TK tanpa kipas ... 57
Tabel 5.5 : Nilai entalpi, TE dam TK kecepatan kipas medium ... 57
Tabel 5.6 : Nilai entalpi, TE dan TK kecepatan kipas high ... 58
Tabel 5.7 : Kerja kompresor (Win) ... 58
Tabel 5.8 : Kalor yang dilepas kondensor (Qout) ... 60
Tabel 5.9 : Kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) ... 61
Tabel 5.10 : Koefisien prestasi (COPaktual) ... 63
Tabel 5.11 : Koefisien prestasi ideal (COPideal) ... 65
Tabel 5.12 : Efisiensi dari mesin showcase ... 66
Tabel 5.13 : Laju aliran massa refrigeran (ṁ) ... 68
Tabel 6.1 : Nilai rata-rata karakteristik showcase ... 73
(18)
xviii
ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
Qin : Energi kalor yang diserap oleh evaporator …(kJ/kg).
Qout : Energi kalor yang dilepas kondensor…(kJ/kg)
Win : Kerja kompresor…(kJ/kg)
TE : Temperatur kerja evaporator…(°C)
Tk : Temperatur kerja kondensor…(°C)
P1 : Tekanan refrigeran masuk kompresor…(bar)
P2 : Tekanan refrigeran keluar kompresor…(bar)
T1 : Suhu refrigeran keluar evaporator…(°C)
T2 : Suhu refrigeran keluar kompresor…(°C)
T3 : Suhu refrigeran keluar kondensor…(°C)
h1 : Nilai entalpi masuk kompresor…(kJ/kg)
h2 : Nilai entalpi keluar kompresor…(kJ/kg)
h3 : Nilai entalpi keluar kondensor…(kJ/kg)
h4 : Nilai entalpi masuk evaporator…(kJ/kg)
s : Nilai entropi …(kJ/kg.K) h : Nilai entalpi…(kJ/kg)
ṁ : Laju aliran massa refrigeran…(kg/s) ƞ : Efisiensi (%)
(19)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Saat ini showcase sangat banyak digunakan untuk berjualan minuman kemasan yang sering dijumpai di supermarket, warung-warung, bahkan di
pasar-pasar. Showcase tidak hanya digunakan untuk mendinginkan minuman tetapi ada juga yang digunakan untuk mendinginkan bahan makanan. Minuman atau
makanan yang didinginkan mengunakan showcase tidak boleh dalam kondisi beku, hal itu dimaksudkan supaya minuman mudah diminum.
Secara umum mesin showcase digunakan untuk berjualan, karena kegunaannya tersebut showcase sering sekali dijumpai pada depan warung-warung, hal ini dimaksudkan agar pembeli mudah melihat bahwa warung tersebut
menjual minuman kemasan dingin. Selain penempatan showcase di luar atau di depan warung, showcase pada umumnya memiliki pintu yang didesain menggunakan bahan yang transparan, hal itu dimaksudkan agar minuman dalam
showcase mudah dilihat dan pembeli dapat memastikan minuman yang diinginkan ada dalam showcase, jika minuman yang diinginkan tidak ada maka pintu showcase tidak perlu dibuka, hal ini membuat beban yang didinginkan tidak terganggu, apa bila pintu showcase sering dibuka maka suhu dalam ruang showcase dapat dengan mudah keluar hal itu berpengaruh terhadap lamanya proses pendingin minuman atau makanan yang ada dalam showcase.
Dengan penempatan showcase di luar ruangan, membuat showcase sering bersentuhan dengan angin, terutama kondensor yang merupakan alat pembuang
(20)
panas dari sistem mesin showcase, dimana penempatan kondensor pada umunya terletak di bagian belakang showcase dan kontak langsung dengan udara luar. Dengan adanya angin yang sering berhembus berpengaruh terhadap proses
pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan sekitar.
Menurut Marwan Effendy (2005), Semakin besar kecepatan udara
pendingin pada kondensor menyebabkan kenaikan efek refrigerasi, sedangkan
kerja kompresi dan daya kompresor ada kecenderungan menurun.
Dengan demikian perlu dilakukan pengujian terhadap mesin showcase untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara yang melintasi kondensor terhadap
karakteristik mesin showcase serta mengetahui nilai COP dan efisensi dari mesin showcase yang akan diuji. Aliran udara pada penelitian ini menggunkan kipas angin yang dipasang pada kondensor.
Melihat latar belakang diatas kebutuhan mesin showcase sangat penting dalam berjualan minuman kemasan dingin dan perlunya diketahui pengaruh
penempatan mesin showcase dalam rungan maupun luar rungan. penulis tertarik untuk mendalami tentang mesin showcase menggunakan refrigeran R-134a berdasarkan variasi keceptan kipas pendingin kondensor, dengan melakukan
penelitian tentang mesin showcase. Diharapkan hasil penelitian dapat memberikan mamfaat bagi para insan akademis dan publik.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, yang menjadi permasalahan dalam
penelitian ini adalah performa mesin pendingin showcase, dikaitkan terhadap pemasangan kipas pendingin pada kondensor. Oleh karena itu diperlukan
(21)
pengujian dengan memvariasikan kecepatan kipas untuk mengetahui karekteristik
dari mesin pendingin showcase.
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat dan merakit mesin pendingin Showcase.
b. Mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk mendinginkan ruang evaporator.
c. Mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase dengan refrigeran R-134a dengan memvariasi kecepatan kipas yang dipergunakan dalam
mendinginkan kondensor, meliputi :
1. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
2. Energi kalor yang dilepas kondensor parsatuan massa refrigeran (Qout)
3. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
4. COP aktual dan COP ideal showcase 5. Nilai efisiensi showcase
6. Laju aliran massa refrigeran
1.4 Batasan Masalah
Batasan permasalahan dalam penelitian ini antara lain :
a. Dalam unit mesin pendingin terdapat komponen-komponen utama dan
tambahan yaitu : kompresor 115 w, kondensor 8U jari-jari penguat, pipa
kapiler, filter, evaporator, dan thermostat.
b. Kipas angin untuk mendinginkan kondensor menggunakan kipas angin
merek SAKAI model HFN 950, ukuran 23 cm, daya 35 W, tegangan 220 V
(22)
c. Dalam penelitian ini menggunakan refrigeran R-134a.
d. Beban pendingin yang dipakai adalah 8 botol air mineral (600 ml/botol).
e. Karakteristik mesin pendingin yang digunakan untuk menghitung COP
didasarkan pada kondisi ideal kerja siklus kompresi uap dari mesin
pendingin dengan proses kompresi yang berlangsung dengan entropi
konstan dan proses penurunan tekanan yang berlangsung dengan nilai
entalpi yang konstan.
1.5 Manfaat penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Dapat digunakan sebagai referensi untuk para peneliti lain dengan penelitian
sejenis.
b. Dapat menambah ilmu dan pengetahuan tentang mesin pendingin showcase dengan penambahan kipas pada kondensor, yang dapat di letakan di
perpustakaan.
c. Hasil dan penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi dan
menjadi acuan bagi para insan akademis dan publik dalam rangka memilih
dan menggunakan mesin pendingin supaya dapat melestarikan lingkungan
(23)
KONDENSOR
EVAPORATOR
KOMPRESOR PIPA KAPILER
FILTER
2
1 3
4
Win
Qout
Qin
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAU PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Pengertian Mesin Pendingin
Mesin pendingin adalah salah satu mesin konversi energi yang digunakan
untuk memindahkan panas dari temperatur rendah menuju temperatur yang lebih
tinggi dengan bantuan kerja dari luar. Mesin pendingin yang banyak digunakan
pada umumnya menggunakan siklus kompresi uap. Mesin pendingin yang bekerja
dengan siklus kompresi uap mempunyai komponen utama yang terdiri dari empat
bagian yaitu : evaporator, kompresor, kondensor, dan pipa kaplier/katup ekspansi.
Fluida kerja yang digunakan pada siklus kompresi uap disebut refrigeran. Gambar
2.1 memperlihatkan rangkaian komponen utama mesin pendingin pada siklus
kompresi uap.
Gambar 2.1 : Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap
2.1.2 Pengertian Showcase
Showcase adalah mesin pendingin yang digunakan untuk mendinginkan berbagai jenis makanan dan minuman kemasan. Showcase pada umumnya
(24)
memiliki bentuk fisik dan prinsip kerja seperti kulkas, tetapi showcase memiliki pintu yang didesain menggunakan bahan transparan. Suhu kerja pada showcase diatur agar berada pada suhu antara 0°C sampai 10°C. Pengaturan suhu tersebut
dilakukan dengan tujuan agar makanan dan minuman yang didinginkan tidak
mengalami pembekuan. Pengaturan suhu dilakukan oleh thermostat. Gambar 2.2 memperlihatkan beberapa jenis showcase yang ada di pasaran.
Gambar 2.2 : Mesin showcase (Sumber : www.mesinraya.co.id)
2.1.3 Prinsip Kerja Showcase
Ketika kompresor dinyalakan, maka refrigeran akan mengalir kesemua
bagian sistem. Sebelum masuk kompresor, refrigeran dengan kondisi uap jenuh
dikompresikan sehingga uap keluar kompresor menjadi uap panas lanjut, lalu uap
tersebut mengalir pada bagian kondensor untuk melepas kalor ke lingkungan
sehingga terjadi proses kondensasi. Uap berubah menjadi cair jenuh kemudian
melewati filter, selanjutnya menuju pipa kapiler dan mengalami penurunan
tekanan. Pada bagian evaporator cairan refrigeran akan mengalami evaporasi
sehingga berubah menjadi uap jenuh dan masuk kedalam kompresor untuk
(25)
suhu yang diinginkan. Showcase terdiri dari beberapa bagian komponen utama yang masing-masing dihubungkan menggunakan pipa tembaga sehingga menjadi
satu rangkaian. Fluida kerja yang digunakan pada mesin showcase adalah refrigeran. Gambar 2.3 menunjukkan skema mesin showcase.
Keterangan :
a : Kompresor
b : Kondensor
c : Thermostat d : Evaporator
e : Filter
f : Pipa kapiler
Gambar 2.3 : Skema Showcase
2.1.4 Siklus Kompresi Uap
Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap merupakan mesin yang paling
banyak digunakan pada refrigerasi. Komponen utama dari siklus kompresi uap
adalah kompresor, kondensor, evaporator dan katup ekspansi atau pipa kapiler.
Untuk membersihkan kotoran pada refrigeran dalam sistem mesin pedingin siklus
kompresi uap, menggunakan filter yang dipasang sebelum pipa kapiler.
Proses-proses siklus kompresi uap jika disajikan pada diagram P-h dan
(26)
h3=h4 h1 h2
Qin
Qout
1 2 3
4
P2
P1
P
h
Win
2a 3a
1a
2a
Qin
Qout
1 2
3
4
3a
1a
T
s
Win Gambar 2.4 : Siklus kompresi uap pada diagram P-h
Gambar 2.5 : Siklus kompresi uap pada diagram T-s
Pada siklus ini uap ditekan, kemuadian diembunkan menjadi cairan, kemudian
tekanan diturunkan agar cairan tersebut dapat menguap kembali. Penyerapan
panas pada siklus kompresi uap dilakukan dalam evaporator dengan temperatur
dan tekanan rendah. Dalam evaporator, refrigeran berubah dari fase cair menjadi
fase gas, lalu masuk ke kompresor. Karena kerja kompresor, refrigeran menjadi
(27)
oleh evaporator, refrigeran diembunkan di dalam kondensor sehingga refrigeran
menjadi cair. Sebelum refrigeran memasuki evaporator, refrigeran diekspansikan
terlebih dahulu oleh pipa kapiler atau katup ekspansi. Pada alat ini tekanan
refrigeran yang masuk ke evaporator diturunkan, penurunan tekanan ini
disesuaikan dengan kondisi yang diinginkan.
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap mesin refrigerasi yaitu :
a. Proses 1-2
Proses 1-2 adalah proses kompresi. Proses ini berlangsung secara isentropik
adiabatik (isoentropi atau entropi konstan). Kompresor menghisap refrigeran
kemudian mengkompresikan refrigeran menuju kondensor. Kondisi awal
refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap panas lanjut bertekanan
rendah. Setelah dikompresi refrigeran menjadi uap panas lanjut bertekanan tinggi.
Akibat tekanan naik, suhu refrigeran juga mengalami kenaikan.
b. Proses 2-2a
Proses 2-2a adalah proses penurunan suhu atau disebut juga dengan proses
desuper heating. Proses ini berlangsung mulai dari keluar kompresor sampai ke dalam kondensor. Penurunan suhu ini disebabkan karena proses pembuangan
kalor dari refrigeran ke udara. Fase refrigeran berubah dari gas panas lanjut ke uap
jenuh. Proses penurunan suhu berlangsung pada tekanan kerja kondensor (P2)
yang tetap.
c. Proses 2a-3a
Proses 2a-3a adalah proses kondensasi. Proses ini berlangsung dari kondisi
(28)
dan tekanan yang tetap. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari gas menjadi
cair yang mengeluarkan kalor. Kalor yang dibuang ke lingkungan kondensor.
Kalor dapat mengalir ke lingkungan karena suhu pada kondensor lebih tinggi dari
suhu lingkungan.
d. Proses 3a-3
Proses 3a-3 adalah proses pendinginan lanjut atau disebut dengan subcooling. Pada proses ini terjadi pelepasan panas dari refrigeran ke udara di luar kondensor
setelah refrigeran pada kondisi cair jenuh, sehingga refrigeran yang keluar dari
kondensor suhunya lebih rendah dari suhu pengembunan. Fase refrigeran pada
keadaan cair lanjut proses ini berlangsung pada tekanan tetap dan tekanan tinggi
(P2). Dengan keadaan cair lanjut pada saat keluar kondensor maka refrigeran akan
mudah masuk ke dalam pipa kapiler, karena pipa kapiler mempunyai diameter
yang sangat kacil. Tujuan proses pendingin lanjut ini agar refrigeran yang masuk
ke pipa kapiler benar-benar dalam keadaan cair.
e. Proses 3-4
Proses 3-4 adalah proses ekspansi. Proses ini berlangsung di pipa kapiler secara
isoentalpi ( entalpi sama ). Hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi
terjadi penurunan tekanan dan penurunan temperatur. Fase ini berlangsung dari
fase cair menjadi fase campuran (cair dan gas).
f. 4-1a
Proses 4-1a adalah proses evaporasi. Proses ini berlangsung di evaporator
(29)
Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan
sekitar atau media yang di dinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas
jenuh bertekanan rendah.
g. Proses 1a-1
Proses 1a-1 adalah proses pemanasan lanjut. Pada proses ini refrigeran
mengalami kenaikan suhu. Fase refrigeran berubah dari uap jenuh ke uap panas
lanjut. Proses ini berlangsung pada tekanan tetap, pada tekanan rendah (P1).
Tujuan dari pemanasan lanjut ini supaya refrigeran yang masuk ke kompresor
benar-benar dalam keadaan gas.
2.1.4.1Perhitungan Karakteristik Pada Siklus Kompresi Uap
Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk
menganalisa unjuk kerja mesin pendingin yang meliputi kerja kompresor, energi
yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, Coefficient of performance (COPaktual), COPideal, dan Efisiensi mesin pendingin.
a. Kerja Kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi
pada diagram P-h di titik 1-2 dari siklus kompresi uap dapat di hitung dengan
Persamaan (2.1).
1 2 h
h Win
. . . (2.1)
Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h2 adalah nilai
entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg), dan h1 adalah nilai entalpi
refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).
(30)
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor
merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 pada P-h diagram, perubahan entalpi
tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).
3 2 h
h
Qout . . . . .(2.2) Qout adalah energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran
(kJ/kg), h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg), dan h3
adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg).
c. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin)
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator
merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 pada P-h diagram, perubahan
entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).
4 1 h
h
Qin . . . .(2.3) Qin adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran
(kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan
nilai pada saat masuk kompresor (kJ/kg), dan h4 adalah nilai entalpi refrigeran
saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler.
Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4
sama dengan h3 (kJ/kg).
d. Koefisien prestasi / Coefficient of Performance (COP)
Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara
panas yang dilepas dari ruang yang didinginkan dengan kerja yang disalurkan.
Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi, yang
(31)
1 2 4 1 h h h h W Q COP in in aktual
. . . (2.4) COPaktual adalah koefisien prestasi mesin pendingin, Qin adalah kalor yang diserap
evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg), Win adalah kerja yang dilakukan
kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi refrigeran
saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor
(kJ/kg), h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg), dan h4
adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai
entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung
pada entalpi yang tetap maka nilai h4 = h3 (kJ/kg).
e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung
dengan Persamaan (2.5).
evap cond evap ideal T T T COP
. . . (2.5) COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin, Tevap adalah suhu
evaporator (K) dan Tcond adalah suhu kondensor (K).
f. Efisiensi mesin pendingin (η)
Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).
% 100 ideal aktual COP COP
. . . (2.6) Dengan COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin, dan
(32)
g. Laju aliran massa refrigeran (ṁ)
Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung menggunakan persamaan (2.7).
in W
V I
m
. . . (2.7)
ṁ adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s), I adalah arus listrik (A), V adalah voltase (watt), dan Win adalah kerja yang dilakukan kompresor (KJ/kg).
2.1.4.2Komponen-komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap
a. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah
ke tekanan tinggi. Kompresor menghisap kemudian mengkompresi refrigeran
sehingga terjadi sirkulasi atau perputaran refrigeran yang mengalir dari dalam
pipa-pipa mesin pendingin. Jenis kompresor yang sering dipakai pada mesin
pendingin adalah kompresor hermetik yang merupakan kompresor torak
(reciprocating compressor) yang digerakkan oleh motor listrik. Jenis kompresor torak lainnya yaitu kompresor semi hermetik dan kompresor open type. Kompresor torak jenis hermetik dapat dilihat pada Gambar 2.6. Motor
penggerak kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup,
bersatu dengan kompresor. Motor penggerak langsung memutarkan poros
kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor sama dengan jumlah putaran
motornya. Kompresor bekerja secara dinamis menghisap dan kemudian
mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi refrigeran yang mengalir
dalam pipa-pipa pada mesin pendingin. Fase yang terjadi ketika masuk dan keluar
kompresor berupa gas. kondisi gas yang keluar kompresor berupa gas panas
(33)
kondensor. Gambar 2.6 sampai Gambar 2.8 memperlihatkan jenis-jenis
kompresor.
Gambar 2.6 : Kompresor hermatik
(Sumber : Teachintegration.wordpres.com)
Gambar 2.7 : Kompresor semi hermetik
(Sumber : www.electronicglobal.com)
Gambar 2.8 : Kompresor open type (Sumber : www.refrigerasi.com)
(34)
b. Kondensor
Kondensor adalah peralatan yang berfungsi sebagai alat pengembunan atau
kondensasi refrigeran.
Gambar 2.9 : kondensor dengan jari-jari penguat
( Sumber : www.edukasielektronika.com)
Gambar 2.10 : kondensor AC mobil
(sumber : m.acmobilindonesia.com)
Di dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses penurunan suhu
refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh (proses desuperheating), proses berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh (proses kondensasi) dan
proses pendinginan lanjut (subcooling). Proses pengembunan refrigeran dari kondensasi panas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan tetap.
Saat ketiga proses itu berlangsung, kondensor membuang kalor dalam bentuk
panas ke lingkungan sekitar (udara luar). Jenis kondensor yang sering digunakan
(35)
bentuk jari-jari penguat, pipa dengan plat besi dan pipa bersirip. dua jenis
kondensor berdasarkan media pendinginnya, kondensor berpendingin udara (air cooled condenser), kondenser berpendingin air (water cooled condenser). Umumnya kondensor yang dipakai dalam sistem mesin pendingin adalah
kondensor dengan pipa jari-jari penguat berpendingin udara, sedangkan mesin AC
menggunakan jenis pipa bersirip. Gambar 2.9 memperlihatkan kondensor dengan
jari-jari penguat. Gambar 2.9 dan Gambar 2.10 memperlihatkan jenis-jenis
kondensor.
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler merupakan alat untuk menurunkan tekanan refrigeran. Pipa
kapiler umumnya mempunyai panjang 1 meter hingga 6 meter, dengan diameter
dalam 0,5 mm hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler
maka akan terjadi penurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan
dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam
pipa kapiler berlangsung ada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran
masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam bentuk fase cair penuh. Saat
refrigeran masuk ke dalam evaporator refrigeran dalam fase cair dan gas. Jenis
alat ekspansi lain yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan, yaitu hend valve, TXV (thermostatic exspansion valve), AXV (automatic ekspansion valve). Ketup ekspansi jenis TXV dan AXV bisasanya digunakan pada sistem mesin
pendingin yang memiliki kapasitas sedang hinga kapasitas besar. Gambar 2.11
sampai Gambar 2.14 memperlihatkan jenis-jenis pipa kapiler dan alat ekspansi
(36)
Gambar 2.11 : Pipa kapiler
(sumber : www.wartasaranamedia.com)
Gambar 2.12 : Thermostatic exspansion valve
(Sumber : www.ac-heatingconnect.com)
Gambar 2.13 : Automatic exspantion valve
(Sumber : www.supplyhouse.com)
Gambar 2.14 : Shut off valve dan Pneumatic valve
(37)
d. Evaporator
Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau
dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan
energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu
berupa benda-benda yang ada di dalam ruang evaporator. Hal tersebut terjadi
karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya,
sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di
dalam evaporator berlangsung pada tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai jenis
evaporator yang sering di gunakan pada mesin pendingin adalah jenis evaporator
permukaan datar, dan jenis evaporator dengan pipa bersirip. Gambar 2.15 dan
2.16 memperlihatkan jenis-jenis evaporator.
Gambar 2.15 : Evaporator permukaan datar
(sumber : www.bolandref.com)
Gambar 2.16 : Evaporator pipa bersirip
(38)
2.1.4.3Komponen-komponen Tambahan Mesin Siklus Kompresi Uap
a. Thermostat
Thermostat adalah alat yang berfungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja
kompresor.
Gambar 2.17 : Thermostat (Sumber : www.agamtorik.web.id)
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 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, kemudian pegas akan menekannya sehingga
kontak sekelar akan membuka dengan demikian hubungan arus listrik akan
terputus. Kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang relatif 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 sekelar kontak sehingga sekelar menutup dan menghubungkan
(39)
kembali arus listrik, kompresor akan kembali bekerja. Gambar 2.17 memperlihatkan thermostat pada mesin pendingin.
b. Filter
Filter adalah alat yang digunakan untuk menyaring kotoran yang terbawa saat
proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, bahan pendingin yang membawa
kotoran akan tersaring dan kemudian bahan pendingin yang telah melewati filter
akan menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung
dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk kedalam
pipa kapiler dan dapat membuat pipa tersumbat, dan dapat menyebabkan sistem
tidak bekerja. Oleh kerna peran pipa kapiler sangat penting dalam sistem sirkulasi
refrigeran dalam mesin pendingin maka filter dipasang sebelum pipa kapiler.
Gambar 2.18 memperlihatkan filter.
Gambar 2.18 : filter
(sumber : m.indonesia.alibaba.com) c. Fan Evaporator
Fan adalah alat yang didigunakan untuk menyalurkan udara dari evaporator ke ruang yang akan didinginkan, serta mensirkulasikan udara agar suhu di dalam
ruang tetap dalam kondisi yang sama. Gambar 2.19 memperlihatkan motor dan
(40)
Gambar 2.19 : Motor dan daun kipas pada mesin showcase ( Sumber : Sadhanas.co.ic)
2.1.5 Refrigeran
Refrigeran atau bahan pendingin adalah fluida atau zat yang digunakan
dalam mesin pendingin yang berfungsi menghisap panas dari suatu tepat atau
suatu benda. Refrigeran pada mesin pendingin berperan penting untuk menyerap
panas melalui perubahan fase refrigeran dari cair ke gas (evaporasi) dan
membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran
dalam mesin pendingin mengalami perubahan dari cair ke gas kemudian setelah
melewati beberapa proses akan kembali lagi pada kondisi awal yaitu cair.
Secara umum pemilihan refrigeran untuk suatu keperluan tergantung dari
sifat-sifat refrigeran, bukan hanya kemampuannya untuk membuang panas, ada
pun sifat-sifat refrigeran yang harus diperhatikan yaitu apakah refrigeran beracun
atau tidak beracur, mudah terbakar, densitas, viskositas dan mudah didapat. Sifat
refrigeran yang aman adalah syarat utama yang harus diperhatikan saat memilih
refrigeran sifat aman yang menjadi acuan adalah tidak mudah dan tidak dapat
terbakar, tidak meledak, tidak beracun baik keadaan murni maupun bercampur
dengan air. Refrigeran tidak bereaksi dengan oli pelumas, tidak bereaksi dengan
(41)
uap air pada temperatur rendah, dan jika terjadi kebocoran refrigeran tidak
berkontaminasi dengan bahan makanan atau produk yang disimpan.
Setiap refrigeran memiliki batasan tekanan atau suhu tertentu, batasan ini
merupakan titik yang disebut dengan tekanan kritis, lewat dari keadaan kritis
refrigeran tetap berbentuk cairan walaupun panas terus menerus diberikan. Setiap
refigeran yang diberi temperatur kritis tidak dapat berwujud cair, dan tidak lagi
tergantung tekanan yang bekerja pada refrigeran.
Jenis golongan refrigeran yang umum digunakan pada masyarakat yaitu :
a. CFC (Cloro Fluoro Farbon), merupakan refrigeran yang paling berbahaya terhadap lapisan luar bumi atau lapisan ozon, dikarenakan jumlah
kaporitnya sangat tinggi. Golongan refrigeran jenis CFC ini mengandung
klorin, fluoro, dan karbon.
b. HFC (Hydro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat digunakan untuk menggantikan freon karena tidak menggunakan atom chlor (C1) yang
tidak merusak lapisan luar bumi atau lapisan ozon. Golongan refrigeran
jenis ini mengandung hidrogen, flourin dan karbon.
c. HCFC (Hydro Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat merusak lingkungan karena mengandung jumlah minimal klorin. Golongan
refrigeran jenis ini mengandung hidrogen, klorin dan karbon.
2.2 Tinjauan Pustaka
Markus (2007) Melakukan penelitian tentang fungsi dan karakterisasi mesin
AC dengan kondensor berpendingin udara dan air. Penelitian bertujuan : (a)
(42)
AC dengan kondensor berpendingin udara dan air (c) mengetahui karakteristik
komponen-komponen utamanya meliputi : Evaporator, kompresor, kondensor dan
katup ekspansi. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah : air,
udara, dan preon R-134a. Pengamatan dilakukan pada : (a) komponen-komponen
utama peralatan pengujian (b) pengukuran suhu, tekanan, dan laju aliran
masing-masing. Alat ukur yang digunakan pada pengamatan ini yaitu : thermometer analog air, thermometer digital, pressure gauge, dan flowmeter. Hasil penelitian menunjukkan : (a) semua komponen-komponen berfungsi dengan baik (a) dengan
kondensor berpendingin udara dan air masing-masing suhu yang dapat dicapai
adalah 14°C dan 17°C setelah refrigator beroperasi selama 10 menit (c) koefisien
prestasi COP masing-masing untuk kondensor berpendingin udara dan air adalah
2,97 dan 3,28.
Hasan (2009) Melakukan penelitian tentang efek perubahan suhu aliran
massa air pendingin pada kondensor terhadap kinerja mesin refrigerasi. Penelitian
bertujuan : (a) mendapatkan pengaruh perubahan laju aliran massa air pendingin
pada kondensor terhadap kinerja mesin siklus refrigerasi (b) mendapatkan suatu
kondisi optimal dan aman dalam pengoperasian mesin. Hasil penelitian
menunjukkan : (a) penambahan laju aliran massa air pendingin menyebabkan
temperatur air keluar turun, tetapi kalor yang dilepas ke sekeliling juga naik (b)
daya kompresor meningkat (c) nilai COP yang bervariasi (d) Kondisi optimal dan
aman untuk pengoperasian mesin dilaboratorium yaitu laju aliran massa air
pendingin kondensor 20 gr/s dan dan laju aliran avaporator 30 gr/s dengan
(43)
Puji (2012) Melakukan penelitian tentang analisis pengaruh gangguan heat transfer kondensor terhadap performance air conditioning. Tujuan penelitian adalah : (a) merakit satu unit sistem refrigerasi berupa seperangkat AC windows yang meliputi : kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, air dryer dan refrigeran yang digunakan adalah R-22 (b) mengetahui kecepatan udara dari fan pendingin kondensor (c) mengetahui tekanan, temperatur, dan laju aliran massa
dengan variasi putaran kipas kondensor terhadap kecepatan udara pendingin,
variasi kecepatan udara pendingin 1,6 – 3,5 m/s yang dihasilkan dari putaran kipas 600 – 1200 rpm. Hasil penelitian ini menunjukan : (a) semakin cepat putaran kipas maka semakin besar laju aliran massa udara untuk mendinginkan kondensor
(b) koefisien prestasi (COP) semakin meningkat.
Ubab dan Arsana (2013) Melakukan penelitian tentang pengaruh laju aliran
fluida masuk terhadap kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan kawat
konveksi bebas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh
laju aliran fluida masuk terhadap kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan
kawat pada konveksi bebas. Penelitian ini menggunakan alat penukar panas
dengan panjang kawat 445 mm, jarak antar kawat 7 mm, diameter kawat 1,2 mm,
lebar kawat 431 mm, jarak antar tube 40 mm, diameter tube 5 mm dan lebar tube 476 mm serta pembuluh di buat dalam 12 belitan, fuida kerja yang digunakan
minyak (thermo 22). Metode dalam penelitian ini adalah (a) Memasang
thermocauple di sembilan titik lokasi pengukuran pada alat penukar panas (b) Pengamatan menggunakan tiga variasi laju aliran fluida masuk yaitu 0,006 kg/s,
(44)
dan suhu ruangan 30°C. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa laju aliran fluida
masuk berpengaruh terhadap kapasitas penukar panas, hal ini terbukti bahwa
dengan laju aliran fluida yang tinggi menghasilkan kapasitas penukar panas yang
paling baik yaitu sebesar 42,2 watt pada keadaan konveksi bebas.
Heroe (2015) Melakukan penelitian tentang analisis kerakteristik unjuk
kerja sistem pendingin yang menggunakan freon R-22 berdasarkan pada variasi
putaran kipas pendingin kondensor. Penelitian ini bertujuan: (a) mengatur
kelembaban, pemanasan dan pendinginan di dalam ruangan tersebut. (b)
mendapatkan suhu udara yang sesuai dengan yang diinginkan. Metode yang
digunakan dalam penelitian adalah : (a) percobaan menggunakan peralatan dari
mesin refrigerasi sistem pendingin udara di laboratorium fluid (b) pengukuran
dilakukan terhadap : suhu, tekanan dan perbedaan tekanan di kompresor (c)
variasi putaran motor listrik fan kondensor adalah 50 rpm sampai dengan 150 rpm. Dari percobaan ini menunjukkan hasil yaitu : semakin besar laju aliran udara
pendingin kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat (b)
karena pelepan kalor yang cepat akan berimbas pada temperatur kondesor yang
semakin rendah, sehingga dapat menghasilkan suhu yang lebih rendah lagi pada
keluaran evaporator (c) kerja kompresor lebih ringan pada variasi laju pelepasan
(45)
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Persiapan Komponen Utama dan Komponen tambahan Mesin
Showcase
Pembuatan mesin pendingin showcase pada penelitian ini menggunakan beberapa komponen utama dan komponen tambahan, dimana komponen utama
meliputi : Kompresor, Kondensor, Pipa kapiler, Evaporator, sedangkan untuk
komponen tambahan meliputi : filter, thermostat, kipas angin, dan Refrigeran. a. Kompresor
Kompresor merupakan komponen utama yang digunakan sebagai alat untuk
menaikan tekanan dan mengalirkan fluida kerja di dalam sistem mesin pendingin
showcase, Kompresor yang digunakan adalah kompresor jenis hermetik dengan merek Nipon Compressor, dimana kompresor ini memiliki daya 115 W, Arus 0,88 A dan tegangan 220 V. Gambar 3.1 menunjukkan kompresor hermetik yang
digunakan.
Gambar 3.1 : Kompresor hermatik yang digunakan
b. Kondensor
Kondensor merupakan komponen utama yang digunakan sebagai alat untuk
(46)
Kondensor yang digunakan adalah kondensor dengan jari-jari penguat atau
kondensor U, dimana kondensor ini memiliki material pipa yang terbuat dari besi
dan sirip terbuat dari baja, kondensor ini memiliki 53 jari-jari penguat dan 8
lekukan pipa atau 8U. Gambar 3.2 menunjukkan kondensor dengan jari-jari
penguat (kondensor U).
Gambar 3.2 : Kondensor jari-jari penguat (8U) yang digunakan
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler merupakan alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan
refrigeran di dalam sistem mesin pendingin showcase, Pipa kapiler yang digunakan memiliki bahan dari tembaga dengan panjang pipa 150 cm, dan
diameter pipa 0,71 mm. Gambar 3.3 menunjukkan pipa kapiler.
Gambar 3.3 : Pipa kapiler yang digunakan
d. Evaporator
Evaporator merupakan komponen utama yang digunakan sebagai alat untuk
(47)
gas) menjadi fase gas. Perubahan fase ini terjadi karena adanya perpindahan kalor
dari lingkungan evaporator ke refrigeran. Evaporator yang digunakan pada
pembuatan mesin pendingin showcase adalah evaporator datar. Gambar 3.4 menunjukkan evaporator datar yang akan digunakan.
Gambar 3.4 : Evaporator datar yang digunakan
e. Filter
Filter merupakan komponen tambahan yang digunakan sebagai alat untuk
menyaring kotoran yang ada pada refrigeran, misalnya kotoran korosi pipa,
debu-debu sisa pemotongan pipa. Pemasangan filter dengan tujuan agar tidak terjadinya
penyumbatan pada pipa kapiler. Filter yang digunakan pada pembuatan mesin
pendingin showcase adalah filter berbahan tembaga. Gambar 3.5 menunjukkan filter yang digunakan.
Gambar 3.5 : Filter yang digunakan
f. Pipa Tembaga
Pipa tembaga merupakan komponen yang digunakan untuk menyalurkan
refrigeran dalam sistem mesin pendingin siklus kompresi uap, penggunaan pipa
(48)
cukup tahan terhadap korosi. Gambar 3.6 menunjukkan pipa tembaga yang
digunakan.
Gambar 3.6 : Pipa tembaga yang digunakan
g. Refrigeran
Refrigeran merupakan fluida kerja yang digunakan sebagai penghantar
panas dari ruang evaporator menuju kondensor dengan bantuan kompresor. Jenis
refrigeran yang digunakan pada mesin pendingin showcase adalah refrigeran 134a. Gambar 3.7 menunjukkan tabung refrigeran 134a yang digunakan.
Gambar 3.7 : refrigeran 134a yang digunakan
h. Fan kondesor
Fan merupakan komponen tambahan yang digunakan sebagai alat untuk mempercepat proses pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan. Jenis
kipas angin yang digunakan pada mesin pendingin showcase adalah kipas merek sakai model HFN 950 dengan ukuran 23 cm serta memiliki daya 35 w. Gambar
(49)
Gambar 3.8 : Fan yang digunakan untuk kondensor i. Fan evaporator
Kipas angin untuk evaporator digunakan untuk mensirkulasikan udara
didalam ruangan evaporator agar suhu disetiap ruang dalam kondisi sama. Kipas
yang digunakan adalah kipas model 120x120x38 yang memiliki daya 220V-240V,
50/60 HZ, dan arus 0,14 A. Gambar 3.9 menunjukkan fan yang digunakan untuk evaporator.
Gambar 3.9 : Fan yang digunakan untuk ruang evaporator
3.2 Peralatan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin
Showcase
Dalam pembuatan mesin pendingin showcase memerlukan alat-alat pendukung sebagai berikut :
a. Pemotong pipa (Tube cutter)
Tube cutter berfungsi untuk memotong pipa-pipa tembaga yang akan digunakan pada mesin pendingin showcase. Gambar 3.10 menunjukkan Tube cutter.
(50)
Gambar 3.10 : Pemotong pipa (Tube cutter) b. Pelebar pipa (Tube expander)
Tube expander digunakan untuk melebarkan ujung pipa agar mudah dalam proses penyambungan pipa. Gambar 3.11 menunjukkan tube expander.
Gambar 3.11 : pelebar pipa (sumber : Aliexpress.com) c. Alat Las
Alat las merupakan alat yang digunakan untuk menyambung dan menambal
pipa-pipa tembaga pada mesin pendingin showcase. Gambar 3.12 menunjukkan alat las.
Gambar 3.12 : Alat las
d. Bahan Las
Bahan las merupakan bahan yang digunakan untuk menyambung pipa-pipa
(51)
sambungan antar pipa tembaga, dan menggunakan bahan torak jika sambungan
pipa tembaga dan besi. Gambar 3.13 menunjukkan bahan las.
Gambar 3.13 : Bahan las
e. Cairan Metil
Cairan metil digunakan sebagai cairan untuk membersihkan saluran-saluran
pipa tembaga, pada saat pemvakuman pada sistem mesin pendingin showcase. Gambar 3.14 menunjukkan botol cairan metil merek thawzone yang digunakan.
Gambar 3.14 : Cairan metil
f. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan sebagai alat untuk mengkondisikan sistem mesin
pendingin agar kondisi dalam sistem berada pada kondisi vakum.
(52)
Proses pemvakuman dimaksudkan agar uap air yang berada di dalam sistem
mesin pendingin dapat keluar dari sistem. Jika uap air tidak dikeluarkan dari
dalam sistem maka membuat air menjadi beku pada saat sitem sedang berjalan
dan uap yang membeku akan berkumpul di dalam filter dan refrigeran akan
tersumbat. Gambar 3.15 menunjukkan model pompa vakum yang digunakan.
g. Pressuare gauge (pengukur tekanan)
Pressre gauge digunakan sebagai alat untuk mengukur tekanan refrigeran dalam sistem mesin pendingin pada saat pengisian maupun pada saat sistem mesin
pendingin beroperasi. Gambar 3.16 menunjukkan pressure gauge yang digunakan.
Gambar 3.16 : Pressure gauge
3.3 Proses Pembuatan Mesin Pendingin Showcase
3.3.1 Pembuatan Mesin Pendingin Showcase
Dalam Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ada beberapa langkah-langkah pembuatannya sebagai berikut :
a. Mempersiapkan kerangka aluminium yang digunakan untuk tempat
kompresor di bagian bawah dan kotak kaca sebagai ruang evaporator yang
terletak di bagian atas dilapisi dengan gabus, pelapisan menggunakan gabus
(53)
serta tempat kipas dibagian tengah dengan penguat dua plat aluminium.
Gambar 3.17 menunjukkan kerangka aluminium yang digunakan.
Gambar 3.17 : Kerangka aluminium
b. Mempersiapkan kompresor dan dipasang pada bagian bawah ruang
evaporator dan diperkuat dengan 2 pasang Baut dan mur agar tidak bergerak
saat terjadi getaran pada saat kompresor beroperasi. Gambar 3.18
menunjukkan kompresor yang telah terpasang.
(54)
c. Mempersiapkan kondensor dan dipasang pada bagian tiang kerangka bagian
belakang, dan diperkuat dengan 4 pasang baut dan mur, pemasang di
belakang agar panas yang dilepas oleh kondensor tidak terasa oleh pengguna
mesin pendingin dan membuat mesin lebih rapi. Gambar 3.19 menunjukkan
posisi kondensor yang telah terpasang.
Gambar 3.19 : Posisi kondensor yang telah terpasang
d. Mempersiapkan dan memasang evaporator di dalam kotak kaca, pada setiap
bagian kotak sudah dilapisi gabus. Gambar 3.20 menunjukkan gambar posisi
evaporator yang telah terpasang.
Gambar 3.20 : Posisi evaporator telah terpasang
e. Mempersiapkan thermostat kemudian pasang thermostat pada sisi kanan bawah kotak kaca dan diperkuat dengan dua sekrup, serta pasang kabel yang
(55)
menghubungkan thermostat dengan kompresor dan masukan kabel sensor suhu pada ruang evaporator. Gambar 3.21 menunjukkan posisi thermostat yang telah terpasang.
Gambar 3.21 : Thermostat yang telah terpasang
f. Mempersiapkan pipa tembaga dan memotong pipa menggunakan tube catter sesuai ukuran yang dibutuhkan, serta melebarkan bagian ujung-ujung pipa
yang akan disambung menggunakan tube expander agar mudah disambungkan dan dilas.
Gambar 3.22 : Proses pemotongan pipa tembaga
g. Menyambungkan dan mengelas pipa tembaga dari evaporator menuju
kompresor.
(56)
h. Menyambungkan dan mengelas pipa tembaga dari kompresor menuju
kondensor.
Gambar 3.24 : Proses pengelasan sambungan pipa dari kompresor ke kondensor
i. Mengelas sambungan pipa antara kondensor dengan filter.
Gambar 3.25 : Proses pengelasan sambungan pipa kondensor dengan filter
j. Mengelas sambungan antara filter dengan pipa kapiler serta sambungan
antara pipa kepiler ke pipa menuju evaporator.
Gambar 3.26 : Proses pengelasan sambungan filter ke pipa kapiler
k. Memasang kipas (fan) pendingin kondensor pada bagian bawah kotak kaca dan diperkuat dengan plat aluminium, dan arahkan posisi angin ke kondensor,
(57)
serta sambungkan kabel kipas angin ke kabel kompresor, pastikan semua
kabel tersambung dengan baik.
Gambar 3.27 : Posisi fan pada kondensor telah terpasang
l. Memasang kipas (fan) dalam ruang evaporator dan sambungkan juga kabel listrik kipas pada kabel kompresor dan pastikan sambungan terpasang dengan
rapi dan aman.
Gambar 3.28 : Posisi fan pada ruang evaporator telah terpasang
3.3.2 Proses Pemvakuman dan Pemetilan
Proses pemvakuman dan pemetilan pada sistem mesin pendingin diperlukan
agar sistem mesin pendingin dapat digunakan. Proses pemvakuman merupakan
proses untuk menghilangkan udara yang terjebak dalam pipa-pipa dalam sistem
mesin pendingin, dan proses pemetilan dimana proses ini dilakukan setelah proses
(58)
dalam pipa-pipa pada sistem mesin pendingin showcase. Adapun langkah-langkah yang dilakukan untuk proses pemvakuman dan proses pemetilan sebagi berikut :
a. Menyiapkan alat-alat dan bahan yang digunakan yaitu : pompa vakum, cairan
metil, pressure gauge dan selang.
b. Memasangkan selang pada pompa vakum dan sambung pada sistem mesin
pendingin serta pentil kompresor.
c. Menyalakan pompa vakum, secara perlahan udara yang terjebak dalam
pipa-pipa pada rangkaian akan keluar melewati potongan pipa-pipa kapiler yang telah
dilas dengan lubang keluar filter.
d. Ketika sistem telah mencapai keadaan vakum, maka pada jarum penunjuk
pressure gauge akan menunjukan angka negatif.
e. Memberikan cairan metil kurang lebih satu tutup botol dengan cara
menempelkan cairan metil pada potongan pipa kapiler.
f. Mematikan pompa vakum, agar cairan metil terhisap dan masuk ke dalam
sistem mesin showcase.
g. Kemudian Mengelas ujung potongan pipa kapiler dan pastikan tidak ada
kebocoran.
(59)
3.3.3 Proses Pengisian Refrigeran 134a
Pengisian refrigeran pada mesin pendingin merupakan tahap terakhir pada
proses pembuatan mesin pendingin showcase, agar mesin pendingin bisa beroperasi, ada pun tahap-tahap pengisian refrigeran pada mesin showcase sebagai berikut :
a. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan yaitu, refrigeran 134a dan
pressure gauge serta selangnya.
b. Memasang pentil dibagian pipa pengisian refrigeran pada kompresor.
c. Memasang selang pressure gauge pada tabung refrigeran dan memasang ujung selang pressure gauge pada pentil pengisian refrigeran yang ada dikompresor.
d. Setalah semua selang terpasang dengan baik. Kemudian menyalakan
kompresor dan membuka penuh kran pada tabung refrigeran.
e. Ketika proses pengisian refrigeran tekanan pada sistem harus dibawah 0 bar
yang sebelumnya telah divakum terlebih dahulu.
f. Kemudian mengukur arus pada kompresor menggunakan tang amper, pada
umumnya arus yang dikonsumsi kompresor berada dibawah angka arus yang
tertera pada name plate kompresor jika belum diisi refrigeran.
g. Membuka kran pada pressure gauge hingga angka menunjukkan 10 psi dan arus yang terukur kurang lebih yang tertera pada name plate berarti refrigeran sudah selesai diisi dan menutup semua kran pada pressure gauge.
(60)
h. Mengecek pipa yang dekat dengan evaporator jika sudah terbetuk bunga es
pada pipa-pipa tersebut maka refrigeran dalam sistem mesin pendingin
bekerja dengan baik.
i. Setelah refrigeran sudah terisi, mematikan kompresor kemudian menutup dan
melepas selang pressure gauge dan menutup pentil pada kompresor.
Gambar 3.30 : Proses pengisian refrigerant
3.3.4 Uji Coba Mesin Pendingin Showcase
Mesin showcase yang telah selesai dirakit perlu diuji coba guna mendapatkan informasi apakah mesin showcase benar-benar dapat bekerja dengan baik atau belum. Uji coba dilakukan dengan cara mengoperasikan mesin
showcase, kemudian mengukur suhu dan tekanan yang diperlukan agar dapat
diketahui berapa suhu kerja yang dihasilkan kondensor dan evaporator. Setelah
suhu dan tekanan diketahui dalam jangka waktu yang ditentukan, kemudia olah
data yang sudah ada dengan menggunakan P-h diagram agar dapat dilihat hasil
yang ingin diketahui.
Jika suhu yang dicapai evaporator dan kondensor sesuai dengan yang
(61)
yang dihasilkan oleh evaporator dan kondensor tidak sesuai dengan yang di
nginkan maka mesin pendingin mengalami kerusakan mungkin terjadi kebuntuan
(62)
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Objek Penelitian
Objek dari penelitian ini adalah unit mesin pendingin showcase yang dirakit di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma.
Gambar 4.1 : Sketsa mesin showcase
(63)
Mesin showcase bekerja dengan siklus kompresi uap. Daya kompresor yang dipergunakan 115 W, dan komponen utama lainya menyesuikan. Sebelum pipa
kapiler terpasang filter. Ukuran ruangan evaporator adalah panjang 50 cm, lebar
35, dan tinggi 20 cm. Pada bagian kondensor mesin pendingin showcase dipasang kipas sebagai alat yang dipergunakan untuk mempercepat proses pelepasan panas
dari kondensor ke lingkungan. Daya kipas yang dipergunakan 35 W. Pada mesin
showcase dilengkapi thermostat sebagai pengatur suhu dalam ruang evaporator. Refrigeran yang dipergunakan R134a, dan beban pendinginan yang dipakai adalah
air, sebanyak 8 botol, dengan ukuran 600 ml/botol. Gambar 4.1 menunjukkan
sketsa komponen mesin pendingin showcase dan Gambar 4.2 menunjukkan unit mesin pendingin showcase yang sudah dirakit.
4.2 Variasi Penelitian
Peneltian dilakukan dengan memvariasikan kecepatan kipas yang
dipergunakan untuk mempercepat aliran udara melewati kondensor, variasinya
adalah (a) tanpa kipas, (b) kecepatan kipas medium (4,4 m/s), dan (c) kecepatan kipas high (5,1 m/s).
4.3 Alat Bantu Penelitian
Pada penelitian unit mesin showcase dibutuhkan beberapa alat bantu ukur seperti pressure gauge, thermocouple digital, tang amper (calmp meter), thermometer ruangan, dan stopwatch.
a. Pressure gauge
Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran yang masuk dan yang keluar dari kompresor, pada penelitian ini, angka yang ditunjukan oleh
(64)
jarum pressure gauge dalam satuan bar. Pressure gauge warna biru menampilkan nilai tekanan yang masuk kompresor, dan pressure gauge warna merah menampilkan nilai tekanan keluar kompresor. Gambar 4.3 memperlihatkan
pressure gauge.
Gambar 4.3 : Pressure gauge
b. Thermocouple digital
Thermocauple digital digunakan untuk mengukur perubahan suhu pada titik-titik yang ingin diambil datanya pada mesin pendingin showcase. Prinsip kerja thermocouple digital adalah dengan menempelkan ujung kawat logam pada komponen yang akan diukur suhunya. Kemudian nilai suhu yang terbaca oleh
kawat logam thermocauple akan ditampilkan pada alat penampil suhu digital. Gambar 4.4 memperlihatkan thermocouple digital.
Gambar 4.4 : Thermocauple digital
(sumber : www.hdgate.com) c. Tang amper (clamp meter)
Tang amper digunakan untuk mengukur arus listrik yang dikonsumsi oleh
(65)
rahang penjepitnya kemudian baca nilai arus tertera pada layar tang amper.
Gambar 4.5 memperlihatkan tang amper digital.
Gambar 4.5 : Tang amper (calmp ampere) (sumber : www.kew-ltd.co.jp) d. Thermometer ruangan
Thermometer ruangan di gunakan untuk mengukur suhu ruangan pada saat pengambilan data penelitian. Gambar 4.6 memperlihatkan thermometer ruangan.
Gambar 4.6 : Thermometer ruangan ( sumber : id.alixpress.com) e. Stopwacth
Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data, jarak data 1 dan 2 ± 20 menit, seperti itu sampai seterusnya hingga mendapatkan suhu yang
diinginkan dalam ruang evaporator tercapai (pengaturan suhu ruang evaporator
4°C). Gambar 4.7 memperlihatkan stopwacth.
Gambar 4.7 : Stopwatch
(66)
4.4 Alur Penelitian
Sebelum melakukan pengambilan data pada unit mesin pendingin showcase, terlebih dahulu membuat alur penelitian agar mempermudah proses pengambilan
data. Gambar 4.8 menunjukkan alur penelitian.
Gambar 4.8 : Alur penelitian
4.5 Skema Pengambilan Data
Pada proses pengambilan data memerlukan beberapa alat akur seperti
thermocouple digital, tang ampere, stopwacth,thermometer ruangan, dan pressure Mulai
Mempersiapkan komponen dan alat bantu pembuatan mesin
Pembuatan mesin dan pemasangan alat ukur
Uji coba
Tidak baik
Baik Persiapan pengambilan data
Pengambilan data dengan memvariasikan kecepatan kipas
Pengolahan data dan pembahasan
Membuat kesimpulan dan saran
(67)
gauge. Semua alat ukur tersebut memiliki fungsi masing-masing dan dipasang pada titik-titik yang ingin diambil datanya pada penelitian ini. Gambar 4.9
menunjukkan skema pengambilan data.
Gambar 4.9 : Skema pengambilan data
a. Thermocauple digital (T1)
Digunakan untuk mengukur suhu yang keluar dari evaporator menuju
kompresor, dalam satuan (°C).
b. Thermocauple digital (T2)
Digunakan untuk mengukur suhu yang keluar dari kompresor menuju
(68)
c. Thermocauple digital (T3)
Digunakan untuk mengukur suhu yang keluar dari kondensor menuju pipa
kapiler, dalam satua (°C).
d. Manifold (P1)
Digunakan untuk mengukur tekanan yang masuk menuju kompresor,
dalam satuan (Bar).
e. Manifold (P2)
Digunakan untuk mengukur tekanan yang keluar dari kompresor, dalam
satuan (Bar).
f. Tang amper
Digunakan untuk mengukur arus yang di konsumsi oleh kompresor, dalam
satuan (A).
g. Thermometer ruangan
Digunakan untuk mengukur suhu ruangan, dalam satuan (°C).
h. Stopwacth
Digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data, dalam satuan (menit).
4.6 Cara Mendapatkan Data
Data-data penelitian diperoleh dari hasil pengukuran yang ditampilkan oleh
alat ukur yang telah dipasang pada titik-titik yang ditentukan pada mesin
pendingin showcase. Cara yang dilakukan untuk mendapatkan data pada proses pengambilan data dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
a. Menyiapkan unit mesin showcase, dan alat ukur serta beban pendingin yang akan digunakan.
(69)
b. Memastikan bahwa alat ukur seperti thermocouple yang digunakan sudah dikalibrasi.
c. Memasang kabel thermocouple pada ruang evaporator, pipa dari evaporator ke kompresor (T1), pipa dari kompresor ke kondensor (T2), dan pipa dari
kondensor ke pipa kapiler (T3).
d. Memasang tang amper pada kabel listrik yang masuk ke kompresor.
e. Menyalakan mesin pendingin showcase, setelah langkah a sampai d
dilakukan.
f. Menyalakan kipas pendingin pada kondensor (jika diperlukan)
g. Pencatatan dalam pengambilan data yaitu :
T1 : suhu refrigeran dari evaporator menuju kompresor. (°C)
T2 : suhu refrigeran dari kompresor menuju kondensor. (°C)
T3 : suhu refrigeran dari kondensor menuju pipa kapiler. (°C)
P1 : Tekanan refrigeran masuk kompresor. (Bar)
P2 : Tekanan refrigeran keluar kompresor. (Bar)
I : Besar arus listrik untuk kerja kompresor. (Amper)
Setelah semua alat ukur terpasang dengan baik, dan proses pengambilan
data sudah berjalan, maka data yang terbaca oleh alat ukur dicatat ke dalam tabel.
Proses pengambilan data diambil setiap 20 menit dengan 3 variasi data yaitu, data
tanpa kipas, kecepatan kipas medium, dan kecepatan kipas high. Pengaturan suhu maksimal dalam ruang evaporator 4°C. Tabel 4.1 menyajikan tabel yang
(70)
P1 P2 T1 T2 T3
Ruang Evaporator
1 20
2 40
3 60
4 80
5 100
6 120
7 140
8 160
9 180
10 200
11 220
12 240
13 260
14 280
Arus (amper) No Waktu
( menit )
Tekanan (Bar) Suhu (°C)
Tabel 4.1. Tabel pengambilan data
4.7 Cara Mengolah Data
Data yang telah tercatat di tabel pengamatan, digunakan untuk menggambar
siklus kompresi uap pada P-h diagram sesuai dengan jenis refrigeran yang
digunakan pada mesin pendingin, untuk mencari nilai entalpi, yaitu h1, h2 h3, h4,
suhu kondensor dan suhu evaporator. Setelah semua nilai entalpi diketahui,
selanjutnya menghitung karakteristik dari mesin pendingin showcase dengan cara menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout), kalor yang diserap oleh
evaporator (Qin), kerja yang dilakukan kompresor (Win), COP serta efisinesi dari
mesin pendingin showcase, dengan menggunakan rumus-rumus yang ada pada
(71)
4.8 Cara Mencari Nilai Entalpi Menggunakan P-h Diagram
Cara mencari nilai entalpi menggunakan P-h diagram yaitu :
a. Menyiapkan P-h diagram, penggaris, pensil/pulpen (warna), dan data hasil
pengukuran.
b. Membuat garis lurus secara horizontal dengan acuan nilai tekanan P1 dan P2
(penelitian ini menggunakan satuan bar dan tekanan yang digunakan adalah
tekanan absolut). Dari sini akan didapat nilai suhu maksimal kerja dari
kondensor (°C) dan evaporator (°C). Suhu maksimal kerja kondensor yaitu
garis tekanan P2 (tekanan tinggi) dan suhu maksimal kerja evaporator yaitu
tekanan P1 (tekanan rendah).
c. Setelah garis tekanan sudah didapat, kemudian menggunakan suhu keluar
kondensor (T3) yang terukur sebagai titik acuan, dan membuat garis
temperatur kearah kiri, sampai memotong garis takanan P2. Setelah titik
pertemuan kedua garis didapat (biasanya berada difase cair), selanjutnya
membuat garis lurus secara vertikal (entalpi konstan). Dan didapat nilai h3
dan h4 ( kJ/kg).
d. Kemudian, menggunakan suhu masuk kompresor (T1) yang terukur sebagai
acuan. Membuat garis mengikuti garis temperatur kearah kanan sampai garis
tekanan P1. Kemudian dari titik pertemuan (biasanya berada difase gas) garis
lurus secara vertikal. Dan akan didapat nilai h1 (kJ/kg).
e. Selanjutnya, membuat garis ke arah atas, mengikuti garis entropy, dengan acuan titik pertemuan, suhu evaporator dengan garis tekanan P1, sampai garis
(72)
didapat. membuat garis lurus secara vertikal. Dari sini akan didapat nilai h2
(kJ/kg).
Jadi nilai-nilai yang didapat dari P-h diagram adalah h1, h2, h3, h4 (dalam
satuan kJ/kg), suhu kerja dari evaporator dan kondensor (dalam satuan °C), yang
akan digunakan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase.
Gambar 4.10 : P-h diagram
4.9 Cara Mendapatkan Kesimpulan
Kesimpulan didapat dari hasil pengolahan data, kemudian hasil pengolahan
data disajikan dalam bentuk grafik agar mempermudah pembahasan, setelah itu
melakukan perbandingan hasil perhitungan karakteristik mesin pendingin
(73)
P1 P2 T1 T2 T3
Ruang evaporator
1 20 1,8 14 18,7 59,2 47,5 17,5 0,96
2 40 1,8 14 14,9 65,4 47,3 15,6 0,96
3 60 1,8 14 13,4 67,2 47,1 13,8 0,96
4 80 1,8 14 12,7 70,4 45,3 12,4 0,96
5 100 1,8 14 10,5 70,5 49,3 11,5 1,01
6 120 1,8 14 9,8 68,7 49,6 10,3 0,95
7 140 1,8 14 9,5 72,2 49,7 9,2 1,01
8 160 1,8 14 8,4 69,5 45,2 8,1 1,01
9 180 1,8 14 7,6 71,7 48,1 7,2 1,01
10 200 1,8 14 5,8 68,6 47,9 6,5 1,02
11 220 1,8 14 2,8 70,1 50,4 6,4 1,02
12 240 1,8 14 0,7 68,7 48,5 5,7 1,02
I (A)
No Waktu
(Menit)
Tekanan (Bar) Suhu (°C
)
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitian
Hasil dari penelitian yang telah dilakukan terhadap mesin showcase dengan memvariasikan kecepatan kipas pendingin pada kondensor, diperoleh beberapa
nilai hasil pengukuran tekanan refrigeran masuk kompresor (P1), tekanan
refrigeran keluar kompresor (P2), suhu refrigeran dari evaporator menuju
kompresor (T1), suhu refrigeran dari kompresor menuju kondensor (T2), suhu
refrigeran dari kondensor menuju pipa kapiler (T3), besar arus listrik untuk kerja
kompresor (I), dan suhu pada ruangan evaporator. Data-data yang diperoleh terdiri
dari beberapa variasi kecepatan kipas pada kondensor, yaitu data tanpa kipas, data
kecepatan kipas medium, data kecepatan kipas high. Tabel 5.1 menyajikan data tanpa kipas, Tabel 5.2 menyajikan data kecepatan kipas medium, dan Tabel 5.3 menyajikan data kecepatan kipas high.
(74)
P1 P2 T1 T2 T3 Ruang evaporator
1 20 1,4 11 19,9 66 39,7 23 0,96
2 40 1,45 11 19,7 78,5 40,3 18,9 0,96
3 60 1,45 11 18,6 82,7 40,4 15,4 0,96
4 80 1,45 11,1 16,9 84,4 40 12,1 0,95
5 100 1,45 11,1 15,2 84,9 40,5 9,8 0,96
6 120 1,45 11 14,8 84,4 40,1 7,8 0,96
7 140 1,45 11 13,3 83,2 38,8 6,1 0,98
8 160 1,45 11 12,7 82,3 39,1 5,4 0,98
No Waktu
( Menit )
Tekanan (Bar) Suhu (°C)
I (A)
P1 P2 T1 T2 T3
Ruang evaporator
1 20 1,45 10 21,8 64,8 38,4 24,2 0,91
2 40 1,45 10 21,7 74,3 38,8 19,8 0,92
3 60 1,45 10 19,7 81,2 38,5 15,8 0,93
4 80 1,45 10 19,2 83,7 38,4 11,9 0,94
5 100 1,45 10 18,2 83,3 37,9 8,9 0,92
6 120 1,45 10 16,4 81,4 37,6 6,2 0,92
7 140 1,45 10 16,2 82,7 37,8 5,1 0,92
No Waktu ( menit )
Tekanan (Bar Suhu (°C)
I (A)
Data hasil penelitian digunakan untuk mencari nilai entalpi pada diagram
P-h, nilai entalpi yang diperoleh adalah h1, h2, h3, h4 dalam satuan (kJ/kg) serta suhu
kerj pada evaporator (TE) dalam satuan (°C) dan suhu kerja pada kondensor (TK)
dalam satuan (°C), nilai-nilai yang diperoleh dari diagram P-h akan digunakan
untuk mengetahui karakteristik dari mesin showcase. Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6 menyajikan nilai entalpi (h1, h2, h3, h4) serta suhu kerja dari evaporator (TE) dan
kondensor (TK) dari setiap variasi kecepatan kipas.
Tabel 5.2. Data pengujian Kecepatan medium
(75)
1 20 415 475 269 269 -12,73 52,41 2 40 413 475 268 268 -12,73 52,41 3 60 412 474 268 268 -12,73 52,41 4 80 411 474 263 263 -12,73 52,41 5 100 411 472 270 270 -12,73 52,41 6 120 409 471 272 272 -12,73 52,41 7 140 409 469 273 273 -12,73 52,41 8 160 407 467 265 265 -12,73 52,41 9 180 409 469 269 269 -12,73 52,41 10 200 408 466 269 269 -12,73 52,41 11 220 406 462 271 271 -12,73 52,41 12 240 403 461 271 271 -12,73 52,41
Suhu (°C) No Waktu
( Menit) h
1 h2 h3 h4 TE TK
Entalpi (kJ/kg)
1 20 422 469 255 255 -18,82 42,96 2 40 418 469 257 257 -17,97 42,96 3 60 416 468 257 257 -17,97 42,96 4 80 415 466 255 255 -17,97 42,96 5 100 415 465 256 256 -17,97 42,96 6 120 413 464 255 255 -17,97 42,96 7 140 412 463 251 251 -17,97 42,96 8 160 410 462 252 252 -17,97 42,96 TE TK
Suhu (°C) h1 h2 h3 h4
Waktu ( Menit) No
Entalpi (kJ/kg)
Tabel 5.4. Nilai entalpi, TE dan TK tanpa kipas
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
INTISARI
Saat ini showcase sangat banyak digunakan untuk berjualan minuman kemasan yang sering dijumpai di supermarket, warung-warung, bahkan di pasar-pasar. karena kegunaannya tersebut showcase sering sekali dijumpai pada depan warung-warung, hal ini dimaksudkan agar pembeli mudah melihat bahwa warung tersebut menjual minuman kemasan dingin. Dengan penempatan
showcase di luar ruangan, membuat showcase sering bersentuhan dengan angin, terutama kondensor yang merupakan alat pembuang panas dari sistem mesin
showcase, dimana penempatan kondensor pada umunya terletak di bagian belakangshowcasedan kontak langsung dengan udara luar. Dengan adanya angin yang sering berhembus berpengaruh terhadap proses pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan sekitar. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) merakit mesin pendingin showcase dengan siklus kompresi uap, (b) mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase, meliputi : energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondensor, kerja kompresor, nilai COP aktual dan COP ideal, laju aliran refrigeran serta nilai efisiensi mesin pendingin
showcaseuntuk berbagai variasi kecepatan kipas.
Penelitian ini menggunakan mesin showcase yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen utama Showcase meliputi kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler. Daya kompresor sebesar 115 watt, komponen yang lain menyesuaikan dengan daya kompresor, refrigeran yang dipergunakan adalah R-134a. Variasi yang dilakukan pada penelitian yaitu kecepatan putaran kipas yang mengaliri udara melewati kondensor : (a) Tanpa kipas (b) Kecepatan kipas
medium dan (c) Kecepatan kipas high. Daya kipas yang digunakan 35 W dan beban pendinginan 4,8 L air. Pengambilan data setiap 20 menit, suhu maksimal ruang evaporator diatur 4°C.
Penelitian ini memberikan hasil (a) Mesin showcase berhasil dirakit dan bekerja dengan baik, dengan tekanan kerja terendah pada evaporator sebesar 1,45 bar dan tekanan terendah pada kondensor sebesar 10 bar (b) Karakteristik mesin
showcase terbaik dialiri oleh udara dengan kecepatan high, dengan nilai rata-rata untuk kerja kompresor sebesar 45,43 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor sebesar 212,00 kJ/kg, kalor yang diserap evaporator sebesar 164,43 kJ/kg, COPaktual sebesar 3,64, COPidealsebesar 4,45, laju aliran refrigerant sebesar 0,00447 kg/s, dan efisiensi sebesar 81,35%.
(6)
ABSTRACT
In this time, the showcase very much to used for sell of beverage packaging, which is often found in supermarket, small shop, even in the markets. Because of its usefulnes, the showcase is often to finded in the front of shops, it’s the mean for easy buyers to see thats the shop for sell cold beverage packaging. With placement the showcase out of the room, make it have exposed to the wind, especially condensers, it’s heat dissipation tool of the showcase engine system, in the general the condensers placement have a located back of the showcase and have direct contach with out air. With the wind has often blowing effect to heat dissipation process from condensers to environment. The purpose from research is (a) assemble the cooling machine showcase with vapor compresion cycle, (b) to know characteristics of the cooling machine showcase, that is : kalor energy have the absorbed by evaporator, kalor energy has removed condensers, compressor work, coefficient of performance (COP), refrigerant flow rate and efficiency value of cooling machine showcase for fan speed variation.
This study used the showcase machine that’s worked with vapor compression cycle. The main component the showcase is compressor, evaporator, condensers, and capillary tube. The power of compressor is 115 W, others component have adjust with compressor power,the used refrigerant is R-134a. Variety of research is speed of fan which flowing air and then past the condenser : (a) without fan (b) medium fan speed and (c) high fan speed. The power of fan have to used 35 W and cooling load 4,8 L water. The taked data every 20 minute, maximum temperature evaporator room has setting 4°C.
The study give to results (a) the showcase machine got assembled succeed and worked well, with minimum work pressure on the evaporator as big as 1,45 bar and minimum pressure on the condenser as big as 10 bar (b) the best characteristics of showcase machine is flowed by air with high speed, with the average to compressor work as big 45,43 kJ/kg, the heat that condensers released as big as 212,00 kJ/kg, the heat that evaporator absorbed as big as 164,43 kJ/kg,
COPaktualas big as 3,64, COPidealas big as 4,45, the refrigerant flow rate as big as
0,00447 kg/s, and efficiency as big as 81,35%.