KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 160 CM TUGAS AKHIR - Karakteristik mesin freezer dengan panjang pipa kapiler 160 cm - USD Repository

KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 160 CM TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

KRISNA AJI PUTRANTO NIM : 095214022 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

THE CHARACTERISTICS OF A FREEZER MACHINE WITH A 160 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:

KRISNA AJI PUTRANTO NIM : 095214022 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : KRISNA AJI PUTRANTO Nomor Mahasiswa : 095214022 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA

KAPILER 160 CM.

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 28 Agustus 2013 Yang menyatakan

ABSTRAK

Teknologi mesin pendingin saat ini sangat mempengaruhi kehidupan dunia modern, tidak hanya terbatas untuk peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menyentuh hal-hal esensial yang menunjang kehidupan manusia. Mesin pembeku (freezer, ice maker, cold storage, dll) dipergunakan untuk membekukan bahan-bahan yang ada di dalamnya. Dengan kondisi yang beku, buah buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang relatif lama. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) membuat mesin freezer (b) menghitung kerja kompresor mesin freezer persatuan massa refrigeran (c) menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap mesin pendingin (d) menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas mesin pendingin (e) menghitung COP.

Penelitian dilakukan di laboratorium mekanika fluida. Mesin freezer yang dipergunakan dalam penelitian memakai siklus kompresi uap, menggunakan pipa kapiler dengan panjang pipa kapiler 160 cm. Daya kompresor sebesar 115 W. Evaporator dan kondenser 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. Nilai- nilai entalpi diambil dari P-h diagram yang didasarkan nilai suhu dan tekanan dari hasil penelitian. Perhitungan kalor yang diserap evaporator, kalor yang dibuang kondenser dan kerja kompresor serta COP didasarkan pada entalpi yang diperoleh.

Penelitian memberikan hasil (a) freezer yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik dan mampu mendinginkan air 500 ml dalam waktu 480 menit dengan pencapaian suhu air sebesar -3,7°C (b) kerja kompresor persatuan massa refrigeran mulai stabil pada waktu sekitar t=150 menit, dengan harga W komp sebesar 55 kJ/kg (c) kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran mulai stabil pada waktu sekitar t=180 menit, dengan harga Q komd sebesar 204 kJ/kg (d) kalor yang diserap evaporator mulai stabil pada waktu sekitar t=210 menit, dengan harga Q evap sebesar 146 kJ/kg (e) COP aktual mulai stabil pada waktu sekitar t=180 menit, dengan harga COP aktual sebesar 2,78 (f) COP ideal mulai stabil pada waktu sekitar t=210 menit, dengan harga COP ideal sebesar 4,27 (g) efisiensi freezer mulai stabil pada waktu sekitar t=180 menit, dengan harga efisiensi freezer sebesar 60 %.

Kata kunci: freezer, COP, kondenser, evaporator, siklus kompresi uap.

ABSTRACT

Refrigeration technology is now greatly affect the lives of the modern world , not just limited to improving the quality and comfort of life , but also has touched the essential things that support human life. Freezer (freezer, ice maker, cold storage, etc.) is used to freeze the ingredients in it . With freezing conditions, fruits and meats can be preserved in a relatively long time. The purpose of this study was: (a) making machine freezer (b) calculate the compressor work machine freezer refrigerant mass unity (c) calculate the heat energy absorbed by the refrigerant mass unity engine coolant (d) calculate the heat energy released refrigerant mass unity engine coolant (e) calculate the COP.

The study was conducted in the laboratory of fluid mechanics . Freezer machine used in the study using the vapor compression cycle, using a capillary tube with a length of 160 cm capillary tube. Compressor power of 115 W. Evaporator and condenser used is a standard component of the freezer engine power 115 W. Data were taken in the study include the temperature and pressure in the engine coolant. Enthalpy values taken from the Ph diagram based on the values of temperature and pressure results. Calculation of the absorbed heat evaporator, condenser and heat dissipated compressor work and COP based on the enthalpy obtained.

Research results (a) freezer that has been made to work well and can cool 500 ml of water in 480 minutes with the achievement of the water temperature at - 3.7 ° C (b) labor union compressor refrigerant mass stabilized at around t = 150 minutes , with Wkomp prices by 55 kJ / kg (c) heat is released condenser refrigerant mass unity began to stabilize at around t = 180 minutes, with Qkomd price of 204 kJ / kg (d) the heat absorbed by the evaporator at the time stabilized around t = 210 minutes, with Qevap price is 146 kJ / kg (e) COPaktual stabilized at around t = 180 minutes, with the price of the actual COP of 2.78 (f) COPideal stabilized at around t = 210 minutes, COPideal a price of 4.27 (g) the efficiency of the freezer started to stabilize at around time t = 180 minutes, with prices freezer efficiency by 60 % .

Keywords : freezer , COP , condenser , evaporator .

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 160 cm”. Keberhasilan pada Tugas

Akhir 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 selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

4. Ag. Rony Windaryawan yang telah membantu memberikan ijin dalam

5. Robertus Sutarso dan Chatarina Mardiyani selaku orang tua yang selalu memberi dorongan doa dan motivasi kepada penulis.

6. Norma Wiwit dan Aries inyonk Adven saudaraku tersayang yang telah memberi dukungan semangat dan doa kepada penulis.

7. Stefanus Tri Nugroho, Reynold William, Poniyem, teman-teman patria dan teman-teman teknik mesin angkatan 2009 yang membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 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, 28 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 KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................

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

1 1.2 Tujuan Penelitian ................................................................................

2 1.3 Batasan Masalah .................................................................................

3 1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................

4 BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ............................. 5

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

BAB III. PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN .......... 20 3.l Pembuatan Alat .................................................................................. 20

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

BAB IV. HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .... 30

4.1. Hasil Penelitian ................................................................................. 30

4.2 Perhitungan ....................................................................................... 32

4.3. Pembahasan ....................................................................................... 37

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 44

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 44

5.2 Saran .................................................................................................... 45 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 47 LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil percobaan untuk tekanan dan suhu per 30 menit. ................ 30Tabel 4.2. Besar entalpi (h) dari waktu ke waktu. ......................................... 31Tabel 4.3. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ............................... 32Tabel 4.4. Panas yang dilepas Kondensor persatuan massa refrigeran ......... 33Tabel 4.5. Panas yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran ........ 34Tabel 4.6. COP aktual freezer ........................................................................ 35Tabel 4.7. COP ideal freezer .......................................................................... 36Tabel 4.8. Efisiensi freezer ............................................................................. 37

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Freezer ......................................................................................... 6Gambar 2.2. Evaporator ................................................................................... 8Gambar 2.3. Kompresor ................................................................................... 9Gambar 2.4. Kondensor ................................................................................... 9Gambar 2.5. Pipa kapiler................................................................................... 10Gambar 2.6. Filter ............................................................................................. 11Gambar 2.7. Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap ......................... 13Gambar 2.8. Diagram P-h siklus kompresi uap ............................................... 14Gambar 2.8. Diagram T-s siklus kompresi uap ............................................... 14Gambar 3.1. Kompresor jenis hermetik. ........................................................... 20Gambar 3.2. Kondensor jenis U. ....................................................................... 21Gambar 3.3. Evaporator jenis plat .................................................................... 22Gambar 3.4. Pipa kapiler .................................................................................. 22Gambar 3.5. Filter ............................................................................................ 23Gambar 3.6. Tube cutter .................................................................................. 23Gambar 3.7. Tang ampere ................................................................................ 24Gambar 3.8. Pompa vakum .............................................................................. 24Gambar 3.9. Manifold gage ............................................................................. 25Gambar 3.10. Alat las ........................................................................................ 26Gambar 3.11. Rangkaian freezer ........................................................................ 27Gambar 4.1. Kerja kompresor terhadap waktu ................................................ 38Gambar 4.2. Kalor yang dilepas kondensor terhadap waktu ........................... 39Gambar 4.3. Grafik hubungan kalor diserap evaporator terhadap waktu ........ 40Gambar 4.4. Grafik Hubungan COP aktual terhadap Waktu ........................... 41Gambar 4.5. Grafik Hubungan COP ideal terhadap Waktu ............................. 42Gambar 4.6. Grafik Hubungan efisiensi freezer terhadap Waktu .................... 43

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi mesin pendingin saat ini sangat mempengaruhi kehidupan dunia modern, tidak hanya terbatas untuk peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi ini dibutuhkan untuk penyiapan bahan makanan, penyimpanan dan distribusi makanan, pengkondisian udara untuk kenyamanan ruangan baik pada industri, perkantoran, transportasi maupun rumah tangga.

Air Conditioner merupakan sebuah alat yang mampu mengkondisikan udara. Dengan kata lain, AC berfungsi sebagai penyejuk udara yang diinginkan (sejuk atau dingin) dan nyaman bagi tubuh. AC Lebih Banyak digunakan di wilayah yang beriklim tropis dengan kondisi temperatur udara yang relatif tinggi (panas).Pada ruang perkantoran, AC dipergunakan orang untuk mengontrol suhu ruangan menjadi lebih sejuk agar orang yang ada d ruangan tersebut menjadi lebih nyaman, sehingga dapat berkerja dengan efektivitas yang tinggi dan hasil karya yang lebih baik lagi.Sedangkan pada alat transportasi baik umum maupun pribadi AC dipergunakan untuk mengatur suhu di dalam kendaraan, sehingga pengguna transportasi tersebut merasa nyaman dalam perjalanan.

Kulkas atau lemari es, yaitu sebuah alat pendingin yang dapat menjaga kesegaran makanan yang berada di dalamnya. Pada proses kerjanya Kulkas di dalam kulkas sulit untuk berkembang biak sehingga makanan lebih bertahan lama dan tidak mengubah rasanya. Dengan adanya kulkas diharapkan sayur mayur, daging, telur, buah buahan dapat bertahan lebih lama dan awet. Dengan adanya kulkas, orang juga dapat menikmati minuman yang dingin dan segar.

Mesin pembeku (freezer, ice maker, cold storage, dll) dipergunakan untuk membekukan bahan bahan yang ada didalamnya. Dengan kondisi yang beku, buah buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang relatip lama, bahkan sampai beberapa bulan. Hal ini memberi keuntungan dalam hal pengiriman buah buahan, bahan makanan dan daging dari satu tempat ke tempat lain dalam waktu yang cukup lama.

Mengingat peranan mesin pendingin yang sangat penting di saat sekarang ini, maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal kerja mesin, khususnya freezer beserta dengan karakteristik freezer. Caranya adalah dengan membuat freezer dan memdapatkan karakteristik dari freezer tersebut, meskipun dengan kapasitas ukuran freezer untuk rumah tangga.

1.2 Tujuan penelitian

Tujuan penelitian adalah sebagai berikut : a.

Membuat freezer dengan siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk membekukan air; b.

Mendapatkan karateristik freezer yang dibuat : 1.

Mendapatkan besarnya energi kalor yang dihisap evaporator

2. Mendapatkan besarnya energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa dari waktu ke waktu;

3. Mendapatkan besarnya kerja kompresor persatuan massa dari waktu ke waktu;

4. Mendapatkan nilai COP aktual freezer dari waktu ke waktu; 5.

Mendapatkan nilai COP ideal freezer dari waktu ke waktu; 6. Menghitung efisiensi freezer dari wakti ke waktu.

1.3 Batasan masalah

Batasan masalah pada penelitian yaitu : a.

Freezer yang dirancang menggunakan daya kompresor 1/6 PK; b.

Freezer yang dirancang menggunakan panjang pipa kapiler 160 cm, diameter standar 0,110 in; c.

Freezer yang dirancang menggunakan refrigeran R134a; d.

Evaporator dan kondenser mempergunakan evaporator dan kondenser standar; e.

Beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 500 ml; f. Temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara lingkungan yaitu 27

⁰C.

1.4 Manfaat penelitian

Manfaat penelitian adalah sebagai berikut : a.

Mempunyai pengetahuan dalam pembuatan freezer dengan siklus kompresi uap untuk ukuran rumah tangga; b.

Mampu memahami karakteristik freezer dengan siklus kompresi uap; c. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai bahan referensi.

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.11. Freezer

Kebutuhan akan pendingin yang mana digunakan untuk mengawetkan makanan ataupun untuk keperluan menyimpan bahan-bahan kimia mendorong terciptanya freezer. Pada dasarnya prinsip kerja dari freezer adalah memanfaatkan sifat dari gas freon yang suhunya akan menjadi rendah bila tekanannya juga rendah.

Dengan adanya aliran listrik maka motor kompresor akan bekerja mengisap gas refrigeran yang bersuhu dan bertekanan rendah dari saluran hisap.

Kompresor kemudian memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap/gas bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi, gas tersebut ditekan keluar oleh kompresor memasuki kondenser yang dingin. Gas refrigeran yang panas dan bertekanan tinggi tersebut di dalam kondenser akan didinginkan oleh udara di luar kulkas (panasnya berpindah dari kondenser ke udara sekelilingnya) sehingga suhunya turun (menjadi dingin) mencapai suhu kondensasi (berkondensasi atau mengembun) dan wujudnya berubah menjadi cair tetapi tekanannya tetap tinggi. Refrigeran cair yang bertekanan tinggi (tetapi suhunya telah rendah) ini selanjutnya mengalir kedalam penyaring (strainer dan drier). Refrigeran cair tekanannya turun drastis.Dari pipa kapiler, refrigeran cair yang tekanannya sudah sangat rendah ini kemudian memasuki ruang evaporator yang memiliki tekanan yang rendah hingga vakum sehingga titik didihnya yang sudah rendah menjadi semakin bertambah rendah, oleh sebab itu refrigeran segera berubah wujud menjadi gas (menguap). Ketika berubah wujud dari cair menjadi gas di dalam pipa evaporator, oleh sebab itu zat refrigeran memiliki kalor laten penguapan yang besar. Kerja ini diperkuat oleh adanya daya hisap kompresor yang menyebabkan gas refrigeran mendapat percepatan sehingga bergerak cepat padapipa evaporator sambil mengambil panas dari sekeliling evaporator dengan efeknya adalah isi kulkas menjadi dingin, begitu seterusnya proses ini berulang- ulang.

Gambar 2.1 Freezer Berikut ini adalah spesifikasi mesin freezer :

Freezer yang dirancang menggunakan daya kompresor 1/6 PK, menggunakan

panjang pipa kapiler 160 cm, diameter standar 0,110 in, dan menggunakan refrigeran 134a

2.1.2 Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor pada mesin pendingin terdiri atas dua jenis yaitu laju perpindahan kalor konduksi dan laju perpindahan kalor konveksi a.

Perpindahan kalor konduksi Perpindahan kalor konduksi yaitu yaitu perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan kalor konduksi dapat berlangsung pada benda padat, cair dan gas.Untuk perpindahan kalor konduksi pada zat cair dan gas, syaratnya adalah dalam keadaan yang diam.

Perpindahan Kalor Konveksi Perpindahan kalor konveksi yaitu perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan kalor konveksi terjadi pada fluida yang mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung pada benda padat.

2.1.3 Komponen Utama Freezer a.

Evaporator Evaporator adalah bentuk pipa yang dikonstruksi sedemikian rupa. dalamnya (hingga vakum) karena adanya hisapan yang dilakukan oleh motor kompresor. Refrigeran cair yang berasal dari pipa kapiler atau keran ekspansi segera berubah wujudnya menjadi gas ketika memasuki evaporator yang vakum tersebut. Gas yang berubah wujud tersebut akan menyerap kalor (panas) dari ruangan (isi) kulkas sehingga isi kulkas menjadi dingin. Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan tembaga, besi, alumanium atau dari kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari alumanium dan besi.

Gambar 2.2 Evaporator b.

Kompresor Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan freon dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor merupakan bagian terpenting pada mesin pendingin.

Pergerakannya dengan menghisap sekaligus memompa freon sehingga terjadilah sirkulasi freon yang mengalir dari pipa ‐pipa mesin pendingin. Kompresor yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah jenis hermetik. Kontruksi dari kompresor jenis ini menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah. Fase refrigeran ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas.

Gambar 2.3 Kompresor c.

Kondenser Kondenser adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondenser yang banyak digunakan pada teknologi kulkas saat ini adalah kondenser dengan pendingin udara. Kondenser seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan perawatan khusus. Saat freezer bekerja, kondenser akan terasa hangat bila dipegang. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan ini dapat terjadi, maka kalor/panas yang ada dalam gas refrigeran yang bertekanan tinggi harus dibuang keluar dari sistem.

Gambar 2.4 Kondenser d.

Pipa kapiler Pipa kapiler adalah suatu pipa pada mesin pendingin baik itu Air conditioner, kulkas dll. Pipa kapiler ini adalah pipa yang paling kecil jika di banding dengan pipa lainnya. Kerusakan pada pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena pipa kapiler ini mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli. Gas Refrigeran yang keluar dari kompresor telah menjadi gas yang bertekanan kemudian mengalir melalu pipa-pipa kondenser dan melewati proses penyaringan yang biasa di sebut drier strainer setelah itu baru menuju pipa kapiler.

Penempatan pipa kapiler ini biasanya di gulung untuk menghemat tempat dengan menggunakan mal kapasitor agar tidak rusak (di gulung melingkar).Pipa kapiler berfungsi sebagai alat untuk menurunkan tekanan, merubah bentuk dari gas menjadi bentuk cairan dan mengatur cairan refrigeran yang berasal dari pipa pipa kondenser. Sebelum gas refrigeran masuk melewati pipa kapiler terlebih dahulu harus melalui alat yang disebut drien strainer yaitu saringan gas yang sudah terpasang dari pabrikan mesin pendingin. Fungsi dari drier stariner ialah menyaring dan menerap debu yang akan masuk ke ruang pipa kapiler dan ke jalur pipa yang menuju evaporator. a. Filter Filter (saringan) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran bahan pendingin yang keluar setelah melakukan sirkulasi agar tidak masuk kedalam pipa kapiler dan kompresor. Selain itu, bahan pendingan yang akan disalurkan pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat menyerap kalor lebih maksimal.

Gambar 2.6 Filter

2.1.4. Refrigeran

Refrigeran merupakan bahan pendingin atau fluida yang digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi), sehingga refrigeran dapat dikatakan sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin.

Adapun pengertian lainnya adalah Refrigerasi atau pendinginan merupakan proses pengambilan atau pengeluaran kalor dari suatu materi atau ruangan dan mempertahankan keadaannya sedemikian rupa sehingga temperaturnya lebih rendah dari pada lingkungan sekitarnya.

Persyaratan refrigeran untuk unit refrigerasi adalah sebagai berikut : b.

Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, pelumas dan sebagainya c.

Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin.

Bila terjadi kebocoran mudah mencari gantinya.

Mempunyai susunan kimia yang stabil, tidak terurai setiap kali dimampatkan, diembunkan dan diuapkan.

Konduktivitas thermal tinggi.

R134a sebagai salah satu alternatif memiliki beberapa properti yang baik, tidak beracun, tidak mudah terbakar dan relatif stabil. R-134a juga memiliki kelemahan di antaranya, tidak bisa dijadikan pengganti R-12 secara langsung tanpa melakukan modifikasi sistem refrigerasi, relatif mahal, dan masih memiliki potensi sebagai zat yang dapat menyebabkan efek pemanasan global karena memiliki Global Warming Potential (GWP) yang signifikan. Selain itu R-134a sangat bergantung kepada pelumas sintetik yang sering menyebabkan masalah dengan sifatnya yang higroskopis (kemampuan menyerap molekul air yang baik).

2.1.5 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 dan ada isolator yang tahan terhadap suhu panas. Pada persoalan ini dipilih Karakteristik styrofoam antara lain : a.

Isolator panas b. Ringan c. Tahan air d. Mudah dipotong e. Ekonomis

2.1.6 Cara Kerja Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar

a. Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap Komponen utama mesin pendingin dengan sistem kompresi uap terdiri dari : evaporator, kompresor, kondenser, filter dan pipa kapiler. Skematik mesin pendingin disajikan pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap

Keterangan :

a c Kompresor Pipa kapiler b e

2 Kondensor Evaporator d

Filter b.

Diagram P-h dan Diagram T-s siklus kompresi uap Diagram P-h dan Diagram T-s siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.7.

Q = Q _{in evap}

Gambar 2.7 Diagram P-h siklus kompresi uapGambar 2.8 Diagram T-s siklus kompresi uap Siklus kompresi uap pada Gambar 2.6 dan 2.7 dapat dibagi menjadi beberapa tahapan sebagai berikut : proses kompresi, proses kondensasi, proses ekspansi dan evaporasi.

Proses kompresi Proses kompresi terjadi pada tahap 1-2 dari Gambar 2.6 dan 2.7.

Refrigeran dalam bentuk uap masuk ke kompresor, kerja atau usaha yang diberikan pada refrigeran akan menyebabkan kenaikan pada tekanan sehingga temperatur refrigeran akan ikut naik dan harganya lebih tinggi dari temperatur lingkungan atau refrigeran berada pada fasa superheated.

Proses kondensasi Proses penurunan suhu refrigeran dan proses kondensasi terjadi pada tahap

2-3 dari Gambar 2.6 dan 2.7. Refrigeran dalam fasa superheated memasuki kondenser dan mengalami pelepasan kalor pada tekanan konstan ke lingkungan yang menyebabkan fasa refrrigeran berubah dari fasa superheated ke fasa cair.

Proses ekspansi Proses ekspansi terjadi pada tahap 3-4 dari Gambar 2.6 dan 2.7. Refrigeran dalam fasa cair mengalir menuju ke komponen ekspansi dan mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa refrigeran berubah menjadi campuran cair dan gas.

Proses evaporasi Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-5 dari Gambar 2.6 dan 2.7. temperatur rendah sehingga akan menerima kalor dari lingkungan yang akan didinginkan sehingga fasa dari refrigeran akan berubah seluruhnya menjadi uap jenuh yang akan masuk ke kompresor untuk di sirkulasikan kembali.

2.1.7 Perhitungan Untuk Karakteristik Freezer

Dengan menggunakan diagram P-h, nilai-nilai entalpi pada siklus kompresi uap dapat diketahui. Besaran-besaran kerja kompresi, laju pengeluaran kalor, laju penyerapan kalor, dan koefisien prestasi (COP) dapat dihitung dengan mempergunakan nilai-nilai entalpi yang didapat.

Kerja kompresor persatuan massa.

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada titik 1-2 diGambar 2.6 dan 2.7. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar mesin pendingin dapat bekerja dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).

W = h -h

komp

, kJ/kg…………………………………………..……….(2.3) Pada persamaan (2.3) : W komp : kerja yang dilakukan kompresor, kJ/kg h

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

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

Kalor yang dilepas oleh kondenser persatuan massa.

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondenser yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).

Q kond = h

2 -h 3 , kJ/kg

……………………………………..…………….(2.4) Pada persamaan (2.4) : h : nilai entalpi refrigeran masuk ke kondenser, kJ/kg

3 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kondenser, kJ/kg c.

Kalor yang diserap evaporator persatuan massa Besar kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) : Q evap = h

1 -h 4 = h 1 -h

, kJ/kg………………………………………….(2.5) Pada persamaan (2.5) : h

1 : nilai entalpi refrigeran keluar dari evaporator , kJ/kg

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

COP aktual freezer COP aktual freezer 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 in in

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

COP ideal freezer COP ideal freezer adalah COP maksimum yang dapat dicapai oleh mesin pendingin yang bekerja pada temperatur kerja evaporator sebesar te dan temperatur kerja kondenser sebesar tc . Besarnya COP ideal dapat dihitung dengan persamaan :

COP ideal = (273,15+te)/(tc

–te) …………………………………..…..…..(2.7)

Te : suhu evaporator, C

Tc : suhu condenser, C f.

Efisiensi freezer Efisiensi freezer adalah presentase perbandingan antara COP actual dan

COP ideal . Besarnya Efisiensi freezer dapat dihitung dengan persamaan (2.8) : Efisiensi = (COP aktual /COP ideal ) x 100 % ………………………..…............(2.8)

2.2. Tinjauan Pustaka

Galuh Renggani Willis (2013) melakukan penelitian dengan variasi refrigeran. Refrigeran yang digunakan adalah R22 dan R134a. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui perbandingan antara kedua refrigeran 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 (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 refrigeran pengganti R12 dengan beban pendinginan sedang.

Risza Helmi (2008) melakukan penelitian terhadap perbandingan COP pada refrigerator dengan refrigeran R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler : 1,75 m, 2 m, 2,25 m. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui COP yang terbaik dari penggunaan kedua refrigeran R12 dan R134a. Diperoleh hasil penelitian nilai COP tertinggi adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan refrigeran 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 freezer yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompresor , kondenser, evaporator, pipa kapiler.

Komponen mesin freezer : a.

Kompresor :

Gambar 3.1 menyajikan gambar kompresor hermetik yang dipergunakan pada mesin freezer .Gambar 3.1 Kompresor jenis hermetik

Jenis kompresor : Kompresor hermetik Spesifikasi kompresor : 220 V, 115 W, 0,88 A Daya kompresor : 1/6 PK b.

Kondenser :

Gambar 3.2 menyajikan gambar condenser jenis U yang dipergunakan pada mesin freezer.Gambar 3.2 Kondensor jenis U

Panjang pipa : 9 m Diameter pipa : 0,110 in Bahan pipa : Besi Bahan sirip : Besi Diameter sirip : 2 mm jarak antar sirip : 0,45 cm Jumlah sirip : 110 c.

Evaporator :

Gambar 3.3 menyajikan gambar evaporator yang dipergunakan pada mesin freezer. Jenis evaporator yang dipergunakan adalah jenis plat.Gambar 3.3 Evaporator jenis plat d.

Pipa kapiler :

Gambar 3.4 menyajikan gambar pipa kapiler yang dipergunakan pada mesin freezer.Gambar 3.4 Pipa kapiler

Panjang pipa kapiler : 1,6 m e.

Filter Filter (saringan) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran bahan pendingin yang keluar setelah melakukan sirkulasi agar tidak masuk kedalam pipa kapiler dan kompresor. Gambar 3.5 menyajikan gambar filter yang dipergunakan pada mesin freezer.

Gambar 3.5 Filter

3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin a.

Tube Cutter Gambar 3.5 menyajikan gambar tube cutter.

Gambar 3.6 Tube cutter

Tube cutter digunakan sebagai alat untuk memotong pipa tembaga. Agar hasil potongan pada pipa lebih baik serta dapat mempermudah pengelasan pada b.

Tang Ampere Gambar 3.6 menyajikan gambar tang ampere.

Gambar 3.7 Tang ampere

Tang ampere digunakan untuk mengukur besarnya arus (A) dan tegangan (V) pada kompresor. Setelah mengetahui besarnya arus dan tegangan, maka akan diketahui besarnya daya kompresor.

Pompa vakum Gambar 3.7 menyajikan gambar pompa vakum.

Gambar 3.8 Pompa vakum Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigeran dari sistem pendinginan sehingga dapat menghilangkan gas gas yang tidak terkondensasi seperti udara dan uap air. Hal ini dilakukan agar tidak menggangu refrigerasi. Karena uap air yang berlebihan pada pada sistem pendinginan akan memperpendek umur operasi filter dan bagian penyaringan.

Manifold gage Gambar 3.8 menyajikan gambar manifold gage.

Gambar 3.9 Manifold gage

Manifold gage digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran (frreon) dalam sistem pendinginan baik pada saat pengisian maupun pada saat beroperasi.

Yang dapat dilihat pada manifold gage yaitu tekanan evaporator atau tekanan isap kompresor, dan tekanan kondensor atau tekanan keluaran kompresor.

Alat las

Gambar 3.5 menyajikan gambar peralatan yang dipergunakan untukGambar 3.10 Alat las

Alat las digunakan untuk menambal, menyambung atau melepas sambungan pipa pada sistem pendingin freezer. Bahan yang digunakan untuk mengelas pipa berbahan tembaga adalah : perak, tembaga.

3.1.3. Pembuatan Mesin Pendingin dan pemasangan alat ukur.

Langkah langkah dalam membuat mesin pendingin : a.

Mempersiapkan komponen komponen mesin pendingin dan alat ukur tekanan.

Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan mesin pendingin.

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

Proses pengisian metil e. Proses pemvakuman mesin pendingin.

Proses pengisian refrigeran pada mesin pendingin.

Pemasangan alat ukur suhu/termokopel.

3.2 Metodologi Penelitian

3.2.1 Benda Uji

Gambar 3.11 Rangkaian freezer

Keterangan :

1. Kompresor

4. Pipa kapiler

2. Kondenser

5. Evaporator

3. Filter

6. Pressure gage Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini merupakan mesin freezer siklus kompresi uap hasil buatan sendiri dengan menggunakan komponen- komponen standar dari mesin freezer yang pada umumnya terdapat di pasaran. Panjang pipa kapiler yang digunakan yaitu 1,6 m

3.2.2 Beban Pendinginan

Beban pendinginan pada percobaan yang dilakukkan menggunakan air.volume air sebesar 500 ml, dengan suhu awal sama dengan suhu lingkungan sekitar : 27 C

3.2.3 Cara pengambilan data

Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel ditempatkan pada posisi yang diinginkan. Kemudian data tekanan diperoleh dar diagram P-h, berdasarkan suhu yang diperoleh. Pada Gambar 3.11 disajikan gambar posisi penempatan termokopel.

3.2.4 Cara Pengolahan data.

Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi yang diperoleh dari grafik ph diagram.

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

3.2.5 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Dari nilai COP mesin pendingin, dapat diperoleh mana yang memberikan nilai terbaik.

Setelah mesin pendingin berhasil dibuat, kemudian dapat dilakukan pengambilan data pada beberapa percobaan. Perhitungan pada data karakterisitik mesin dilakukan setelah percobaan. Kemudian didapatkan Nilai COP mesin pendingin dan dapat dilihat mana yang memberikan nilai COP terbaik dari waktu ke waktu.

BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

3 90 1,137 10,997 -2,2 70,1 37,4 -8 4 120 1,137 10,997 -2,8 73,3 38 -8,6 5 150 1,137 11,342 -3 76,2 38 -10,9 6 180 1,137 9,963 -3,4 70,6 34,2 -9,6

Keterangan : T 1 = Suhu refrigeran saat keluar dari evaporator, °C.

76 39 -12,4 16 480 1,068 10,997 -3,7 76,1 39 -12,2

15 450 1,068 10,997 -3,7

38 -11,4 13 390 1,068 10,997 -3,6 75 38,3 -11,7 14 420 1,068 10,997 -3,5 75,3 38,5 -11,9

74 37,2 -10,8 11 330 1,137 10,653 -3,3 75 37,8 -11 12 360 1,137 10,997 -3,2 75,6

7 210 1,137 9,963 -3 71 36,1 -10,3 8 240 1,137 10,308 -3,4 71,5 36,1 -10,3 9 270 1,137 10,308 -3 72,7 36,8 -10,2 10 300 1,137 10,653 -3,2

Hasil pengujian tekanan dan suhu yang diambil tiap 30 menit dapat dilihat pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Hasil percobaan untuk tekanan dan suhu per 30 menit.

1 30 1,275 11,342 -1 50 41,3 -3,7

4 Bar ˚C

3 T

2 T

1 T

2 T

1 P

No Waktu (Menit) P

2 60 1,137 10,997 -2 64,4 40 -5,5 T 3 = Suhu refrigeran saat keluar dari kondensor, °C. T 4 = Suhu refrigeran saat keluar dari pipa kapiler, °C. P 1 = Tekanan refrigeran saat masuk kompresor, Bar. P 2 = Tekanan refrigeran saat keluar kompresor, Bar.

Dari data tekanan dan suhu yang diperoleh dapat dicari besarnya nilai entalpi (h) dengan cara melihat dari P-h diagram untuk refrigeran R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1, 2, 3, 4 dari waktu kewaktu dalam satuan kJ/kg. Nilai entalpi dari waktu ke waktu dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2. Besar entalpi (h) dari waktu ke waktu

No Waktu (Menit) Entalpi (kJ/kg) h 1 h 2 h 3 h

1 30 402 430 259 259

2 60 402 444 257 257

3 90 402 452 254 254 4 120 400 455 255 255 5 150 400 455 253 253 6 180 400 454 250 250 7 210 400 454 252 252 8 240 400 456 253 253 9 270 400 454 253 253 10 300 400 456 252 252

11 330 400 454 252 252 12 360 400 454 253 253 13 390 400 457 253 253 14 420 400 457 253 253 15 450 400 458 254 254 16 480 400 458 254 254

4.2 Perhitungan a.

Kerja Kompresor Persatuan Massa Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang dihasilkan oleh mesin pendingin, dapat mempergunakan Persamaan (2.3) :

komp

= (h

), kJ/kg Hasil penelitian disajikan pada Table 4.3

– h

Tabel 4.3 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran

1 Wkomp (kJ/kg) kJ/kg

1 30 430 402

2 60 444 402

3 90 452 402

50 4 120 455 400 55 5 150 455 400 55 6 180 454 400 54 7 210 454 400 54 8 240 456 400 56 9 270 454 400 54 10 300 456 400 56 11 330 454 400 54 12 360 454 400 54 13 390 457 400 57 14 420 457 400 57 15 450 458 400 58 16 480 458 400

KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 160 CM TUGAS AKHIR - Karakteristik mesin freezer dengan panjang pipa kapiler 160 cm - USD Repository