KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 175 CM

  

KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG

PIPA KAPILER 175 CM

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

  

BONAVENTURA PRADITTO WIBISONO

NIM : 095214027

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

THE CHARACTERISTICS OF A FREEZER MACHINE WITH

A 175 CM CAPILLARY PIPE

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfilment of the requirement

as to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering Study Program

  

By:

BONAVENTURA PRADITTO WIBISONO

Student Number : 095214027

  

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

  

ABSTRAK

  Saat ini mesin pendingin sangat penting dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis khususnya Indonesia. Mesin pendingin dapat digunakan untuk pengkondisian udara ataupun mendinginkan bahan makanan dan minuman. Mengingat peran dan pentingnya mesin pendingin secara umum, maka diperlukan pengetahuan tentang pembuatan dan pengembangan mesin pendingin. Mesin pendingin yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan kompresor dan menggunakan listrik sebagai energi penggeraknya. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik mesin freezer. Mesin pendingin freezer mempergunakan siklus kompresi uap. Panjang pipa kapiler yang dipergunakan 175 cm. Daya kompresor sebesar 115 W. Evaporator dan kondensor yang digunakan adalah komponen standar dari mesin freezer berdaya 115 W. Data

• – data penelitian yang diambil pada penelitian meliputi suhu dan tekanan pada mesin pendingin. Penelitian memberikan hasil (a) Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik (b) Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran pada saat stabil 142 kJ/kg (c) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 57 kJ/kg (d) Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 197 kJ/kg (e) COP aktual yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 2,58 (f) COP ideal yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 3,93 (g) Efisiensi yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 68%.

  

Kata Kunci : Kondensor, Evaporator, Pipa Kapiler, Kompresi uap, Mesin freezer,

  COP

  

ABSTRACT

  Cooler machine is really important in daily life nowadays, especially in Indonesia which has tropical climate. Cooler machine is also used for air conditioning or for food and drink cooler. Due to the importance of role of cooler machine generally, it is need to be known about the knowledge of making and development of cooler machine. Cooler machine that used for daily life uses compressor and electrical to drive the energy. The purpose of this writing is to explore the characteristics of freezer. Freezer uses vapor compression cycle.

  The length of capiler pipe is 175cm. The compressor power is 115W. The evaporator and condenser that is used is standard component of freezer which has power of 115W. Data of research which is taken are about the temperature and pressure of the cooler machine.

  The result of research is (a) The cooler machine is made and work successfully. (b) Heat absorbed by the refrigerant mass unity evaporator at steady is 142 kJ/kg. (c) Refrigerant mass unity compressors at steady work for 57 kJ/kg.(d) Heat released by the refrigerant mass unity condenser at steady is197 kJ. (e) Actual COP result at steady in 2,58. (f) Ideal COP result at steady in 3,93. (g) Efficiency result at steady is 68%.

  Keys : Condenser, Evaporator, Capiler Pipe, Vapor compression, Freezer, COP

KATA PENGANTAR

  Puji syukur atas berkah dan rahmat Tuhan Yang Maha Sempurna, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  Penulis merasa bahwa penelitian yang sedang dilakukan merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan langsung cara pembuatan dari awal, pengambilan data, pemahaman tentang prinsip kerja alat, dan solusi yang tepat terhadap masalah yang dihadapi.

  Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul

  “Karakteristik Mesin Freezer Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm ” ini karena adanya bantuan

  dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

  2. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sekaligus sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir.

  3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik yang telah membimbing saya selama kuliah.

  5. Vincentius Budiman dan Cicilia Widyastuti, orang tua yang selalu memberi dorongan doa dan motivasi kepada penulis.

  6. Stella Cynara Putri Anandara, A.md. yang selalu menemani dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

  7. Teman-teman teknik mesin angkatan 2009 yang membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  8. Teman-teman kost Patria yang selama empat tahun ini menjadi keluarga selama saya berada di Yogyakarta.

  Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Terima kasih.

  Yogyakarta, Agustus 2013 Penulis

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .........................................................................................

  i

  

TITLE PAGE .................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................ vi

ABSTRAK ......................................................................................................... vii

ABSTRACT ....................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix

DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi

  BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................

  1 1.l Latar Belakang ....................................................................................

  1 1.2 Perumusan Masalah ............................................................................

  2 1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................

  2 1.4 Batasan Masalah..................................................................................

  3 1.5 Manfaat Penelitian ..............................................................................

  4 BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...............................

  5 2.1 Dasar Teori .........................................................................................

  5

  2.2 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 18

  

BAB III. PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN ................ 20

  3.l Pembuatan Alat ................................................................................... 20

  3.2 Metodologi Penelitian ......................................................................... 27

  3.3 Cara Mendapatkan Kesimpulan .......................................................... 29

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 30

  4.2 Perhitungan ......................................................................................... 34

  4.3 Pembahasan ........................................................................................ 40

  

BAB V. PENUTUP ............................................................................................ 47

  5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 47

  5.2 Saran .................................................................................................... 48

  

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 49

  LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tekanan masuk kompresor ( P ) dan

  1

  tekanan keluar kompresor ( P

  2 ) ........................................... 30

Tabel 4.2. Suhu masuk kompresor ( T

  1 ) dan

  Suhu keluar kompresor ( T )

  2 ……………..……………… 31

Tabel 4.3. Suhu masuk kondensor ( T

  2 ) dan

  Suhu keluar kondensor ( T ) ................................................ 32

  3 Tabel 4.4. Suhu masuk evaporator ( T 4 ) dan

  Suhu evaporator ..................................................................... 33

Tabel 4.5. Nilai entalpi ............................................................................. 34Tabel 4.6. Energi yang dihisap evaporator persatuan massa .................................................................... 35Tabel 4.7. Kerja kompresor .................................................................... 36Tabel 4.8. Energi yang dilepas kondensor persatuan massa .................................................................... 37Tabel 4.9. COP aktual .............................................................................. 38Tabel 4.10. COP ideal ................................................................................ 39Tabel 4.11. Efisiensi .................................................................................. 40

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Kompresor .............................................................................. 20Gambar 3.7. Tang ampere .......................................................................... 25Gambar 3.6. Tube cutter ............................................................................ 24Gambar 3.5. Filter ...................................................................................... 24Gambar 3.4. Evaporator .............................................................................. 23Gambar 3.3. Pipa kapiler............................................................................. 22Gambar 3.2. Kondensor .............................................................................. 21Gambar 2.9. T-s diagram ........................................................................... 15Gambar 2.1. Kompresor hermetic ............................................................... 6Gambar 2.8. P-h diagram ........................................................................... 15Gambar 2.7. Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap standar ............................................................ 13Gambar 2.6. Perpindahan kalor konveksi .................................................. 10Gambar 2.5. Perpindahan kalor konduksi ................................................... 9Gambar 2.4. Evaporator ............................................................................. 8Gambar 2.3. Pipa kapiler............................................................................ 7Gambar 2.2. Kondensor ............................................................................. 7Gambar 3.8. Manifold gauge ...................................................................... 26Gambar 3.11. Contoh penggunaan P-h diagram

  Untuk mencari nilai entalpi ................................................... 29

Gambar 4.1. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit ................... 41Gambar 4.2. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit ............................................. 42Gambar 4.3. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit ................... 43Gambar 4.4. Hubungan COP aktual dengan waktu ..................................... 44Gambar 4.5. Hubungan COP ideal dengan waktu ....................................... 45Gambar 4.6. Hubungan Efisiensi dengan waktu ......................................... 46

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam kehidupan manusia sekarang ini peranan mesin pendingin sangat

  penting. Keinginan manusia untuk mengawetkan makanan lalu berkembang untuk kebutuhan yang lainnya. Sekarang ini mesin pendingin dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan kebutuhan industri. Secara umum mesin pendingin menggunakan sistem kompresi uap.

  Untuk rumah tangga kebutuhan mesin pendingin umumnya digunakan untuk pengawet makanan dan penyejuk ruangan, dalam kebutuhan perkantoran mesin pendingin digunakan untuk penyejuk ruangan agar orang yang bekerja dapat merasa nyaman didalam ruangan tersebut. Dunia tranportasi pun menggunakan mesin pendingin yang merupakan penyejuk ruangan dikendaraan pribadi maupun kendaraan umum. Kebutuhan lain mesin pendingin pada industri, seperti membekukan ice cream dalam jumlah banyak.

  Proses pendinginan pada mesin pendingin, umunya menggunakan system kompresi uap. Fluida yang digunakan merupakan refrigeran yang mudah diubah bentuk dari cair menjadi gas yang berfungsi mengambil panas dari evaporator dan membuangnya pada kondensor. Di pasaran banyak sekali jenis refrigeran. Pada refrigeran jenis tersebut adalah refrigeran yang mempunyai efek buruk terhadap lingkungan, dimana refrigeran jenis ini mempunyai ODP (Ozon Depleting

  

Potential ) yang tinggi yang menyebabkan lapisan ozon yang semakin menipis

  dikarenakan bahan CFC tersebut mengandung sifat stabil, tidak mudah terbakar, tidak beracun, dan compatible. Dengan adanya efek buruk dari penggunaan refrigeran R-12, maka muncul inisiatif untuk mengganti refrigeran yang ada pada perangkat pendinginan udara tersebut dengan refrigeran yang lebih ramah lingkungan seperti refrigeran R-134a.

  1.2. Perumusan Masalah

  Mengingat pentingnya mesin pendingin dan banyaknya pemakaian mesin pendingin, penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin pendingin. Inilah yang mendorong penulis melakukan penelitian tentang mesin pendingin. Dalam penelitian ini, akan dicari karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap. Mesin pendingin yang akan ditinjau adalah mesin freezer dengan daya 1/6 PK dan menggunakan panjang pipa kapiler 175cm. Mesin pendingin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan mesin pendingin freezer hasil buatan sendiri.

  1.3. Tujuan Penelitian b.

  Mendapatkan karakteristik freezer yang dibuat : 1)

  Mendapatkan besarnya energi kalor yang dihisap evaporator dari waktu ke waktu.

  2) Mendapatkan besarnya energi kalor yang dilepas kondensor dari waktu ke waktu.

  3) Mendapatkan besarnya kerja kompresor dari waktu ke waktu. 4)

  Mendapatkan nilai COP aktual mesin freezer dari waktu ke waktu. 5)

  Mendapatkan nilai COP

  ideal mesin freezer dari waktu ke waktu.

  6) Mengetahui efisiensi mesin pendingin dari waktu ke waktu.

1.4. Batasan Masalah

  Batasan masalah yang di ambil dalam penelitian ini adalah : a.

  b.

  Freezer yang dirancang menggunakan panjang pipa kapiler 175 cm, diameter standar 2,8 mm.

  c.

  Refrigeran yang dipergunakan dalam freezer : R134a.

  d.

  Evaporator yang dipergunakan merupakan evaporator jenis plat.

  e.

  Kompresor yang dipergunakan dalam penelitian adalah jenis kompresor hermetik.

  Freezer yang dirancang menggunakan kompresor dengan daya 1/6 PK.

1.5. Manfaat Penelitian

  Manfaat dari penelitian ini adalah : a.

  Mempunyai pengalaman dalam pembuatan freezer dengan siklus kompresi uap ukuran rumah tangga.

  b.

  Mampu memahami karakteristik freezer dengan siklus kompresi uap.

  c.

  Hasil penelitian dapat digunakan sebagai sumber referensi bagi para peneliti lain.

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Dasar Teori 2.1.1. Freezer Freezer bekerja dengan mengambil panas dari kompartemen. Panas yang

  terus menerus diambil akan menurunkan suhu dan membuat makanan menjadi beku. Freezer menggunakan zat yang disebut refrigeran untuk mengambil panas.

  Refrigeran yang paling umum digunakan adalah freon. Namun sekarang secara bertahap freon telah digantikan dengan bahan lain yang lebih ramah terhadap lingkungan. Komponen penting lain dari freezer adalah kompresor dan katup ekspansi/pipa kapiler. Komponen-komponen ini bersama dengan termostat dan kumparan membuat sebuah freezer bisa mendinginkan makanan sehingga awet disimpan dalam jangka lama. freezer bekerja dengan membuang panas dari dalam kompartemen. Proses diawali dengan refrigeran dalam bentuk gas masuk ke kompresor sehingga refrigeran menjadi sangat panas. Gas panas bergerak melalui kumparan dan mulai didinginkan. Hal ini menyebabkan gas berubah menjadi cair. Gas dipaksa menuju katup ekspansi dalam bentuk cair. Katup ekspansi memiliki bukaan yang sangat kecil yang ketika refrigeran melalui bukaan itu akan berubah menjadi kabut yang sangat dingin.Saat melewati kumparan bawah freezer, kabut panas. Refrigeran kemudian dikirim kembali ke kompresor untuk memulai proses lagi dari awal.

2.1.2. Komponen utama Freezer.

  a.

  Kompresor Kompresor adalah suatu alat mekanis yang bertugas untuk menghisap uap refrigeran dari evaporator. Kemudian menekannya (mengkompres) dan dengan demikian suhu ditekanan uap tersebut menjadi lebih tinggi.

Gambar 2.1 Kompresor hermetik b.

  Kondensor Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk membuang kalor ke lingkungan, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk kondensor refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondensor refrigeran berupa uap jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti

Gambar 2.2 Kondensor c.

  Pipa Kapiler Pipa kapiler merupakan komponen utama yang berfungsi menurunkan tekanan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran menuju evaporator. Pipa kapiler ini adalah pipa yang paling kecil jika di banding dengan pipa lainnya, untuk pipa kapiler suatu frezzer atau dispenser berukuran 0,26" s/d 0,31". Kerusakan pada pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena pipa kapiler ini mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli. d.

  Evaporator Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan.

Gambar 2.4 Evaporator 2.1.3.

   Perpindahan Panas a.

  Perpindahan kalor konduksi Laju perpindahan kalor secara konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah di dalam satu medium yang diam (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung

Gambar 2.5 Perpindahan kalor konduksi

  Persamaan laju perpindahan kalor konduksi : ………………………………………………..(2.1) q k : Laju perpindahan kalor konduksi, ( W ) k : Konduktivitas termal, (W/m

  ⁰C) A : Luas permukaan benda yang tegak lurus dengan arah perpindahan kalor

  2

  (m ) T

  1 : Suhu permukaan dinding 1, (

  ⁰C ) T

  2 : Suhu permukaan dinding 2, (

  ⁰C ) ΔX : Tebal benda (m) b.

  Perpindahan kalor konveksi Merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara.

Gambar 2.6 Perpindahan kalor konveksi

  Persamaan perpindahan kalor konveksi :

• q c = h A ( T s

  T∞ )…………………………………………………………….(2.2) q c : Perpindahan kalor secara konveksi, ( W )

  2 A : Luas yang bersentuhan dengan fluida, (m )

  T : Suhu permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, (

  s

  ⁰C) T∞ : Suhu fluida yang mengalir di atas benda, (⁰C)

  2

• Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralataaan dari luar. Fluida mengalir karena ada perbedaan massa jenis, pada umumnya perbedaan massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu.

  Konveksi bebas

• Perpindahan kalor konveksi paksa terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa fluida untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa, blower, kipas angin, atau kompresor.

  Konveksi paksa

  2.1.4. Refrigeran

  Refrigeran adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran mengalami perubahan temperatur bila menyerap kalor dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan phasa. Anti beku yang banyak digunakan adalah larutan air dan glikol etalin, glikol propelin, ataupun kalsium kloida. Salah satu sifat larutan anti beku yang penting adalah titik pembekuannya.

  2.1.5. Beban Pendinginan dan Proses Perubahan fase a.

  Beban Pendinginan Besarnya kalor total yang dihisap evaporator dari lingkungannya ketika mesin

  1) Beban Laten :

  Besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari perubahan phase media yang didinginkan (proses pembekuan). Persamaan yang dipergunakan : Q laten

  = m . C ……………………………………..……………………….(2.3) Pada persamaan (2.3) : m : massa zat.

  C : kalor laten zat. 2)

  Beban Sensibel : Besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari penurunan suhu media yang didinginkan.

  Q sensibel = m . c . ΔT = m . c . (T

  awal

  suhu yang dituju

• –T

  ) .................…….…..(2.4) Pada persamaan (2.4) : m : massa zat, Kg c : kalor jenis zat, b.

  Proses Perubahan fase 1)

  Proses Pengembunan (kondensasi) Kondensasi atau pengembunan adalah perubahaKondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi (yaitu, ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari

  2) Proses penguapan (evaporasi)

  Penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan cair (contohnya dengan spontan menjadi gas (contohnya : uap air). Proses ini adalah kebalikan dari signifikan.

2.1.6. Siklus kompresi uap standar a.

  Komponen utama mesin pendingin Komponen utama mesin pendingin dengan sistem kompresi uap terdiri dari : evaporator, kompresor, kondenser dan pipa kapiler. Skematik mesin pendingin serperti terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap standar b. Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 2.7 dan dapat dibagi menjadi tahapan-tahapan berikut: 1 – 2.

  Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas.

  2 – 3.

  Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran.

  3 – 4.

  Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju

  kondenser. Bagian awal proses refrigerasi menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan. Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan, sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi.

  4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju evaporator.

2.1.7. Perhitungan untuk karakteristik mesin pendingin a.

  Gambar siklus kompresi uap pada diagram P-h dan T-s.

Gambar 2.8 P-h diagram b.

  Kerja kompresor persatuan massa.

  Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar mesin pendingin dapat bekerja dapat dihitung dengan persamaan : W komp = h

  2 -h

  1

  , kJ/kg. ……………….…………………………….(2.5) W : kerja yang dilakukan kompresor, kJ/kg

  komp

  h

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

  h

  1 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, kJ/kg c.

  Energi kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas oleh kondensor.

  Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan : Q kond = h

  2 -h

  3

  , kJ/kg. ……………………..……………..…..……...(2.6) h

  2 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, kJ/kg

  h

  3 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kondensor, kJ/kg d.

  Kalor yang diserap evaporator per satuan massa Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan :

  Q evap = h

  1 -h 4 = h 1 -h

  3

  , kJ/kg..…………………………..…………...…..…..(2.7) h : nilai entalpi refrigeran keluar evaporator, kJ/kg

  1

  h

  4 : nilai entalpi refrigeran keluar dari pipa kapiler, kJ/kg

  e.

  COP aktual mesin pendingin COP aktual mesin pendingin adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor.

  Nilai COP mesin pendingin dapat dihitung dengan persamaan : COP = Q / W = (h -h )/(h -h

  aktual evap komp

  1

  4

  2

  

1

  )...…..………………….…………...(2.8) Nilai COP aktual lebih besar dari 1. Semakin tinggi nilai COP aktual semakin baik, tetapi nilai COP aktual tidak dapat melebihi nilai COP ideal.

  f.

  COP ideal mesin pendingin COP ideal mesin pendingin adalah COP maksimum yang dapat dicapai oleh mesin pendingin yang bekerja pada temperatur kerja evaporator sebesar te dan temperatur kerja kondensor sebesar tc. Besarnya COP ideal dapat dihitung dengan persamaan : COP ideal = (273,15 + te) / (tc

• – te))...…………..………………….…………...(2.9)

  o

  te : suhu evaporator, C

  o

  tc : suhu kondensor, C g.

  Efisiensi mesin pendingin Efisiensi = COP actual / COP ideal,

  %...…………..……………….………...(2.10) 2.1.8.

   Isolator

  Isolator adalah bahan yang dipergunakan untuk mencegah keluarnya kalor dari pipa kapiler menuju evaporator. Sifat dari isolator adalah mempunyai nilai konduktivitas termal yang rendah. Ada isolator yang tahan terhadap suhu dingin

  isolator yang tahan terhadap suhu dingin : gabus. Tentukan sifat sifta gabus : massa jenis, kalor jenis, dan nilai konduktivitas termal bahan.

2.2. Tinjauan Pustaka Galuh Renggani Willis melakukan penelitian dengan variasi refrigeran.

  Refrigeran yang digunakan adalah R22 dan R134a. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui perbandingan antara kedua refrigerant ini mana yang lebih baik.

  Hasil penelitian berupa nilai koefisien prestasi (COP) dan efek refrigerasi. Diperoleh kesimpulan bahwa prestasi kerja R22 lebih lebih baik dari R134a. Tetapi telah diketahui bahwa dari segi ramah lingkungan R134a jauh lebih ramah lingkungan dari R22.

  Soegeng Witjahjo dari Politeknik Negeri Sriwijaya pada tahun 2009 melakukan penelitian terhadap penggunaan LPG (liquefied petroleum gas) sebagai fluida kerja pada sistem kompresi uap. Penelitian ini dilakukan mengingat LPG memiliki sifat termodinamika yang mendekati sifat termodinamika R12.

  Kesimpulan dari penelitian ini adalah LPG dapat digunakan sebagai refrigerant pengganti R12 dengan beban pendinginan sedang.

  Risza Helmi dari Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma 2008 melakukan penelitian terhadap perbandingan COP pada refrigerator dengan refrigerant R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler : 1,75 m, 2 m, 2,25 m. adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan refrigerant R134a. Suhu terendah yang dihasilkan sebesar -16 ⁰C.

BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Pembuatan Alat 3.1.1. Komponen mesin freezer Komponen mesin pendingin yang digunakan dalam penelitian ini

  adalah : kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator a. Kompresor :

  Spesifikasi kompresor yang digunakan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Kompresor

  Jenis kompresor : Hermetic Refrigeration Seri kompresor : Model BES45H b.

  Kondensor : Spesifikasi kondensor yang digunakan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.2 Kondensor

  Panjang pipa : 900 cm Diameter pipa : 0,47 cm Bahan pipa : Baja Bahan sirip : Baja Diameter sirip : 0,2 cm Jarak antar sirip : 0,45 cm c.

  Pipa kapiler : Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.3 Pipa Kapiler

  Panjang pipa kapiler : 175 cm Diameter pipa kapiler : 0,00028 m Bahan pipa kapiler : Tembaga d.

Gambar 3.4 Evaporator

  Evaporator : Evaporator yang dipergunakan adalah produksi dari pabrik yang diambil dari freezer dengan daya 1/6 PK. Fungsi evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari bentuk cair menjadi uap.

  Bahan evaporator : Alumunium e. Filter :

  Filter dipergunakan untuk menyaring kotoran

• – kotoran refrigeran agar ketika refrigeran melewati pipa kapiler, refrigeran dapat mengalir dengan baik. Filter dipasang pada posisi sebelum pipa kapiler. Gambar filter disajikan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Filter 3.1.2.

   Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin a.

  Tube cutter Tube cutter berfungsi memotong Pipa tembaga yang akan digunakan untuk sistem pendinginan b.

  Tang ampere Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik ada berbagai macam alat yang digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakan yaitu menggunakan tang ampere karena kita tidak perlu melakukan pengkabelan dan fleksibel bisa di gunakan dimana saja.

Gambar 3.7 Tang ampere c.

  Manifold gauge Manifold gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian refrigeran maupun pada saat beroperasi. Pada saat pengisian refrigeran, penghentian pengisian refrigeran berdasarkan pada nilai tekanan yang ditujukan manifold gauge, umumnya dihentikan pada manifold gauge nilai tekanan 10

• – 15 Psia (tekanan pada evaporator).

Gambar 3.8 Manifold Gauge 3.1.3.

   Pembuatan Mesin Pendingin dan pemasangan alat ukur.

  Langkah langkah dalam membuat mesin pendingin sebagai berikut : a.

  Mempersiapkan komponen komponen mesin pendingin dan alat ukur tekanan.

  b.

  Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan mesin pendingin.

  c.

  Proses penyambungan komponen komponen mesin pendingin beserta dengan alat ukur tekanan.

  d.

  Proses pengisian refrigeran e. Proses pemvakuman mesin pendingin.

  f.

  Proses pengisian refrigeran pada mesin pendingin.

3.2. Metodologi Penelitian 3.2.1. Benda Uji dan Beban pendinginan

  Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini merupakan mesin freezer siklus kompresi uap hasil buatan sendiri dengan menggunakan komponen standart dari mesin freezer yang terdapat dipasaran. Panjang pipa kapiler yang dipergunakan sepanjang 175 cm.

Gambar 3.9 Mesin freezer

  3.2.3. Cara pengambilan data a.

  Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel ditempatkan pada posisi yang diinginkan.

Gambar 3.10 Posisi penempatan alat ukur b.

  Data tekanan diperoleh dari diagram P-h, berdasarkan suhu yang diperoleh.

  3.2.4. Cara Pengolahan data.

  a.

  Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi yang diperoleh dari grafik P-h diagram.

Gambar 3.11 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi b.

  Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk menghitung besarnya kerja kondensor, kerja evaporator, kerja kompresor dan COP mesin pendingin.

3.3. Cara Mendapatkan Kesimpulan

  Kesimpulan didapatkan dari hasil penelitian yang didasarkan data-data hasil penelitian dan dari pembahasan yang telah dilakukan dengan cermat, maka suatu

  

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4. 1. Hasil Penelitian a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor Hasil penelitian untuk nilai tekanan masuk kompresor dan tekanan keluar kompresor disajikan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Tekanan masuk kompresor (P

  60 1,14 11,69

  14 420 1,14 12,03 15 450 1,14 12,03 16 480 1,14 12,03

  12 360 1,14 12,17 13 390 1,14 12,17

  10 300 1,14 12,03 11 330 1,14 12,03

  8 240 1,14 12,17 9 270 1,14 12,03

  6 180 1,14 12,03 7 210 1,14 12,17

  3 90 1,14 11,34 4 120 114 11,00 5 150 1,14 11,83

  2

  1

  1 30 1,14 11,69

  2 bar

  1 P

  No Waktu (Menit) P

  )

  2

  ) dan tekanan keluar kompresor (P

  Catatan : b.

  Nilai suhu masuk dan keluar kompresor Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk dan suhu keluar kompresor disajikan pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T

  1 ) dan suhu keluar kompresor (T 2 ) No Waktu (menit) T

  1 T

  2

  ⁰C

• 2,3 59,4

  1

  30

  2 60 -2,4 66,8

• 3,2 71,5 4 120 -3,6 71,2 5 150
• 3,2 73,5 6 180 -3 73,8 7 210
• 3,8 74,3 8 240 -5,9 74,9 9 270
• 2,9 74,9 10 300 -3,1 74,5 11 330
• 4,1 75,3 12 360 -4 74,9 13 390
• 3,8 74,3 14 420 -3,5 74,2 15 450
• 3,2 74,6 16 480 -3,8 74,8 c.

  3

  90

  Nilai suhu masuk kondensor dan keluar kondensor Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor disajikan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor (T

  2 ) dan suhu keluar kondensor (T 3 ) T

  2 T

  3 Waktu No (menit)

  ⁰C 59,4 40,2

  1

  30 66,8 39,2

  2

  60 71,5 38,7

  3

  90 71,2 38,1 4 120 73,5 40,6 5 150 73,8 40,9 6 180 74,3 41,9 7 210 74,9 41,3 8 240 74,9 40,4 9 270 74,5 39,7 10 300 75,3

  41 11 330 74,9 40,4 12 360 74,3 40,6 13 390 74,2

  41 14 420 74,6

  41 15 450 74,8 41,2 16 480 d.

  Nilai suhu masuk evaporator dan suhu evaporator Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor disajikan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator (T

  4 ) dan suhu evaporator No Waktu (menit)

  

T

  4 Tevaporator

  ⁰C

• 13,2 -20,7

  1

  30

• 13,1 -20,7

  2

  60

• 14,2 -21,6 4 120
• 14,2 -21,5 5 150
• 13,4 -21,2 6 180
• 13,3 -20,8 7 210
• 13,6 -20,7 8 240
• 15,7 -20,7 9 270
• 13,4 -20,4 10 300
• 13,7 -20,9 11 330
• 14,5 -20,4 12 360
• 13,7 -20,3 13 390
• 13,5 -20,6 14 420
• 13,4 -20,8 15 450
• 13,7 -20,5 16 480
• 13,9 -20,3 e.

  3

  90

  Nilai entalpi Hasil penelitian untuk nilai entalpi disajikan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Nilai entalpi

  No Waktu (menit) Entalpi ( kJ/kg ) h

  1 h

  2 h

  3 h

  4

  1 30 400,5 439,5 258,5 258,5

  2 60 403 449 255 255

  3 90 401 457 260 260 4 120 400 457 259 259 5 150 401 458 259 259 6 180 400 454 259 259 7 210 400 458 260 260 8 240 398 456 259 259 9 270 402 456 258 258 10 300 401 456 256 256

  11 330 400 456 259 259 12 360 400 456 259 259 13 390 401 456 259 259 14 420 401 456 259 259 15 450 401 456 259 259 16 480 401 456 259 259

  4. 2. Perhitungan a.

  Energi kalor yang dihisap evaporator persatuan massa. Perhitungan energi kalor yang diserap evaporator dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.7) yaitu : Q evap = ( h

  

1 – h

  4

  ), kJ/kg. Hasil perhitungan Qevap disajikan pada Tabel 4.6.

Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa

  No Waktu (menit)

h

  

1

h

  4 Q evap (kJ/kg) kJ/kg

  1 30 403 254 149

  2 60 403 255 148

  3 90 403 255 148 4 120 403 256 147 5 150 403 259 144 6 180 400 259 141 7 210 400 260 140 8 240 398 259 139 9 270 402 258 144 10 300 401 256 145

  11 330 400 259 141 12 360 400 259 141 13 390 401 259 142 14 420 401 259 142 15 450 401 259 142 16 480 401 259 142 b.

  Kerja kompresor. Perhitungan kerja kompresor dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.5) yaitu : W komp = ( h

  2

• – h 1 ), kJ/kg. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Kerja kompresor

  No Waktu (menit) h

  2 h

  1 W komp ( kJ/kg ) kJ/kg

  1 30 439,5 400,5

  39

  2 60 449 403

  46

  3 90 457 401

  56 4 120 457 400 57 5 150 458 401 57 6 180 454 400 54 7 210 458 400 58 8 240 456 398 58 9 270 456 402 54 10 300 456 401 55 11 330 456 400 56 12 360 456 400 56 13 390 456 401 55 14 420 456 401 55 15 450 456 401 55 16 480 456 401 55 c.

  Kalor yang dilepas kondensor persatuan satuan massa. Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6) yaitu : Q kond = (h

  2

• – h 3 ), kJ/kg.

  Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa

  No Waktu (menit) h

  

2

h

  3 Q kond (kJ/kg) kJ/kg

  1 30 439,5 258,5 181

  2 60 449 255 194

  3 90 457 260 197 4 120 457 259 198 5 150 458 259 199 6 180 454 259 195 7 210 458 260 198 8 240 456 259 197 9 270 456 258 198 10 300 456 256 200

  11 330 456 259 197 12 360 456 259 197 13 390 456 259 197 14 420 456 259 197 15 450 456 259 197 16 480 456 259 197 d.

  Koefisien prestasi (COP aktual) Perhitungan koefisien prestasi (COP) dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.8) yaitu : COP aktual = Q evap / W komp.

Tabel 4.9 COP aktual

  No Waktu (menit) Q

_evap

W _{komp COP} aktual kJ/kg

  1 30 149 39 3,82

  2 60 148 46 3,22

  3 90 148 56 2,64 4 120 147 57 2,58 5 150 144 57 2,53 6 180 141 54 2,61 7 210 140 58 2,41 8 240 139 58 2,40 9 270 144 54 2,67 10 300 145 55 2,64 11 330 141 56 2,52 12 360 141 56 2,52 13 390 142 55 2,58 14 420 142 55 2,58 15 450 142 55 2,58 16 480 142 55 2,58 e.

  Koefisien prestasi (COP ideal) Perhitungan koefisien prestasi (COP ideal) dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.9) yaitu : COP ideal = (273,15 + te) / (tc

• – te)).
• 20.7

• 20.7
• 21.6

• 21.5
• 21.2
• 20.8
• 20.7
• 20.7
• 20.4
• 20.9
• 20.4
• 20.3
• 20.6
• 20.8
• 20.5
• 20.3

  44.6

  3.87 9 270

  43.6

  3.95 10 300

  43.2

  3.94 11 330

  44.2

  3.91 12 360

  3.90 13 390

  44.6

  43.4

  3.87 14 420

  43.6