Perbandingan COP dan efisiensi mesin pendingin refrigeran sekunder antara refrigeran primer R 134a dengan R 404a

i

PERBANDINGAN

COP

DAN EFISIENSI

MESIN PENDINGIN REFRIGERAN SEKUNDER ANTARA

REFRIGERAN PRIMER R-134a DENGAN R-404a

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

LORENTIUS NICO ADVERY NIM: 105214025

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2014

ii

A COMPARISON COP AND COOLING MACHINE

EFFICIENCY OF SECONDARY REFRIGERANT IN

PRIMARY REFRIGERANT R134a AND R404a

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By:

LORENTIUS NICO ADVERY Student Number : 105214025

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

The fruit of Silence is prayer. The fruit of Prayer is faith. The fruit of Faith is love. The fruit of Love is service. The fruit of Service is Peace

– Mother Theresa-

Ketika kamu berada di tengah, jangan putus asa karena kamu sama dekatnya ke atas dan ke bawah.

Setiap pertanyaan yang dapat dijawab harus dijawab atau setidaknya ditanggapi. Hal-hal yang tidak logis harus dipertanyakan begitu muncul. Jawaban yang salah

harus diperbaiki. Jawaban yang benar harus diteguhkan.

–Erudite-

Kupersembahkan karya ini untuk:

Tuhan Yesus Juruselamat dan pedoman hidupku

Orangtuaku tersayang dengan segala hal terbaik yang diberikan padaku

Maria Gabriela Roswita yang telah menerimaku apa adanya dan menyemangatiku

viii

INTISARI

Mesin pendingin banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis. Mesin pendingin dapat dijumpai pada setiap rumah tangga, supermarket, penginapan, perkantoran, rumah sakit, perindustrian, tempat-tempat hiburan dan sarana transportasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin sekunder

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan variabel bebas yaitu refrigeran R-134a dan R-404a dan variabel terikat nilai Qin, Qout, Win, COP dan efisiensi mesin pendingin. Prinsip kerja mesin pendingin dibuat sesuai dengan siklus kompresi uap. Pengujian dilakukan di Laboraturium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Objek dalam penelitian ini adalah mesin pendingin refrigeran primer 134a dan mesin pendingin refrigeran primer R-404a dengan masing-masing mesin pendingin menggunakan refrigeran sekunder ethyleneglycol.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kerja kompresor R-404a lebih besar dibandingkan dengan R-134a, kalor yang dilepas kondensor R-134a lebih besar dari pada R-404a, kalor yang diserap evaporator R-134a lebih besar daripada R-404a, COP (Coefficient of Performance) aktual R-134a lebih besar daripada R-404a dengan COPaktual tertinggi R-134a didapat 3,002 dan R-404a didapat 2,343, COP (Coefficient of Performance) ideal R-134a lebih besar daripada R-404a dengan COPideal tertinggi R-134a didapat 3,901 dan R-404a didapat 3,434 dan efisiensi dari mesin pendingin 134a lebih besar daripada R-404a dengan efisiensi tertinggi R-134a didapat 78,70% dan R-R-404a didapat 68,69%.

ix

ABSTRACT

Cooling machines are widely used in daily life, especially in the tropical Country. Cooling Machine can be found in every household, supermarkets, lodging, offices, hospitals, industrial, entertainment venues and transportation. The aims of this research is to investigate the characteristic of the secondary refrigerant cooling machine.

This research is an experimental research with the independent variables are the refrigerant R-134a and refrigerant R-404a and the dependent variable are Qin, Qout, Win, COP, and the cooling machine efficiency. The working principle of the cooling machine obey the vapor compression cycle. The research is conducted in Energy Conversion Laboratory Sanata Dharma University Yogyakarta. The object of this study are the engine primary coolant R-134a and engine primary coolant R-404a with each primary refrigerant machine using a secondary refrigerant: ethyleneglycol.

The results of this reseach show that the R-404a compressor work is greater than 134a, the heat released condensor 134a is greater than the R-404a, the heat absorbed by the evaporator R-134a is greater than R-R-404a, COP (Coefficient of performance) actual R-134a is greater than R-404a with the highest R-134a COPaktual obtained 3.002 and R-404a obtained 2,343, COP (Coefficient of performance) ideal of R-134a is greater than R-404a with the highest R-134a COPideal obtained 3.901 and R-404a obtained 3,434 and efficiency of the engine coolant 134a is greater than 404a with the highest efficiency R-134a obtained 78.70% and R-404a obtained 68.69%.

Keywords: secondary refrigerant cooling machine, COP, the vapor compression cycle.

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana pada Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

2. A. Prasetyadi, S.Si., M. Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

3. Seluruh Laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

4. Seluruh Staf dan Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini.

xii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……… i

TITLE PAGE ………. ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING …...……….. iii

HALAMAN PENGESAHAN ... ………... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ……….. vii INTISARI ………. vii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ………... x

DAFTAR ISI ……….. xii

DAFTAR GAMBAR …………...……….. xv

DAFTAR TABEL ...………. xix

DAFTAR LAMPIRAN ... xx

BAB I PENDAHULUAN ……….. 1

1.1 Latar Belakang ……….. 1

1.2 Perumusan Masalah ………... 3

1.3 Tujuan ………... 3

1.4 Batasan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin …………... 4

xiii

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ..…………. 6

2.1 Dasar Teori ……… 6

2.1.1 Definisi Mesin Pendingin ... 6

2.1.2 Refrigeran ... 16

2.1.3 Laju Perpindahan Kalor ... 20

2.1.4 Siklus Kompresi Uap pada Mesin Pendingin ... 21

2.1.5 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin ... 25

2.2 Tinjauan Pustaka ... 29

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 31

3.1. Komponen Mesin Pendingin ... 31

3.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin ... 36

3.3. Pembuatan Mesin Pendingin ... 44

3.4. Pengisian Metil ... 49

3.5. Proses Pemvakuman ... 50

3.6. Proses Pengisian Refrigeran ... 52

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 53

4.1 Jenis Penelitian ... 53

4.2 Objek Penelitian ... 53

4.3 Skema Penelitian ... 55

4.4 Skema Pengambilan Data Penelitian ... 57

4.5 Alat Bantu Penelitian ... 59

4.6 Cara Mendapatkan Data ... 61

xiv

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 64

BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN ... 65

5.1 Hasil Pengambilan Data ... 65

5.1.1 Pengambilan Data Refrigeran R-134a ... 65

5.1.2 Pengambilan Data Refrigeran R-404a ... 68

5.2 Perhitungan ... 70

5.2.1 Kerja Kompresor persatuan Massa Refrigeran ... 71

5.2.2 Energi Kalor persatuan Massa Refrigeran yang Dilepas Kondensor ... 73

5.2.3 Energi Kalor persatuan Massa Refrigeran yang Diserap Evaporator ... 75

5.2.4 Koefisien Prestasi Aktual ... 77

5.2.5 Koefisien Prestasi Ideal ... 79

5.2.6 Efisiensi Mesin Pendingin ... 81

5.2.7 Laju Aliran Massa Refrigeran ... 83

5.2.8 Daya Aktual Kompresor ... 85

5.3 Pembahasan ... 87

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 91

6.1 Kesimpulan ... 91

6.2 Saran ... 92

DAFTAR PUSTAKA ... 94

xv

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kompresor semihermetik ... 8

Gambar 2.2.a Kompresor hermetik ... 9

Gambar 2.2.b Kompresor hermetik ... 9

Gambar 2.3 Kompresor open type ... 10

Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat ... 11

Gambar 2.5 Kondensor mobil ... 11

Gambar 2.6 Pipa kapiler dan hand valve ... 12

Gambar 2.7 Automatic expansion valve ... 13

Gambar 2.8 Thermostatic expansion valve ... 13

Gambar 2.9 Evaporator dengan permukaan datar, evaporator pipa- pipa dan evaporator dengan sirip ... 14

Gambar 2.10 Jenis-jenis filter ... 15

Gambar 2.11 Thermostat ... 16

Gambar 2.12 Siklus Kompresi Uap ... 21

Gambar 2.13 Diagram P-h ... 22

Gambar 2.14 Diagram T-s ... 23

Gambar 3.1 Kompresor ... 31

Gambar 3.2 Kondensor ... 32

Gambar 3.3 Pipa kapiler ... 33

Gambar 3.4 Evaporator ... 33

xvii

Gambar 3.6 Tabung Refrigeran R-134a ... 35

Gambar 3.7 Tabung Refrigeran R-404a ... 35

Gambar 3.8 Ethylene glycol ... 36

Gambar 3.9 Tube cutter ... 37

Gambar 3.10 Pembengkok pipa ... 37

Gambar 3.11 Pelebar Pipa ... 38

Gambar 3.12 Manifold gauge ... 39

Gambar 3.13 Manifold gauge ... 39

Gambar 3.14 Charging manifold gauge ... 40

Gambar 3.15 Gas dan alat las tembaga ... 40

Gambar 3.16 Perak, kuningan dan boraks ... 41

Gambar 3.17 Metil ... 42

Gambar 3.18 Pompa vakum ... 43

Gambar 3.19 Meja kayu dan komponen mesin pendingin ... 43

Gambar 3.20 Toples ... 44

Gambar 3.21 Isolasi pipa jenis superlon ... 44

Gambar 3.22 Pembuatan evaporator ... 45

Gambar 3.23 Pemasangan kondensor, stoples evaporator dan kompresor ... 46

Gambar 3.24 Penyambungan pipa T dengan pipa input dan pipa output kompresor ... 47

Gambar 3.25 Penyambungan pipa T dengan pipa kondensor ... 47

xviii

Gambar 3.27 Proses Pemvakuman ... 51

Gambar 4.1 Mesin pendingin ... 54

Gambar 4.2 Bagian-bagian mesin pendingin ... 54

Gambar 4.3 Skema pembuatan dan penelitian mesin pendingin ... 56

Gambar 4.4 Skema pengambilan data penelitian mesin pendingin ... 57

Gambar 4.5 Termometer ruangan ... 59

Gambar 4.6 Thermocouple dan penampil suhu digital APPASI ... 60

Gambar 4.7 Clamp meter ... 60

Gambar 4.8 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi.. 63

Gambar 5.1 Grafik hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dengan waktu ... 72

Gambar 5.2 Grafik hubungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dengan waktu ... 74

Gambar 5.3 Grafik hubungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dengan waktu ... 76

Gambar 5.4 Grafik hubungan koefisien prestasi aktual dengan waktu 78 Gambar 5.5 Grafik hubungan koefisien prestasi ideal dengan waktu 80 Gambar 5.6 Grafik hubungan efisiensi mesin pendingin dengan waktu ... 82 Gambar 5.7 Grafik hubungan laju aliran massa refrigeran mesin pendingin dengan waktu ... 84

Gambar 5.8 Grafik hubungan daya aktual kompresor mesin pendingin dengan waktu ... 86

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tabel Pengambilan Data Suhu dan Data Tekanan dalam Satuan

Waktu ... ₆₂

Tabel 5.1 Hasil pengambilan data refrigeran R-134a ... 65

Tabel 5.2 Data untuk mencari nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a ... 66

Tabel 5.3 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a ... 67

Tabel 5.4 Hasil pengambilan data refrigeran R-404a ... 68

Tabel 5.5 Data untuk mencari nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-404a ... 69

Tabel 5.6 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-404a ... 70

Tabel 5.7 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ... 72

Tabel 5.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran ... 74

Tabel 5.9 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran ... 76

Tabel 5.10 Koefisien prestasi aktual ... 78

Tabel 5.11 Koefisien prestasi ideal ... 80

Tabel 5.12 Efisiensi ( ɳ ) mesin pendingin ... 82

Tabel 5.13 Laju aliran massa refrigeran ( ṁ ) mesin pendingin ... 84

xx LAMPIRAN

Lampiran 1. P-h diagram menit ke-30 refrigeran R-134a ... 96

Lampiran 2. P-h diagram menit ke-60 refrigeran R-134a ... 97

Lampiran 3. P-h diagram menit ke-90 refrigeran R-134a ... 98

Lampiran 4. P-h diagram menit ke-120 refrigeran R-134a ... 99

Lampiran 5. P-h diagram menit ke-150 refrigeran R-134a ... 100

Lampiran 6. P-h diagram menit ke-180 refrigeran R-134a ... 101

Lampiran 7. P-h diagram menit ke-210 refrigeran R-134a ... 102

Lampiran 8. P-h diagram menit ke-240 refrigeran R-134a ... 103

Lampiran 9. P-h diagram menit ke-270 refrigeran R-134a ... 104

Lampiran 10. P-h diagram menit ke-300 refrigeran R-134a ... 105

Lampiran 11. P-h diagram menit ke-330 refrigeran R-134a ... 106

Lampiran 12. P-h diagram menit ke-360 refrigeran R-134a ... 107

Lampiran 13. P-h diagram menit ke-390 refrigeran R-134a ... 108

Lampiran 14. P-h diagram menit ke-420 refrigeran R-134a ... 109

Lampiran 15. P-h diagram menit ke-30 refrigeran R-404a ... 110

Lampiran 16. P-h diagram menit ke-60 refrigeran R-404a ... 111

Lampiran 17. P-h diagram menit ke-90 refrigeran R-404a ... 112

Lampiran 18. P-h diagram menit ke-120 refrigeran R-404a ... 113

Lampiran 19. P-h diagram menit ke-150 refrigeran R-404a ... 114

Lampiran 20. P-h diagram menit ke-180 refrigeran R-404a ... 115

xxi

Lampiran 22. P-h diagram menit ke-240 refrigeran R-404a ... 117

Lampiran 23. P-h diagram menit ke-270 refrigeran R-404a ... 118

Lampiran 24. P-h diagram menit ke-300 refrigeran R-404a ... 119

Lampiran 25. P-h diagram menit ke-330 refrigeran R-404a ... 120

Lampiran 26. P-h diagram menit ke-360 refrigeran R-404a ... 121

Lampiran 27. P-h diagram menit ke-390 refrigeran R-404a ... 122

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman dan bertambahnya penduduk, berbagai kebutuhan manusia yang digunakan untuk menunjang kenyamanan hidupnya semakin meningkat. Segala macam kebutuhan mereka penuhi dengan memanfaatkan teknologi yang ada, untuk menunjang kenyamanan hidupnya. Kebutuhan yang digunakan untuk menunjang kenyamanan hidup manusia di antaranya adalah kebutuhan mesin pendingin yang banyak dijumpai pada setiap rumah tangga, supermarket, penginapan, perkantoran, rumah sakit, perindustrian, tempat-tempat hiburan dan didalam peralatan transportasi. Mesin pendingin dapat digunakan untuk berbagai macam fungsi yaitu: untuk menyimpan bahan makanan agar tidak cepat membusuk atau basi, untuk mendinginkan udara dalam ruangan agar menjadi sejuk, untuk menyimpan minuman agar dingin saat diminum dan membekukan air agar menjadi es sebagai bahan untuk melepas dahaga.

Semakin berkembangnya teknologi, semakin banyak penemuan mesin pendingin modern yang lebih canggih. Berbagai macam model mesin pendingin yang dikembangkan dan digunakan di kehidupan sehari-hari juga semakin bervariasi yaitu: refrigerator, freezer, chest freezer, dispenser, chiller, ice maker, cold storage, showcase, air conditioner (AC) dan lain-lainnya.

Refrigerator atau kulkas banyak digunakan orang untuk mendinginkan sayuran, buah-buahan, telur, minuman dan berbagai macam makanan lainnya.

Kulkas juga digunakan untuk membekukan air dan daging, sesuai dengan variasi kapasitas tempat pendinginan pada kulkas. Jika pada kulkas tidak terdapat variasi yang digunakan untuk membekukan, maka kulkas tersebut tidak dapat digunakan untuk membekukan air dan daging. Kulkas biasanya banyak dimanfaatkan dalam rumah tangga karena dapat membantu ibu rumah tangga untuk menyimpan persediaan makanan sehari-hari, sehingga tidak perlu berbelanja persediaan makanan yang mudah basi setiap hari.

Freezer atau mesin pembeku hampir sama dengan kulkas dapat digunakan untuk membekukan, namun kapasitas mesin pembeku lebih besar dan suhunya lebih rendah dan biasanya digunakan untuk membekukan air dan daging sehingga awet serta dapat bertahan lama. Peralatan trasportasi seperti pembawa es krim dan berbagai alat trasportasi lainnya juga memanfaat mesin pembeku ini, sehingga membantu dan mempermudah pengiriman jenis-jenis makanan yang perlu dibekukan. Selain untuk membekukan dalam kapasitas besar, mesin pembeku juga dapat digunakan untuk membekukan air menjadi es sesuai dengan kapasitas yang diinginkan dan seandainya ingin membuat es dengan kapasitas kecil dapat menggunakan ice maker.

Air Conditioner (AC) digunakan untuk mendinginkan udara dalam suatu ruangan agar lebih baik dan lebih nyaman ditempati. Kondisi udara yang nyaman dilihat dari berbagai faktor meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan kecepatan udara yang dialirkan dalam ruangan. AC juga dapat digunakan dalam suatu alat transportasi agar orang yang berada di dalamnya dapat menikmati perjalanan

dengan nyaman. Alat transportasi yang memanfaatkan AC yaitu: mobil, bus, kereta api, kapal dan pesawat.

Melihat latar belakang kebutuhan mesin pendingin yang sangat di butuhkan untuk kepentingan manusia dalam kehidupan sehari hari, penulis tertarik untuk mendalami mesin pendingin dengan melakukan pembuatan dan penelitian tentang mesin pendingin. Diharapkan hasil penelitian dapat memberikan manfaat yang banyak bagi para peneliti mesin pendingin kompresi uap.

1.2. Perumusan Masalah

Rumusan dari penelitian adalah:

a. Berapakah kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran? b. Berapakah kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran? c. Seberapa besarkah kerja kompresor persatuan massa refrigeran?

d. Berapakah nilai COP dari mesin pendingin refrigeran sekunder dengan refrigeran primer yang menggunakan R-134a dan R-404a? Dan seperti apakah perbandingan efisiensi dari kedua mesin pendingin tersebut?

1.3. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Membuat mesin pendingin refrigeran sekunder.

b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin refrigeran sekunder yang telah dibuat:

1. Menghitung kalor yang diserap evaporator perasatuan massa refrigeran (Qin) 2. Menghitung kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) 3. Menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)

4. Mengetahui dan membandingkan nilai COP dari mesin pendingin refrigeran sekunder dengan refrigeran primer yang menggunakan R-134a dan R-404a. 5. Mengetahui dan membandingkan efisiensi dari mesin pendingin refrigeran

sekunder dengan refrigeran primer yang menggunakan R-134a dan R-404a. 1.4. Batasan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin

Batasan-batasan yang diambil dalam pembuatan mesin pendingin :

a. Kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah hermetik yang mempunyai spesifikasi daya 124 watt, arus listrik 0.92 ampere, beda potensial 220 VAC, frekuensi 50/60 Hz dan 1 phase.

b. Evaporator yang digunakan mesin pendingin adalah pipa berbahan tembaga berdiameter 0,25 inch (6,35 mm) dan panjang 8 m.

c. Kondensor yang digunakan mesin pendingin adalah kondensor standar 12 U. d. Pipa kapiler yang digunakan terbuat dari tembaga, berdiameter 0,026 inch

(0,66 mm) dan panjang 2 m.

e. Filter yang digunakan memiliki 1 lubang masuk dan 2 lubang keluar.

f. Beban pendinginan yang digunakan pada penelitian ini adalah air dengan volume 0,5 liter.

g. Refrigeran sekunder yang digunakan adalah ethylene glycol. h. Refrigeran primer yang digunakan adalah R-134a dan R-404a.

i. Tempat refrigeran sekunder mempunyai kapasitas 5 liter dan di isolasi dengan udara setebal 3 cm.

j. Menggunakan low pressure gauge kapasitas tekanan 0 psi hingga 250 psi dan menggunakan high pressure gauge kapasitas 0 psi hingga 500 psi.

k. Tekanan refrigeran primer R-134a dan R-404a pada saat pengisian adalah 5 psig.

1.5. Manfaat

Manfaat penelitian mesin pendingin refrigeran sekunder dengan refrigeran primer yang menggunakan R134a dan R404a ini adalah:

a. Dapat memberikan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan tentang mesin pendingin.

b. Dapat memberikan hasil penelitian yang dapat digunakan sebagai referensi pustaka bagi peneliti-peneliti yang hendak meneliti dan mengembangkan teknologi pada bidang mesin pendingin dengan siklus kompresi uap.

6 BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin yang di dalamnya terdapat siklus refrigeran, sehingga terjadi perubahan suhu dan tekanan. Mesin pendingin berguna untuk untuk menurunkan suhu dari bahan yang didinginkan. Proses perubahan suhu dan tekanan terjadi di dalam siklus saat mesin pendingin bekerja. Mesin pendingin menggunakan bahan pendingin (refrigeran) yang memiliki siklus dalam proses kerjanya menyerap panas dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah dan tekanan tinggi dalam bagian komponen tertentu pada mesin pendingin. Sirkulasi siklus tersebut terjadi berulang ulang. Refrigeran yang digunakan mesin pendingin jumlahnya tetap, namun yang berubah hanya bentuknya.

Siklus kerja yang sering digunakan dalam kehidupan sehari hari adalah mesin pendingin dengan siklus kompresi uap. Prinsip kerja mesin pendingin adalah jika motor penggerak berputar maka akan memutar kompresor. Beroperasinya kompresor membuat suhu maupun tekanan refrigeran menjadi naik, hal ini disebabkan molekul-molekul dari refrigeran bergerak lebih cepat akibat proses kompresi. Kompresor mengkompresi refrigeran menuju kondensor untuk melepaskan kalor ke lingkungan sekitar kondensor. Kalor dari kondensor dapat mengalir ke lingkungan di sekitar kondensor karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Setelah mengalami perubahan fase dari gas menjadi

cair, refrigeran keluar dari kondensor, refrigeran kemudian mengalir menuju pipa kapiler dengan melewati filter terlebih dahulu untuk mengalami proses penyaringan kotoran. Refrigeran di dalam pipa kapiler mengalami proses penurunan suhu dan tekanan. Proses di pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap. Fase refrigeran berubah dari fase campuran yaitu fase cair dan gas. Setelah melewati pipa kapiler, refrigeran mengalir ke evaporator, refrigeran mengalami perubahan fase dari campuran (cair dan gas) menjadi gas semuanya. Proses perubahan fase ini dapat terjadi karena adanya kalor yang mengalir dari lingkungan sekitar evaporator ke dalam evaporator. Kalor dapat mengalir karena suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu kerja evaporator. Keluar dari evaporator, refrigeran dihisap kembali ke kompresor dan siklus kompresi berlangsung kembali seperti semula.

Komponen utama mesin pendingin dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, beberapa peralatan tambahan filter dan thermostat.

1. Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi atau perputaran refrigeran yang mengalir di 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 dapat dilihat pada Gambar 2.1.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 sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi refrigeran mengalir dalam pipa-pipa mesin pendingin. Fase yang terjadi ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas yang keluar kompresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja kondensor.

Gambar 2.2.a Kompresor hermetik

Gambar 2.3 Kompresor open type

2. Kondensor

Kondensor adalah alat yang berfungsi sebagai tempat pengembunan atau kondensasi refrigeran. Dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh dan proses berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi panas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan tetap. Saat kedua proses tersebut berlangsung, kondensor membuang kalor dalam bentuk panas ke lingkungan sekitar. Jenis kondensor yang sering dipakai dalam kapasitas kecil adalah kondensor dengan bentuk jari-jari penguat, pipa dengan plat besi dan pipa bersirip. Tiga jenis kondensor berdasarkan media

pendinginnya, kondensor berpendinginan udara (air cooled condenser), kondensor berpendinginan air (water cooled condenser) serta kondensor berpendinginan udara dan air (evaporative condenser). Umumnya kondensor yang dipakai dalam mesin pindingin adalah kondensor dengan pipa jari-jari penguat berpendinginan udara, sedangkan untuk mesin AC menggunakan jenis pipa bersirip. Gambar 2.4 menunjukkan jenis kondensor dengan jari-jari penguat.

Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat

3. Pipa kapiler

Menurut Stocker dan Jones (1989), pipa kapiler merupakan salah satu alat ekspansi. Alat ini mempunyai dua kegunaan, yaitu menurunkan tekanan refrigeran cair dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler umumnya mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 m, dengan diameter dalam 0,5 hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler terjadi pernurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung pada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam fase cair penuh. Saat masuk ke dalam evaporator, refrigeran dalam fase cair dan gas. Jenis alat ekspansi lainnya yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan, yaitu hand valve, AXV (automatic expansion valve), TXV (thermostatic expansion valve). Katup ekspansi jenis AXV dan TXV biasanya digunakan pada unit mesin pendingin berkapasitas besar dan berkapasitas sedang.

Gambar 2.7 Automatic expansion valve

4. 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 evaporator mesin pendingin. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa dengan sirip, pipa-pipa dan permukaan datar.

Gambar 2.9 Evaporator dengan permukaan datar, evaporator pipa-pipa dan evaporator dengan sirip

5. Filter

Filter adalah alat yang berguna 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 menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk ke dalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa kalor menjadi tersumbat dan

menyebabkan sistem menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter di tempatkan sebelum pipa kapiler.

Gambar 2.10 Jenis-jenis filter

6. Thermostat

Thermostat adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lamanya kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor. 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, pegas akan menekannya sehingga kontak sakelar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik maka kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang relatif lama dan apabila mang pendingin atau

evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku, fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sakelar kontak sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN. Kompresor akan bekerja kembali dan demikian berturut -turut kerja thermostat.

Gambar 2.11 Thermostat

2.1.2 Refrigeran

Refrigeran atau bahan pendingin adalah fluida atau zat yang digunakan dalam mesin pendingin untuk menghisap panas dari suatu tempat atau suatu benda (Gunawan,1988). Refrigeran pada mesin pendingin berperan penting untuk penyerapan panas melalui proses perubahan fase refrigeran dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase refrigeran dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran dalam mesin pendingin akan mengalami perubahan fase dari cair ke gas dan setelah melewati beberapa proses akan kembali lagi ke kondisi awalnya yaitu cair.

Secara umum pemilihan refrigeran untuk suatu keperluan tergantung dari sifat-sifat refrigeran itu sendiri, bukan hanya pada kemampuannya membuang panas. Adapun sifat-sifat yang perlu diperhatikan adalah apakah refrigeran

beracun atau tidak beracun, mudah terbakar, densitas, viskositas (kekentalan) dan mudah didapat. Sifat refrigeran yang aman merupakan sarat utama yang harus diperhatikan pada saat memilih refrigeran. Sifat aman yang menjadi acuan adalah tidak dapat atau tidak mudah terbakar, tidak meledak dan tidak beracun baik dalam keadaan murni maupun setelah bercampur dengan air. Refrigeran tidak tidak bereaksi dengan oli pelumas, tidak bereaksi dengan material dari komponen-komponen atau pipa, tidak bereaksi dengan uap air pada temperatur rendah, jika terjadi kebocoran tidak berkontaminasi dengan bahan makanan maupun produk yang disimpan.

Setiap refrigeran memiliki batasan tekanan dan suhu tertentu, batasan ini berupa titik yang disebut tekanan kritis dan temperatur kritis. Lewat dari batas tekanan kritis, refrigeran tetap berbentuk cairan walaupun panas terus menerus diberikan. Setiap refrigeran yang melebihi batas temperatur temperatur kritis tidak dapat berwujud cairan, tidak lagi tergantung tekanan yang bekerja yang berkerja pada refrigeran.

Refrigeran adalah suatu zat yang mudah diubah bentuknya dari gas menjadi cair dan sebaliknya, dipakai untuk mengambil kalor dari evaporator dan membuang membuang kalor tersebut di kondensor. Refrigeran yang digunakan dalam masyarakat digolongkan dalam tiga bagian, yaitu:

1. HFC (Hydro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat digunakan untuk menggantikan posisi Freon karena tidak menggunakan atom chlor (Cl) yang tidak merusak lapisan ozon. HFC terdiri dari hidrogen, flourin dan karbon.

2. HCFC (Hydro Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat merusak lingkungan karena mengandung jumlah minimal klorin. HCFC terdiri dari hidrogen, klorin, fluorin dan karbon.

3. CFC (Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran paling berbahaya terhadap lapisan ozon karena jumlah kaporitnya tinggi. CFC mengandung klorin, fluoro dan karbon.

Secara umum refrigeran dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu: 1. Refrigeran primer

Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan sebagai fluida kerja mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap. Refrigeran primer yang digunakan dalam penelitian ini adalah R-134a dan R-404a sebagai variasi refrigeran.

2. Refrigeran sekunder

Refrigeran sekunder adalah fluida yang didinginkan oleh mesin pendingin langsung, yang kemudian refrigeran ini mendinginkan objek yang ingin didinginkan. Refrigeran sekunder tidak mengalami perubahan fase, tetapi dapat mengalami perubahan suhu saat menyerap kalor. Fluida yang digunakan biasanya larutan dengan titik beku di bawah 0oC. Refrigeran sekunder yang digunakan dalam penelitian ini adalah ethylene glycol.

Beberapa jenis-jenis refrigeran dan sifat-sifatnya: a. Ammonia (NH3)

Ammonia (R717) merupakan refrigeran yang digunakan secara luas pada mesin-mesin yang besar di industri. Titik didih pada tekanan normal adalah -33°C

dan titik bekunya -78°C. Ammonia mudah terbakar jika bercampur udara pada konsentrasi tertentu (sekitar 1 volume ammonia dengan 2 volume udara) terutama jika bercampur dengan oksigen. Refrigeran ini memiliki sifat yang beracun sehingga memerlukan sistem pemipaan yang kuat.

b. Refrigeran-12

R-12 (CCl2F2) mempunyai titik didih -30oC digunakan pada industri-industri, sistem komersial, lemari es, pendingin air, mesin es krim dan lain-lain. Jenis refrigeran ini tidak beracun, tidak mudah meledak atau terbakar, mudah larut dengan air dan tidak menyebabkan karat. Refrigeran ini dapat berbahaya jika konsentrasinya melebihi kandungan oksigen, sehingga dapat merusak lapisan ozon.

c. Refrigeran - 22

R-22 (CHIF2) mempunyai titik didih -41°C Refrigeran ini di gunakan untuk menggantikan R-12. Refrigeran ini juga tidak ramah lingkungan, sehingga tidak dipakai lagi karena juga merusak lapisan ozon.

d. Refrigeran - 134a

Refrigeran ini dilambangkan R-134a rumus kimianya CH3CHF2F. R134a pada tekanan 101,3 kPa mempunyai titik didih – 26,2 °C dan memiliki titik beku – 96,6 C. Refrigeran ini memiliki tekanan kritis 4,06 MPa dan temperatur kritis 101,10 C. Refrigeran ini memiliki kelebihan tidak mudah terbakar, tidak merusak ozon, memiliki kestabilan yang tinggi, dan ramah lingkungan. Kelemahan R-134a harga belinya relatif mahal. Pada saat ini refrigeran ini banyak dipergunakan.

e. Refrigeran - 404a

Refrigeran ini dilambangkan R-404a rumus kimianya CHF2CF3. R404a mempunyai titik didih – 47,8 °C. Refrigeran ini memiliki kelebihan tidak merusak ozon. Kelemahan R-134a harga belinya relatif mahal dan mudah terbakar. Pada saat ini refrigeran ini banyak dipergunakan.

2.1.3 Laju Perpindahan Kalor

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

a. Laju perpindahan kalor konduksi

Laju perpindahan kalor secara konduksi adalah proses di mana kalor 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.

b. Laju perpindahan kalor konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses transportasi energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (cair atau gas) yang digunakan untuk mengalirkan kalor. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas. Perpindahan kalor secara konveksi terbagi menjadi dua cara, yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa

1. Konveksi bebas

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

2. Konveksi paksa

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.

2.1.4 Siklus Kompresi Uap pada Mesin Pendingin

Sistem refrigerasi yang umum digunakan adalah sistem refrigerasi dengan siklus kompresi uap. Komponen utama yang ada dalam siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi evaporator dan filter sebagai komponen tambahan.

Tahapan siklus pendingin kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Skema mesin pendingin siklus kompresi uap ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.12 Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap jika di sajikan pada diagram P-h dan diagram T-s seperti pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Diagram T- s

Proses yang terjadi pada siklus kompresi uap mesin refrigerasi yaitu: a. Proses l-2

Proses l-2 adalah proses kompresi. Proses ini berlangsung di kompresor 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.

b. Proses 2-2a

Proses 2-2a adalah proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung berlangsung mulai dari keluar kompresor sampai dalam kondensor. Penurunan

suhu di sebabkan karenan proses pembuangan kalor dari refrigeran ke udara. Fase refigeran berubah dari gas panas lanjut ke uap jenuh. Proses penurunan suhu berlangsung pada tekanan tetap pada tekanan kerja kondensor (P2).

c. Proses 2a-3a

Proses 2a-3a adalah proses kondensasi. Pada proses ini terjadi pembuangan kalor ke lingkungan sekitar kondensor pada tekanan dan suhu yang tetap. Terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan udara di luar kondensor, kalor berpindah dari refrigeran ke udara yang ada di sekitar kondensor sehingga refrigeran mengembun menjadi cair. Fase refrigeran berubah dari gas jenuh menjadi cair jenuh.

d. Proses 3a-3

Proses 3a-3 adalah proses pendinginan lanjut. Pada proses ini terjadi pelepasan panas dari refrigeran ke udara di luar kondensor setelah refrigeran pada kondisi cair jenuh, sehingga sehingga refrigeran yang keluar dari kondensor suhunya lebih rendah dari suhu pengembunan. Fase refrigeran pada keadaan cair. Proses berlangsung pada tekanan tetap dan pada tekanan tinggi (P2). Dengan kondisi refrigeran yang cair saat keluar dari kondensor maka refrigeran akan dapat mudah masuk pipa kapiler, karena pipa kapiler mempunyai diameter yang sangat kecil. Tujuan pendinginan 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 berlangsung dari fase cair menjadi campuran (cair + gas).

d. Proses 4-1a

Proses 4-1a adalah proses evaporasi. Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan sekitar/media yang didinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas jenuh bertekanan rendah. e. 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 berlangsung pada tekanan tetap, pada tekanan rendah P1. Tujuan dari pemanasan lanjut ini supaya refrigeran yang masuk ke kompresor benar-benar dalam keadaan gas.

2.1.5 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin

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, COPaktual, COPideal dan efisiensi.

a. Kerja kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada diagram P-h titik 1-2 di Gambar 2.13, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.1).

dengan 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).

b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.13, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).

, (2.2)

dengan Qout adalah energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h3 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) dan h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).

c. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin)

Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.13, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

, (2.3)

dengan Qin adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi 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=h3 (kJ/kg).

d. Koefisien Prestasi / Coefficient Of Performance (COP)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah pembanding antara panas yang dilepaskan dari ruang yang didinginkan dengan kerja yang disalurkan. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.4).

, (2.4)

dengan 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), 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).

, (2.5) dengan COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin, Te adalah suhu evaporator (K) dan Tc adalah suhu kondensor (K).

f. Efisiensi mesin pendingin (ɳ)

Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6).

, (2.6)

dengan COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin dan COPaktual adalah koefisien prestasi mesin pendingin.

g. Laju aliran massa refrigeran

Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.7).

, (2.7)

dengan ṁ adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s), I adalah arus listrik (A), V adalah voltase (watt) dan Win adalah kerja yang dilakukan kompresor (J/kg). h. Daya aktual kompresor (P)

Daya aktual kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.8)

, (2.8)

dengan P adalah daya kompresor (J), I adalah arus listrik (A) dan V adalah Voltase (watt).

2.2 Tinjauan Pustaka

Anwar (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan : (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendinginan meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300, dan 400 watt, di dalam ruang pendingin (b) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan koefisien prestasi system pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada bola lampu 400 watt.

Indriyanto (2013) telah melakukan penelitian Karakteristik mesin kulkas dengan panjang pipa kapiler 175 cm. Penelitian tersebut bertujuan: (a) : membuat kulkas (b) mengetahui kerja kompresor kulkas (c) mengetahui kerja yang diserap evaporator (c) mengetahui kalor yang di lepas kondensor (e) mengetahui COP. Penelitian ini memberikan hasil. (a) kulkas ini dapat bekerja dengan baik mampu mendinginkan 1,5 liter air dalam waktu 485 menit.( b) mampu menyerap kalor,

mampu membuang kalor, kinerja kerja kompresor yang stabil, (c) rata-rata COP yang kurang irit yaitu sebesar 2.20.

Leo (2013) telah melakukan penelitian tentang mesin pendingin air dengan siklus kompresi uap. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas tentang beban pendinginan air terhadap kinerja sistem mesin pendinginan (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) refrigeran yang digunakan R134a (b) menggunakan motor penggerak kompresor berkapasitas 1/8 PK. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) rata-rata mesin pendingin prestasi kerjanya sebesar 5,1 dengan COP yang sebesar itu berarti kinerja mesin pendingin cukup irit (b) kalor yang di serap evaporator, kalor yang di buang kondensor, kerja kompresor yang sama pada mesin pendingin pada umumnya.

Willis (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran R22 dan R134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) menghitung potensi kerja refrigeran R22 yang dibandingkan dengan refrigeran R134a (b) membahas refrigeran yang lebih ramah lingkungan antara R22 dengan R134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) refrigeran yang digunakan R22 dan R134a (b) menggunakan mesin pengkondisian udara motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) refrigeran R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari R134a, tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran R134a lebih ramah lingkungan, tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.

31 BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1.Komponen Mesin Pendingin

Komponen yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, filter, refrigeran R-134a, dan refrigeran R-404a (sebagai refrigeran pembanding R-134a).

a. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1. Kompresor Jenis kompresor : Hermetic

Seri kompresor : AE 1340 DB

Voltase : 220 V

Daya kompresor : 124 W Arus listrik : 0,92 A

Frekuensi : 50/60 Hz dan 1 phase.

b. Kondensor

Spesifikasi kondensor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.2. Kondensor Jenis kondenser : Tipe 12 U

Bahan pipa : Besi Bahan sirip : Baja Diameter pipa : 0,47 cm Diameter sirip : 0,5 mm Jarak sirip : 5 mm

c. Pipa Kapiler

Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.3. Pipa kapiler

Panjang pipa kapiler : 2 m

Diameter dalam : 0,026 in (0,66 mm) Bahan pipa kapiler : tembaga

d. Evaporator

Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Bahan pipa evaporator: tembaga

Diameter pipa : 0,25 inch (6,35 mm) Panjang pipa : 8 m

Kaleng : terbuat dari besi diameter 22 cm dengan tinggi 27 cm Wadah : kapasitas 10 liter dan kapasitas 5 liter

e. Filter

Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.5. Filter Panjang filter : 10 cm

Diameter : 1,5 cm Bahan : tembaga

Tipe : 3 lubang dengan 1 lubang masuk dan 2 lubang keluar

f. Refrigeran R-134a

Refrigeran R134a digunakan sebagai fluida kerja mesin pendingin. Dalam penelitian ini menggunakan refrigeran R134a karena lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigeran lain yang tersedia dipasaran.

Gambar 3.6. Tabung Refrigeran R-134a g. Refrigeran R-404a

Refrigeran R-404a digunakan sebagai variasi pembanding R-134a setelah refrigeran R-134a selesai di uji coba. Refrigeran R-404a memiliki keunggulan teknik yaitu pada tekanan rendah dapat menghasilkan suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan refrigeran R-134a, hal ini terlihat dari karakteristik grafik P-h diagram R-134a dan R-404a yang ada.

h. Ethylene glycol

Ethylene glycol adalah cairan anti beku yang digunakan sebagai refrigeran sekunder atau refigeran kedua. Empat liter Ethylene glycol dituangkan dalam toples evaporator yang memponyai kapasitas 5 liter.

Gambar 3.8. Ethylene glycol

3.2.Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin

Peralatan pendukung digunakan untuk membantu mempermudah pengerjaan dalam pembuatan mesin pendingin. Berikut beberapa peralatan pendukung pembuatan mesin pendingin:

a. Pemotong Pipa (Tube cutter)

Tube cutter adalah alat yang dapat digunakan untuk memotong pipa tembaga. Memotong pipa tembaga dengan tube cutter lebih mudah dan dapat menghasilkan potongan yang rapi dibandingkan dengan memotong pipa menggunakan gergaji. Sebaiknya saat memotong pipa tembaga jangan sampai ada kotoran atau serpihan masuk dalam pipa tembaga.

Gambar 3.9. Tube cutter

b. Pembengkok Pipa

Pembengkok pipa adalah alat yang digunakan untuk membengkokkan pipa agar tidak gepeng atau rusak.

Gambar 3.10. Pembengkok pipa

c. Pelebar Pipa (Flaring Tool)

Pelebar pipa adalah alat yang digunakan untuk mengembangkan atau memperbesar ujung diameter pipa. Ukuran dari diameter alat pelebar pipa bervariasi tergantung dari kebutuhan. Pipa tembaga diperbesar ujungnya bertujuan untuk mempermudah proses penyambungan pipa menggunakan las. Sebagai contoh 2 buah pipa memiliki diameter yang sama, salah satu pipa dilebarkan ujungnya kemudian dipasangkan dengan pipa yang tidak dilebarkan ujungnya. Setelah kedua

pipa dipasangkan mempermudah pengelasan dan menghasilkan sambungan yang kuat dan maksimal.

Gambar 3.11. Pelebar Pipa

d. Manifold gauge :

Manifold gauge adalah alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran atau freon dalam sistem pendinginan baik saat pengisian refrigeran maupun pada saat mesin pendingin beroprasi. Manifold gauge yang dipakai untuk pembuatan alat ini adalah jenis single manifold gauge. Pembuatan alat ini menggunakan 2 jenis single manifold gauge yaitu dua manifold gauge low pressure untuk tekanan rendah dan dua manifold gauge high pressure untuk tekanan tinggi. Manifold gauge low pressure diletakkan pada output pipa kapiler atau input evaporator dan ouput evaporator atau input kompresor. Manifold gauge high pressure diletakkan pada output kompresor atau input kondensor dan ouput kondensor atau input filter.

Gambar 3.12. Manifold gauge

Gambar 3.13. Manifold gauge

e. Charging manifold gauge

Charging manifold gauge adalah alat yang berfungsi untuk memeriksa tekanan proses vakum, saat mengisi atau membuang refrigeran. Sehingga pada saat pengisian refrigeran dari tabung yang disalurkan melalui charging manifold menuju kedalam sistem mesin pendingin dapat dikontrol sesuai dengan ukuran dan variasi tekanan yang diinginkan. Proses vakum membutuhkan charging manifold untuk membuang refrigeran yang ada dalam sistem mesin pendingin menuju keluar lingkungan menggunakan pompa vakum. Nilai tekanan yang dicapai saat vakum menunjukkan kurang dari 0 psig.

Gambar 3.14. Charging manifold gauge

f. Alat las tembaga

Alat las tembaga digunakan untuk menyambung komponen-komponen utama mesin pendingin. Komponen disambung berdasarkan susunan yang sesuai dengan penempatan atau urutan yang benar. Selain untuk menyambung, alat las tembaga juga dapat digunakan untuk menambal bagian pengelasan yang bocor.

g. Bahan las

Bahan las yang digunakan untuk menyambung pipa-pipa mesin pendingin yaitu perak, kuningan dan boraks. Penggunaan bahan las kuningan dan boraks diperlukan untuk menyambung tembaga dengan besi agar hasilnya lebih maksimal. Penyambungan pipa kondensor dengan pipa kompresor dan filter menggunakan bahan las kuningan dan boraks karena perbedaan jenis bahan pipa. Pipa kondensor terbuat dari besi sedangkan filter terbuat dari bahan tembaga. Kondensor diberi tabahan sambungan pipa tembaga dan kemudian disambungkan dengan pipa kompresor yang terbuat dari besi.

Gambar 3.16. Perak, kuningan dan boraks h. Metil

Metil adalah cairan yang digunakan untuk membersihkan saluran-saluran pipa setelah seluruh proses penyambungan pipa mesin pendingin selesai. Metil dimasukan melalui pipa kapiler yang akan disambung dan dilas dengan filter. Kompresor dalam keadaan hidup saat memasukan metil. Penggunaan metil cukup satu tutup saja.

Gambar 3.17. Metil i. Pompa vakum

Pompa vakum adalah alat yang digunakan untuk mengosongkan refrigeran, udara dan uap air yang terjebak dalam rangkaian sistem mesin pendingin. Alat ini bekerja menghisap refrigeran, udara dan uap air yang ada dalam rangkaian sistem, kemudian dibuang keluar kelingkungan sekitar. Saat akan mengisi atau mengganti refigeran, sistem mesin pendingin harus terlebih dahulu divakum supaya refrigeran dan udara yang ada dalam sistem dapat dikeluarkan. Pemvakuman dilakukan sampai tekanan didalam sistem mesin pendingin kurang dari 0 psig. Proses pemvakuman sebelum memasukan refrigeran harus dilakukan supaya tidak ada udara yang masuk kedalam sistem mesin pendingin. Mesin pendingin akan tersumbat jika terdapat udara didalam sistem, hal ini karena udara yang mengandung uap air dapat membeku didalam sistem ketika mesin pendingin bekerja. Uap air yang membeku dan berlebihan pada sistem pendinginan dapat memperpendek umur operasi filter dan merusak kinerja mesin pendingin.

Gambar 3.18. Pompa vakum j. Meja kayu

Meja kayu digunakan untuk menempatkan mesin pendingin. Mesin pendingin ditempatkan pada meja supaya lebih mudah dipindah-pindah.

Gambar 3.19. Meja kayu dan komponen mesin pendingin

k. Toples plastik

Toples plastik digunakan sebagai tempat evaporator dan isolasi udara. Terdapat dua jenis ukuran, toples plastik ukuran besar kapasitas 10 liter dan toples plastik ukuran sedang kapasitas 5 liter. Toples ukuran besar digunakan untuk isolasi udara, sedangkan toples ukuran sedang digunakan sebagai tempat pipa evaporator dan refrigeran sekunder (ethylene glycol).

Gambar 3.20. Toples i. Isolasi pipa

Isolasi pipa digunakan untuk mengisolasi saluran pipa tembaga sebelum masuk kedalam evaporator dan sesudah evaporator.

Gambar 3.21. Isolasi pipa jenis superlon

3.3.Pembuatan Mesin Pendingin

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin yaitu: 1. Mempersiapkan komponen utama pembuatan mesin pendingin seperti

kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator, refrigeran R-134a, refrigeran R-404a, komponen pendukung pembuatan mesin pendingin seperti alat pemotong pipa, pembengkok pipa, pelebar pipa, alat las, pompa vakum, manifold gauge low pressure, manifold gauge high pressure, charging manifold

gauge, meja kayu, toples dan alat-alat lain yang dipergunakan dalam pembuatan mesin pendingin.

2. Membuat evaporator dengan udara sebagai isolasinya. Evaporator dibuat dari lilitan pipa tembaga yang ditempatkan dalam toples plastik kapasitas 5 liter. Evaporator dimasukan dalam toples plastik kapasita 10 liter dengan tujuan supaya evaporator dapat terisolasi dengan menggunakan udara. Pembuatan evaporator lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.22.

Gambar 3.22. Pembuatan evaporator

3. Mengebor meja kayu untuk memasang kondenser, kompresor dan toples evaporator. Memasang kondenser di bagian samping meja kayu, kemudian memasang kompresor dan toples evaporator di atas meja kayu. Kompresor diletakan dekat kondensor. Lebih jelasnya pemasangan kondenser dan toples evaporator dapat dilihat pada gambar 3.23.

Gambar 3.23. Pemasangan kondensor, toples evaporator dan kompresor

4. Setelah kondensor, kompresor dan toples evaporator terpasang, langkah selanjutnya menyambung komponen utama mesin pendingin dengan menggunakan alat las. Komponen yang disambung dengan menggunakan las yaitu kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator, manifold gauge low pressure, dan manifold gauge high pressure.

5. Menyambung pipa input (suction tube) dan pipa output (discharge tube) kompresor dengan pipa betuk T untuk penempatan manifold gauge, sambungan pipa kondensor dan sambungan pipa evaporator. Proses penyambungan dengan menggunakan las, namun dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara kompresor dengan pipa bentuk T. Pipa bentuk T mempunyai perbedaan material, pipa input (suction tube) dan pipa output (discharge tube) kompresor terbuat dari besi sedangkan pipa bentuk T terbuat dari tembaga. Proses penyambungan komponen ini membutuhkan bahan bantu boraks yang berfungsi sebagai bahan katalis dalam proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material, dengan demikian saluran pipa input (suction tube) dan pipa output (discharge tube) kompresor dapat tersambung dengan baik dan tidak

bocor. Bahan yang digunakan pada pengelasan atau penyambungan ini menggunakan bahan perak dan kuningan.

Gambar 3.24. Penyambungan pipa T dengan pipa input dan pipa output kompresor

6. Mengelas pipa T dari saluran output (discharge tubel) dengan pipa kondensor. Pengelasan ini membutuhkan tambahan pipa tembaga karena pipa kondensor yang akan disambung berada di bagian atas. Katalis boraks dan bahan las kuningan kembali digunakan untuk mengelas pipa sambungan dari pipa T menuju kondensor, karena pipa kondensor terbuat dari besi. Pengelasan pipa T dengan pipa sambungan kondensor dapat dilihat pada gambar 3.25.

7. Menambahkan dan mengelas pipa T di bagian ouput kondensor untuk dudukan manifold gauge high pressure. Pengelasan di bagian ini membutuhkan kembali katalis boraks dan bahan las kuningan.

8. Mengelas pipa output kondensor dengan input filter. 9. Mengelas salah satu ouput filter dengan pipa kapiler.

10.Menambahkan pipa seukuran pipa kapiler di bagian output filter yang masih berlubang.

11.Mengelas output pipa kapiler dengan pipa input evaporator.

12.Menambahkan pipa T dan mengelas pipa tersebut di bagian input toples evaporator.

13.Mengelas pipa output pipa evaporator dengan pipa T yang tersambung dengan pipa input (suction tube) kompresor.

14.Menyiapkan dua manifold gauge low pressure, dan dua manifold gauge high pressure pada 4 pipa T yang telah terpasang.

15.Menempatkan dan mengelas dua manifold gauge low pressure dibagian pipa T input evaporator atau output pipa kapiler dan di bagian pipa T output evaporator atau input kompresor.

16.Menempatkan dan mengelas dua manifold gauge high pressure dibagian pipa T input pipa kondensor atau output pipa kompresor dan di bagian pipa T output pipa kondensor atau input filter.

Gambar 3.26. Mesin Pendingin 3.4.Pengisian Metil

Pengisian metil pada rangkaian sistem mesin pendingin bertujuan untuk membersihkan saluran-saluran pipa setelah seluruh proses penyambungan pipa mesin pendingin selesai dan memastikan bahwa tidak ada kotoran yang tersumbat di dalam pipa kapiler. Saluran pipa dalam sistem pendingin harus dalam keadaan bersih supaya mesin pendingin dapat bekerja maksimal. Pemberian metil pada rangkaian sistem mesin pendingin dilakukan dengan cara berikut, yaitu:

1. Melepas input pipa kapiler yang terhubung filter.

2. Menghidupkan kompresor sehingga input pipa kapiler menghisap udara dari luar dan dikeluarkan lewat filter.

4. Menunggu beberapa saat kira-kira metil sudah tersebar ke seluruh pipa saluran mesin pendingin.

5. Mematikan kompresor dan mengelas kembali input pipa kapiler dengan ouput filter.

3.5.Proses Pemvakuman

Proses pemvakuman bertujuan untuk mengosongkan refrigeran, udara dan uap air yang terjebak dalam rangkaian sistem mesin pendingin. Alat ini bekerja menghisap refrigeran, udara dan uap air yang ada dalam rangkaian sistem, kemudian dibuang keluar kelingkungan sekitar. Langkah-langkah proses pemvakuman pada rangkaian mesin pendingin dilakukan dengan cara berikut:

1. Mempersiapkan pompa vakum, charging manifold gauge dan tabung refrigeran yang akan digunakan terlebih dahulu.

2. Terdapat tiga selang pada charging manifold gauge warna biru, kuning dan merah. Namun saat proses pengisian terdapat masalah pada charging manifold gauge dibagian selang warna biru tutupnya aus dan tidak bisa di pkai, sehingga diganti dengan selang lain yang masih bisa dipakai.

3. Menghubungkan selang merah katup merah charging manifold gauge high pressure merah ke pompa vakum.

5. Menghubungkan selang kuning katup biru charging manifold gauge low pressure ke pentil pipa kompresor.

6. Menghidupkan pompa vakum, kemudian membuka kedua katup merah dan katup biru sehingga refrigeran, udara dan uap air terhisap keluar melalui pompa vakum.

7. Memantau tekanan pada seluruh manifold gauge dan charging manifold gauge. Proses pemantauan dilakukan sampai seluruh tekanan pada manifold gauge dan charging manifold gauge menunjukan kurang dari 0 Psig.

8. Menutup katup merah charging manifold gauge high pressure dan mematikan pompa vakum setelah seluruh tekanan pada rangkaian sistem mesin pendingin menunjukkan tekanan kurang dari 0 Psig dan negatif secara maksimal.

Gambar 3.27. Proses Pemvakuman

Setelah proses pemvakuman rangkaian sistem mesin pendingin, proses berikutnya adalah pengisian refrigeran. Charging manifold gauge yang masih terpasang tetap digunakan untuk mengisi refrigeran. Proses pengisian dilakukan dengan cara berikut:

1. Menutup katup merah charging manifold gauge high pressure yang menghubungkan selang ke pompa vakum.

2. Membuka katup biru charging manifold gauge low pressure yang menghubungkan selang ke pentil kompresor.

3. Menghidupkan kompresor.

4. Membuka katup tabung refrigeran secara perlahan, sehingga refrigeran terhisap kompresor dan menyalurkan refrigeran ke seluruh rangkaian sistem mesin pendingin.

5. Selama proses pengisian refrigeran, katup tabung refrigeran dibuka dan ditutup perlahan sambil melihat tekanan manifold gauge yang menjadi acuan utama tekanan pengisian refrigeran.

6. Proses pengisian refrigeran dilakukan sesuai dengan acuan yang diinginkan. 7. Menutup katup tabung refrigeran dan menutup katup biru charging manifold

gauge low pressure setelah didapat tekanan yang sesuai dengan yang diinginkan.

8. Melepas selang yang terhubung pada pentil dan menutup pentil kembali. 9. Mesin pendingin siap digunakan.

53 BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Jenis Penelitian

Proses penelitian dilakukan dengan pengambilan data secara langsung terhadap alat yang sudah dibuat, sehingga metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental. Hasil dari penelitian berupa data angka yang akan diolah menjadi grafik dengan memperhatikan beberapa variabel, yaitu :

1. Variabel bebas

Variabel bebas adalah variabel yang dapat diubah dalam penelitian. Penelitian ini menggunakan dua macam variabel bebas yaitu refrigeran R-134a dan refrigeran R-404a.

2. Variabel terikat

Variabel terikat adalah variabel yang hasilnya tergantung oleh variabel bebas. Saat penelitian berlangsung akan didapatkan data dan diolah kemudian dilakukan pembahasan. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah nilai Qin, Qout, Win, COP dan efisiensi mesin pendingin.

4.2 Objek Penelitian

Objek yang diteliti dalam penelitian ini adalah mesin pendingin antara refrigeran primer R-134a dan R-404a dengan refrigeran sekunder ethylene glycol. Mesin pendingin yang diteliti dapat dilihat pada Gambar 4.1. Gambar 4.2 menjelaskan nama bagian-bagian mesin pendingin yang dijadikan objek penelitian.

Gambar 4.1 Mesin pendingin

Pada Gambar 4.2 menunjukkan bagian-bagian mesin pendingin, yaitu bagian : A : Kompresor

B : Kondensor C : Filter D : Pipa kapiler

E : Evaporator secara keseluruhan

a : Pipa hisap (discharge tube) untuk memasukan refrigeran b : Pembatas arus

c : Pipa hisap (discharge tube) untuk menyalurkan refrigeran dari evaporator ke kompresor

d : Pipa tekan (suction tube) untuk menyalurkan refrigeran dari kompresor ke kondensor

e & f : High pressure gauge g & s : Low pressure gauge h : Ethylene glycol i, j & n : Udara

k : Gabus l & q : Kayu

m : Tutup evaporator (plastik) o : Lilitan pipa evaporator p : Air 500 ml (Beban)

r : Isolasi pipa tembaga (superlon)

4.3 Skema Penelitian

Mempersiapkan terlebih dahulu skema penelitian, sebelum mengambil data pada mesin pendingin. Skema penelitian ini dapat mempermudah jalannya proses penelitian mesin pendingin. Gambar 4.3 memperlihatkan skema pembuatan dan penelitian penelitian mesin pendingin

Gambar 4.3 Skema pembuatan dan penelitian mesin pendingin

Mulai

Menyiapkan komponen-komponen mesin pendingin

Pembuatan alat mesin pendingin

Tidak baik

Persiapan pengambilan data Uji

coba Baik

Pengambilan data penelitian pada alat mesin pendingin

Pengolahan data dan pembahasan

Mendapatkan kesimpulan

4.4 Skema Pengambilan Data Penelitian

Skema pengambilan data penelitian menunjukkan penempatan susunan alat bantu yang digunakan untuk pengambilan data pada mesin pendingin. Skema pengambilan data penelitian mesin pendingin dapat dilihat pada Gambar 4.4. Peralatan tambahan yang digunakan dalam pengambilan data adalah termometer digital, termometer ruangan, thermocouple, tang amper dan stopwatch.

Gambar 4.4 Skema pengambilan data penelitian mesin pendingin

Pada Gambar 4.4 Menunjukkan pengambilan data penelitian dari mesin pendingin. Bagian-bagian yang diperlukan dalam pengambilan data penelitian adalah sebagai berikut :

a. Thermocouple dan penampil suhu digital (T1)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu refrigeran masuk kompresor.

b. Thermocouple dan penampil suhu digital (T3)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu refrigeran keluar kondensor.

c. Thermocouple dan penampil suhu digital (T5)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu ethylene glycol.

d. Thermocouple dan penampil suhu digital (T6)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu beban pendinginan.

e. Termometer ruangan (T7)

Termometer ruangan ini digunakan untuk mengukur suhu ruangan. f. Low pressure gauge (P1)

Low pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan masuk kompresor. g. High pressure gauge (P2)

High pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan keluar kompresor. h. High pressure gauge (P3)

High pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan keluar kondensor. i. Low pressure gauge (P4)

4.5 Alat Bantu Penelitian

Peralatan tambahan yang dibutuhkan untuk mendapatkan data penelitian adalah termometer ruangan, tang amper, stopwatch, thermocouple dan penampil suhu digital.

a. Termometer ruangan

Termometer ruangan digunakan untuk mengukur suhu ruangan.

Gambar 4.5 Termometer ruangan

g

b. Thermocouple dan penampil suhu digital

Thermocouple digunakan untuk mengukur perubahan suhu atau temperatur pada saat pengambilan data. Prinsip kerjanya pada ujung thermocouple diletakkan atau ditempelkan pada bagian yang akan diukur suhunya, kemudian menyalakan penampil suhu digital untuk mengetahui nilai suhu pada bagian yang diteliti dan ingin diketahui suhunya. Bagian yang diambil datanya dengan mengunakkan thermocouple dan penampil suhu digital yaitu suhu refrigeran masuk kompresor (T1), suhu refrigeran keluar kondensor (T3), suhu ethylene glycol (T5), suhu beban pendinginan atau air (T6)

Gambar 4.6. Thermocouple dan penampil suhu digital APPASI c. Clamp meter

Clamp meter digunakan untuk mengetahui nilai arus yang dikonsumsi kompresor pada saat pengambilan data.

Gambar 4.7. Clamp meter

d. Pemanas air (heater)

Pemanas air digunakan untuk memanaskan air sampai mendidih. Air yang sudah mendidih setelah dipanaskan, digunakan untuk mengkalibrasi thermocouple yang akan digunakan untuk pengujian. Kalibrasi bertujuan untuk mengetahui nilai koreksi thermocouple dengan acuan suhu air mendidih sama dengan 100oC pada tekanan 1 atm.

e. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk waktu acuan pengambilan data setiap beberapa menit sekali.

g. Gelas ukur

Gelas ukur digunakan untuk menentukan volume air yang di masukkan kedalam botol untuk diuji.

4.6 Cara Mendapatkan Data

Pengambilan data dilakukan dengan mencatat data langsung dari pengukuran. Langkah-langkah pengambilan data adalah sebagai berikut :

1. Pengambilan data diawali dengan menyiapkan alat mesin pendingin 2. Mengkalibrasi termometer yang digunakan untuk mengukur suhu.

3. Menyiapkan stopwatch, tang amper, termometer ruangan, dan termometer digital.

4. Memasang thermocouple pada titik-titik yang akan diambil datanya.

5. Mencatat terlebih dahulu suhu dan tekanan setiap titik pengambilan data pada menit ke 0.

6. Menghidupkan kompresor mesin pendingin dan stopwatch secara bersamaan. 7. Mencatat data pengamatan yang ditunjukkan langsung pada penampil suhu

digital thermocouple, termometer ruangan, clamp meter dan pressure gauge setiap 30 menit sekali selama 7 jam dalam sehari.

8. Pengujian dilakukan selama 3 hari untuk setiap refrigeran R-134a dan refrigeran R-404a.

Data yang diukur saat pengambilan data dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut :

Tabel 4.1. Tabel Pengambilan Data Suhu dan Data Tekanan dalam Satuan Waktu

No Waktu T1 T3 T5 T6 T7 P1 P2 P3 P4 I

Menit (o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (Psig) (Psig) (Psig) (Psig) (A)}

1 ₀

2 ₃₀

3 ₆₀

4 ₉₀

15 ₄₂₀

Keterangan :

a. P1 adalah tekanan (low pressure gauge) refrigeran input kompresor. b. P2 adalah tekanan (high pressure gauge) refrigeran output kompresor. c. P3 adalah tekanan (high pressure gauge) refrigeran output kondensor. d. P4 adalah tekanan (low pressure gauge) refrigeran input evaporator. e. T1 adalah suhu pipa input kompresor.

f. T3 adalah suhu pipa output kondensor. g. T5 adalah suhu beban berupa air.

h. T6 adalah suhu refrigeran sekunder ethylene glycol. i. T7 adalah suhu ruangan atau udara sekitar T7. j. I adalah arus listrik.

Untuk data tekanan terdiri dari dua jenis yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. Tekanan refrigeran tinggi ditunjukkan pada high pressure gauge (P2, P3) dan tekanan refrigeran rendah di tunjukkan pada low pressure gauge (P1, P4). Hasil

tersebut dipakai untuk mendapatkan rata-rata tekanan tinggi refrigeran (P1’) dan rata-rata tekanan rendah refrigeran (P2’).

4.7 Cara Mengolah Data

Data diperoleh dari hasil pengamatan langsung saat penelitian. Hasil pencatatan data dimasukkan ke dalam tabel perhitungan. Berikut langkah-langkah pengolahan data :

a. Memasukan data yang sudah diperoleh dari pengujian ke dalam tabel.

b. Menggunakan data yang sudah ada untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada P-h diagram, sesuai dengan refrigeran yang digunakan. Gambar 4.8 merupakan contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi.

Gambar 4.8. Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi. c. Mendapatkan nilai entalpi h1, h2, h3, h4, suhu kondensor dan suhu evaporator dari

d. Setelah entalpi diketahui, entalpi yang diperoleh digunakan untuk mengetahui karakteristik dari mesin pendingin dengan cara menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout), kalor yang diserap evaporator(Qin), kerja yang dilakukan kompresor (Win), COP, dan efisiensi dari mesin pendingin.

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan didapatkan dari hasil pengolahan data. Dengan hasil pengolahan data dapat dilakukan pembahasan terhadap hasil-hasil penelitian. Untuk memudahkan pembahasan, data-data yang diperoleh disajikan dalam bentuk grafik. Pembahasan dilakukan dengan tidak terlepas dari tujuan penelitian dan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan orang lain. Kesimpulan dapat diperoleh dengan mengambil inti sari dari hasil pembahasan dengan tidak terlepas dari tujuan penelitian.

65 BAB V

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil Pengambilan Data

Data yang telah diperoleh dari pengujian digunakan untuk mencari nilai entalpi, suhu evaporator dan kondensor dengan menggunakan P-h diagram yang sesuai dengan jenis refrigeran yang digunakan. Data pengujian yang telah diperoleh juga digunakan dalam perhitungan dan pembahasan.

5.1.1 Pengambilan Data Refrigeran R-134a a. Hasil pengambilan data refrigeran R-134a

Hasil pengambilan data mesin pendingin yang menggunakan refrigeran R-134a dapat dilihat pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Hasil pengambilan data refrigeran R-134a

No Waktu T1 T3 T5 T6 T7 P1' P2' I

Menit (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (Psig) (Psig) (A) 1 0 27,8 28,6 26,9 25,7 27,3 81,33 80,33 0,00 2 30 38,2 42,5 16,9 -0,7 27,3 7,50 175,00 0,74 3 60 36,8 40,5 6,5 -12,1 27,3 6,17 173,33 0,71 4 90 32,6 41,2 1,8 -16,8 27,7 4,33 170,83 0,70 5 120 27,5 40,7 -2,4 -18,9 27,7 3,83 175,00 0,70 6 150 21,5 40,7 -7,8 -20,6 27,7 3,50 168,33 0,69 7 180 20,7 40,4 -1,7 -19,9 27,7 3,33 166,67 0,68 8 210 21,7 40,1 -3,3 -20,4 28,3 3,33 165,83 0,68 9 240 22,9 39,1 -5,1 -20,7 28,3 3,33 165,83 0,68 10 270 20,2 39,7 -6,7 -21,1 28,3 3,00 165,83 0,70 11 300 22,4 39,4 -8,1 -21,4 28,3 3,17 164,17 0,70 12 330 21,4 38,8 -9,4 -21,5 28,7 2,33 164,17 0,68 13 360 20,1 39,7 -10,9 -22.2 28,7 2,67 165,83 0,68 14 390 18,8 39,8 -11,7 -22,2 28,7 2,50 166,67 0,67 15 420 22,4 38,0 -12,9 -22,6 28,0 1,83 155,00 0,69

P1’ adalah jumlah tekanan rata-rata refrigeran R-134a P1 (tekanan input kompresor) dengan P4 (tekanan input evaporator) dan P2’ adalah jumlah tekanan rata-rata refrigerant R-134a P2 (tekanan ouput kompresor) dengan P3 (tekanan output kondensor).

Nilai tekanan refrigeran yang telah diperoleh masih menggunakan satuan Psig, sehingga perlu dirubah satuannya manjadi Psia dengan menambahkan tekanan atmosfer satu atm yaitu 14,696 Psia. Nilai dalam P-h diagram refrigeran R-134a menggunakan satuan tekanan jenis Bar, sehingga perlu mengkonversikan terlebih dahulu nilai tekanan Psia menjadi satuan Bar. Satu Bar sama dengan 68,948.10-3. Tabel 5.2 menyajikan data yang digunakan untuk mendapatkan nilai entalpi refrigeran R-134a.

Tabel 5.2 Data untuk mencari nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a

No

Waktu T1 T3 P1' P2'

Menit (oC) (oC) (Bar) (Bar)

1 0 27,8 28,6 6,62 6,55

2 30 38,2 42,5 1,53 13,08

3 60 36,8 40,5 1,44 12,96

4 90 32,6 41,2 1,31 12,79

5 120 27,5 40,7 1,28 13,08

6 150 21,5 40,7 1,25 12,62

7 180 20,7 40,4 1,24 12,50

8 210 21,7 40,1 1,24 12,45

9 240 22,9 39,1 1,24 12,45

10 270 20,2 39,7 1,22 12,45

11 300 22,4 39,4 1,23 12,33

12 330 21,4 38,8 1,17 12,33

13 360 20,1 39,7 1,20 12,45

14 390 18,8 39,8 1,19 12,50

b. Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a

Nilai entalpi (h), suhu evaporator (Te) dan suhu kondensor (Tc) diperoleh dengan menggunakan jenis P-h diagram refrigeran R-134a. Data suhu (T1, T3) dan tekanan (P1’, P2’) yang telah diperoleh dari pengujian diterapkan dan digambarkan pada P-h diagram, kemudian data hasil nilai entalpi, suhu evaporator dan kondensor dapat dilihat pada P-h diagram yang telah digambarkan. Hasil seluruh nilai entalpi, suhu evaporator dan kondensor refrigeran R-134a yang telah diuji selama 420 menit dapat dilihat pada Tabel 5.3.

Tabel 5.3 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a No

Waktu

(t) Entalpi (kJ/kg) Suhu (K)

Menit h1 h2 h3 h4 Te Tc

1 0 - - - -

2 30 435,0 493,3 260,0 260,0 255.00 320.37

3 60 432,2 492,5 256,7 256,7 253.52 320.37

4 90 430,8 490,8 259,2 259,2 251.53 319.59

5 120 425,8 486,7 257,5 257,5 251.21 320.37 6 150 420,8 480,8 257,5 257,5 250.56 318.70 7 180 420,8 479,2 257,5 257,5 250.56 319.26 8 210 421,7 479,2 255,3 255,3 250.56 318.70 9 240 421,7 481,7 254,2 254,2 250.56 318.70 10 270 420,0 480,0 255,0 255,0 250.05 319.26 11 300 421,7 481,7 255,0 255,0 250.56 318.48 12 330 420,8 480,8 253,3 253,3 249.27 318.70 13 360 420,0 478,3 255,3 255,3 249.79 319.26 14 390 418,3 476,7 255,3 255,3 249.60 318.70 15 420 421,7 481,7 253,3 253,3 248.95 316.48

119

Lampiran 24. P-h diagram menit ke-300 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

120

Lampiran 25. P-h diagram menit ke-330 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

121

Lampiran 26. P-h diagram menit ke-360 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

122

Lampiran 27. P-h diagram menit ke-390 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

123

Lampiran 28. P-h diagram menit ke-420 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

124

BIOGRAFI PENULIS

Penulis memiliki nama lengkap Lorentius Nico Advery, dilahirkan di Kulon Progo, 14 Agustus 1992 dan merupakan putra sulung Bapak Paulus Mujiran dari dua bersaudara. Menempuh pendidikan di TK Maria Purworejo (1996-1998), SD Sd Negeri Piji Purworejo (1998-2004, SMP Negeri 17 Purworejo (2004-2007), SMA Negeri 3 Purworejo (2007-2010), dan sekarang sedang menempuh pendidikan perguruan tinggi di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kegiatan perkuliahan penulis aktif dalam berbagai kegiatan softskill di antaranya adalah menjadi Panitia Pergelaran Sendratari “Dewi Sri” 2011, Panitia PINISI 2012, menjadi peserta lolos seleksi Program Kreativitas Mahasiswa Pengabdian Masyarakat DIKTI tahun 2012. Penulis juga telah mengikuti beberapa kegiatan lainnya yaitu Pendidikan Pengguna Tingkat Lanjut “Program Literasi Informasi”, Pendidikan Etika Pengguna Perputakaan “Aku Bangga Menjadi Pengguna Yang Beretika”, Matemacinta 2012, dan Seminar “Who Are You, Give bor Be Given”.

Penulis berpengalaman sebagai asisten praktikum Metrologi pada Tahun Akademik 2013/2014.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI