Chest freezer dengan daya kompresor 0,2 PK dan panjang pipa kapiler 1,4 meter.

INTISARI

Indonesia merupakan negara beriklim tropis, sehingga mesin pendingin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Hampir di setiap tempat, banyak di temukan mesin-mesin pendingin. Mesin pendingin siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin (refrigeran) sehingga menghasilkan perubahan panas dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap. b) Mengetahui karakteristik chest freezer meliputi COPaktual dan COPideal chest freezer, kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator per satuan massa., kalor yang dilepas kondensor per satuan massa., efisiensi dan laju aliran massa dari mesin pendingin

Metode yang digunakan adalah dengan metode eksperimental. Beban pendingin dipilih air 240 ml di dalam ruang pendingin. Lalu proses pengambilan data dilakukan pada mesin pendingin selama 150 menit. Setelah pengambilan data pada mesin, lalu data tersebut dianalisis secara teoritis dengan menetukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus, kapasitas refrigerasi dan COP sistem.

Hasil penelitian memberikan kesimpulan Kalor persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual terendah chest freezer sebesar

3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3 dan COP aktual rata-rata chest freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata chest freezer sebesar 4,14, Kalor

persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual

terendah chest freezer sebesar 3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3

dan COP aktual rata-rata chest freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer

sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata chest freezer sebesar 4,14, Kalor persatuan massa terendah yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg, Efisiensi terendah chest freezer sebesar 75%, efisiensi tertinggi chest freezer sebesar 80% dan efisiensi rata-rata chest freezer

sebesar 77%, Laju aliran massa terendah chest freezer adalah 0,0041 kg/s, laju aliran massa tertinggi chest freezer sebesar 0,0043 kg/s dan laju aliran massa rata-rata chest freezer sebesar 0,00418 kg/s.

Abstract

Indonesia is a country with tropic climate,thus refrigerator has been used in our daily life nowadays. Almost in every places,lots of refrigerator can be found. Steam compression cycle of refrigerator is a refrigerator which the inside of it,happens a cycle from the matter of refrigerator (refrigerant) the result with that cycle create changing of heat and pressure.The purpose of this research are a) making chest freezer that works with steam compression cycle. b) understand the characteristic of chest freezer include COP actual and COP ideal chest freezer,compressor works,the heat which been absorbed by evaporator / mass,the heat which been released by the condenser / mass,the efficiency and flow speed of mass from the refrigerator.

The method that has been used is an experimental method. The load of the cooler is 240ml of water inside of the refrigerator. Then the interpretation data process taken on refrigerator for 150 minutes. After taken the interpretation data on machine,then the data must be analyzed theoretical with determine the condition of the refrigerant on every cycle point,the capacity of refrigeration,and COP system

The result of this research giving some conclusion. The lowest of the heat/mass which released by the evaporator is 232 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the evaporator is 273 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the evaporator is 256 kJ/kg, the lowest COP actual of chest freezer is 3.08,the highest COP actual of chest freezer is 3.3,and the average of COP actual of chest freezer is 3.17, the lowest COP ideal of chest freezer is 4.1,the highest COP ideal of chest freezer is 4.2,and the average of COP actual of chest freezer is 4.14, The lowest of the heat/mass which released by the evaporator is 232 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the evaporator is 273 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the evaporator is 256 kJ/kg, the lowest COP actual of chest freezer is 3.08,the highest COP actual of chest freezer is 3.3,and the average of COP actual of chest freezer is 3.17, the lowest COP ideal of chest freezer is 4.1,the highest COP ideal of chest freezer is 4.2,and the average of COP actual of chest freezer is 4.14. The lowest of the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg. The lowest efficiency of chest freezer is 75%,the highest efficiency of chest freezer is 80%,and the average efficiency of chest freezer is 77%. The lowest flow speed of mass of chest freezer is 0.0041 kg/s, The highest flow speed of mass of chest freezer is 0.0043 kg/s and The average flow speed of mass of chest freezer is 0.00418 kg/s

I

CHEST FREEZER DENGAN DAYA KOMPRESOR 0,2 PK

DAN PANJANG PIPA KAPILER 1,4 METER

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1TeknikMesin

Diajukan oleh :

SAMUEL THEODORUS BLEGUR

NIM : 12521405

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2014

II

CHEST FREEZER WITH 0,2 PK COMPRESSOR CAPACITY

AND 1,4 METER LENGTH OF CAPILLARY PIPE

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the SarjanaTeknik degree in Mechanical Engineering

By

SAMUEL THEODORUS BLEGUR

Student Number : 125214050

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014

V

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 26 November 2014

VI

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Samuel Theodorus Blegur

Nomor Mahasiswa : 125214050

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul.

Chest Freezer dengan daya kompresor 0,2 PK dan panjang pipa kapiler 1,4

meter.

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya 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.

Yogyakarta, 26 November 2014

Yang menyatakan,

VII

INTISARI

Indonesia merupakan negara beriklim tropis, sehingga mesin pendingin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Hampir di setiap tempat, banyak di temukan mesin-mesin pendingin. Mesin pendingin siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin (refrigeran) sehingga menghasilkan perubahan panas dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap. b) Mengetahui karakteristik chest freezer meliputi COPaktual dan COPideal chest freezer, kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator per satuan massa., kalor yang dilepas kondensor per satuan massa., efisiensi dan laju aliran massa dari mesin pendingin

Metode yang digunakan adalah dengan metode eksperimental. Beban pendingin dipilih air 240 ml di dalam ruang pendingin. Lalu proses pengambilan data dilakukan pada mesin pendingin selama 150 menit. Setelah pengambilan data pada mesin, lalu data tersebut dianalisis secara teoritis dengan menetukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus, kapasitas refrigerasi dan COP sistem.

Hasil penelitian memberikan kesimpulan Kalor persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual terendah chest freezer sebesar

3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3 dan COP aktual rata-rata chest freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata chest freezer sebesar 4,14, Kalor

persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual

terendah chest freezer sebesar 3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3

dan COP aktual rata-rata chest freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer

sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata chest freezer sebesar 4,14, Kalor persatuan massa terendah yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg, Efisiensi terendah chest freezer sebesar 75%, efisiensi tertinggi chest freezer sebesar 80% dan efisiensi rata-rata chest freezer

sebesar 77%, Laju aliran massa terendah chest freezer adalah 0,0041 kg/s, laju aliran massa tertinggi chest freezer sebesar 0,0043 kg/s dan laju aliran massa rata-rata chest freezer sebesar 0,00418 kg/s.

VIII

Abstract

Indonesia is a country with tropic climate,thus refrigerator has been used in our daily life nowadays. Almost in every places,lots of refrigerator can be found. Steam compression cycle of refrigerator is a refrigerator which the inside of it,happens a cycle from the matter of refrigerator (refrigerant) the result with that cycle create changing of heat and pressure.The purpose of this research are a) making chest freezer that works with steam compression cycle. b) understand the characteristic of chest freezer include COP actual and COP ideal chest freezer,compressor works,the heat which been absorbed by evaporator / mass,the heat which been released by the condenser / mass,the efficiency and flow speed of mass from the refrigerator.

The method that has been used is an experimental method. The load of the cooler is 240ml of water inside of the refrigerator. Then the interpretation data process taken on refrigerator for 150 minutes. After taken the interpretation data on machine,then the data must be analyzed theoretical with determine the condition of the refrigerant on every cycle point,the capacity of refrigeration,and COP system

The result of this research giving some conclusion. The lowest of the heat/mass which released by the evaporator is 232 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the evaporator is 273 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the evaporator is 256 kJ/kg, the lowest COP actual of chest freezer is 3.08,the highest COP actual of chest freezer is 3.3,and the average of COP actual of chest freezer is 3.17, the lowest COP ideal of chest freezer is 4.1,the highest COP ideal of chest freezer is 4.2,and the average of COP actual of chest freezer is 4.14, The lowest of the heat/mass which released by the evaporator is 232 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the evaporator is 273 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the evaporator is 256 kJ/kg, the lowest COP actual of chest freezer is 3.08,the highest COP actual of chest freezer is 3.3,and the average of COP actual of chest freezer is 3.17, the lowest COP ideal of chest freezer is 4.1,the highest COP ideal of chest freezer is 4.2,and the average of COP actual of chest freezer is 4.14. The lowest of the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg. The lowest efficiency of chest freezer is 75%,the highest efficiency of chest freezer is 80%,and the average efficiency of chest freezer is 77%. The lowest flow speed of mass of chest freezer is 0.0041 kg/s, The highest flow speed of mass of chest freezer is 0.0043 kg/s and The average flow speed of mass of chest freezer is 0.00418 kg/s

IX

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan lancar dan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat mahasiswa untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, Skripsi ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

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

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 3. Dr. Drs. Vet Asan Damanik., selaku Dosen Pembimbing Akademik

4. Agus Blegur dan Maria selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.

Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna bagi kita semua.

Yogyakarta, 26 November 2014

X

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... I

TITLE PAGE ... II

LEMBAR PERSETUJUAN ... III

LEMBAR PENGESAHAN ... IV

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V

HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... VI

INTISARI ... VII

ABSTRACT ... VIII

KATA PENGANTAR ... IX

DAFTAR ISI ... X

DAFTAR GAMBAR ... XII

DAFTAR TABEL ... XV

DAFTAR LAMPIRAN ... XVI

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.3 Tujuan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II. DASAR TEORI TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Dasar Teori ... 5

2.2 Tinjauan Pustaka ... 28

BAB III. PEMBUATAN ALAT ... 24

3.1 Komponen ... 24

3.2 Persiapan Alat dan Bahan ... 38

XI

BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN ... 44

4.1 Mesin Chest Freezer yang Diteliti ... 44

4.2 Skematik Mesin Chest Freezer ... 45

4.3 Alur Pembuatan Mesin Chest Freezer dan Penelitian ... 45

4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan... 48

4.5 Cara Mengolah Data dan Melakukan Pembahasan ... 47

4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan... 49

BAB V. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 50

5.1 Hasil Penelitian ... 50

5.2 Perhitungan dan Pengolahan Data ... 51

5.3 Hasil Perhitungan ... 56

5.4 Pembahasan ... 57

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 65

6.1 Kesimpulan ... 65

6.2 Saran ... 66

DAFTAR PUSTAKA ... 67

XII

DAFTAR

GAMBAR

Gambar 1.1 Chest freezer untuk bahan makanan ... 2

Gambar 1.2 Chest freezer untuk Rumah Sakit ... 3

Gambar 2.1 Chest Freezer ... 4

Gambar 2.2 Kompresor jenis hermatik ... 7

Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermetik ... 7

Gambar 2.4 Kompresor Rotari ... 8

Gambar 2.5 Kondensor berpendingin udara dan berpendingin air ... 9

Gambar 2.6 Kondensor berpendingin air dan udara.dan kondensor 11 U ... 10

Gambar 2.7 Evaporator Pelat dan Evaporator Pipa ... 10

Gambar 2.8 Evaporator pipa dengan sirip ... 10

Gambar 2.9 Pipa Kapiler ... 11

Gambar 2.10 Filter ... 12

Gambar 2.11 Skema siklus kompresi uap ... 15

Gambar 2.12 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h ... 15

Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s ... 16

Gambar 2.14. Grafik P-h untuk refrigeran R134a ... 21

Gambar 2.15 Perpindahan kalor konduksi ... 23

Gambar 2.16 Perpindahan Kalor Konveksi ... 24

Gambar 3.1 Kompresor ... 31

Gambar 3.2 Kondensor ... 32

Gambar 3.3 Pipa kapiler... 33

XIII

Gambar 3.5 Evaporator ... 34

Gambar 3.6 Tabung berisi refrigeran R134a ... 34

Gambar 3.7 Pemotong pipa ... 35

Gambar 3.8 Pompa vakum ... 35

Gambar 3.9 Manifold gauge ... 36

Gambar 3.11 Termostat ... 37

Gambar 3.12 Sterofoam ... 37

Gambar 3.13 Pembuatan rangka Chest Freezer... 38

Gambar 3.14 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor ... 39

Gambar 3.15 Proses pengelasan kondensor dengan filter... 40

Gambar 3.16 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler ... 40

Gambar 3.17 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator ... 41

Gambar 3.18 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor ... 41

Gambar 3.19 Proses pemvakuman ... 42

Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R134a ... 42

Gambar 3.21 Proses pengujian alat ... 43

Gambar 3.22 Tekanan normal pada pengujian alat... 43

Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (chest freezer) ... 44

Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin chest freezer ... 45

Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital ... 46

Gambar 4.4 Pengukur Tekanan ... 46

Gambar 4.5 P – h diagram ... 47

Gambar 4.6 Air (beban pendinginan) ... 47

Gambar 4.7 Kabel Roll ... 45

Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeranR 134a diambil dari data menit (t) ke 60 ... 53

XIV

dan waktu ... 58

Gambar 5.4 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator ... 59

Gambar 5.5 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dan waktu ... 60

Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu ... 61

Gambar 5.7 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu ... 61

XV

DAFTAR

TABEL

Tabel 4.1 Pencatatan Hasil Pengukuran Suhu dan Tekanan ... 48

Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1& P2) dan suhu (T1& T3) ... 50

Tabel 5.2 Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb ... 51

Tabel 5.3 Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg ... 52

Tabel 5.4 Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer... 57

Tabel 5.5 Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer... 57

XVI

DAFTAR LAMPIRAN

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

pada diagram P-h. Data 1 (menit 30) ... 68

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

pada diagram P-h. Data 2 (menit 60) ... 68

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

pada diagram P-h. Data 3 (menit 90) ... 68

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

pada diagram P-h. Data 4 (menit 120) ... 69

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini khususnya di Indonesia yang memiliki iklim tropis, sangat

membutuhkan mesin pendingin sebagai tempat penyimpanan makanan. Mesin

pendingin tempat penyimpanan bahan makanan seperti chest freezer dapat dijumpai di pertokoan dan pasar swalayan. Chest freezer dapat digunakan untuk menyimpan daging ayam, daging sapi, ikan, sosis, kentangdan sejenisnya. Mini market juga menggunakan chest freezer untuk menjual es krim.

Seiring dengan berkembangnya jumlah penduduk, maka kebutuhan akan

bahan makanan siap olah pun terus mengalami peningkatan. Chest Freezer yang memiliki suhu kerja antara -15oC sampai -30oC berfungsi sebagai mesin pendingin dan penyimpan bahan makanan seperti agar tidak kadaluwarsa dalam

waktu tertentu dan tetap segar untuk memenuhi kebutuhan pasar..

Selain tetap segar, bahan makanan juga memerlukan tempat penyimpanan

agar tetap beku seperti ice cream. Kebutuhan lain diluar penyimpanan makanan dan ice cream, seperti penyimpanan vaksin, virus dan darah di Rumah Sakit juga

memerlukan mesin pendingin.

Dari latar belakang diatas penulis tertarik untuk melakukan penelitian

mesin pendingin chest freezer.

Dengan penelitian terhadap chest freezer maka mesin pendingin lain yang

pendingin mempergunakan siklus kompresi uap, misalnya : freezer, kulkas, ice maker,showchase, dispenser, chest freezer,dan cold storage.

Gambar 1.1. Chest freezer untuk bahan makanan. (Sumber : http://showcasecoolerdast.com)

Gambar 1.2. Chest freezer untuk Rumah Sakit (Sumber : http://thermoking.freezer.com)

1.2 Tujuan

Tujuan pengujian ini adalah :

a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler 1,4 meter dan daya kompresor 0,2 Pk

b) Mengetahui karakteristik chest freezer yang dibuat meliputi :

 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran.

 Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran.

 Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.

 COPaktual dan COP ideal.  Efisiensi.

 Laju alira massa. 1.3 Batasan

a) Refrigeran yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R134a.

b) Komponen mesin pendingin terdiri dari komponen utama seperti : kompresor

0,2 PK, kondensor 11 U, pipa kapiler sepanjang 1,4 meter, filter, evaporator,

dan tempat untuk membekukan air.

c) Kondensor dan evaporator yang dipergunakan adalah kondensor dan

evaporator yang dipergunakan pada mesin chest freezer standart berdaya 0,2 PK.

d) Pipa kapiler yang dipergunakan dari bahan tembaga berdiameter 0,028 in.

1.4 Manfaat

Manfaat dalam pengujian :

a) Bagi penulis mempunyai pengalaman dalam pembuatan chest freezer.

b) Bagi penulis mampu memahami karakteristik chest freezer dan mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap.

c) Hasil pengujian, dapat dipergunakan sebagai referensi bagi penulis lain yang

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.1.1 Definisi Chest Freezer

Chest freezer adalah mesin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin sehingga terjadi perubahan panas dan tekanan. Chest freezer

menggunakan bahan pendingin (refrigeran) yang bersirkulasi menyerap panas dan

melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah menjadi tekanan tinggi.

Sirkulasi tersebut berulang secara terus menerus. Dalam sistem chest freezer, jumlah refrigeran yang digunakan adalah tetap, yang berubah adalah bentuknya.

Chest freezer digunakan untuk mendinginkan sayur, buah, ice cream dan bahan makanan lainnya. Suhu pendinginannya antara -150C sampai -300C

Dalam penulisan skripsi ini penulis menggunakan chest freezer siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler sepanjang 1,4 m.

Gambar 2.1 Chest Freezer

2.1.2. Chest freezer menggunakan Siklus Kompresi Uap

Chest freezer dengan siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena memiliki nilai COP yang

tinggi. Jenis chest freezer dengan siklus kompresi uap menggunakan kompresor sebagai komponen utama untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan

refigeran, pipa kapiler yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refigeran,

evaporator yang berfungsi untuk menyerap panas, kondensor yang berfungsi

untuk membuang panas.

Demikian dijelaskan komponen utama dari chest freezer dengan siklus kompresi uap.

2.1.2.1. Kompresor

Kompresor adalah suatu alat dalam chest freezer yang cara kerjanya dinamis atau bergerak. Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan freon (dari

tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus

memompa refigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refigeran yang

mengalir ke pipa‐pipa chest freezer. Kompresor yang sering dipakai pada chest freezer adalah jenis hermetik. Konstruksi dari kompresor jenis ini menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah.Keuntungan dari

kompresor hermetik adalah tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang

terjadi kebocoran bahan refrigerasi, berukuran kecil dan harganya lebih murah,

tidak memakai tenaga penggerak dari luar, suaranya lebih tenang dan getaranya

kompresor tidak dapat diperbaiki sebelum rumah kompresor dipotong dan minyak

pelumas di dalam kompresor hermetik susah diperiksa.

Gambar 2.2 Kompresor jenis hermatik (sumber : http://www.emsteknik.com)

Selain kompresor hermetik terdapat juga kompresor semi-hermetik dan

rotari yang biasa digunakan dalam mesin pendingin. Kompresor semi-hermetik

adalah kompresor dimana motor serta kompresornya berada di dalam satu tempat

atau rumah, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor

digerakan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak. Kompresor ini

sering pula disebut kompresor jenis baut atau “Bolted type Hermetic”.

Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermetik. (sumber : http://www.emsteknik.com)

Sedangkan kompresor rotari, gerakan rotor di dalam stator kompresor

akan menghisap dan menekan zat pendingin (1) dan (4). Cara kerja dari

stator. Rotor terdiri dari dua baling – baling. Langkah hisap terjadi saat pintu masuk (2) mulai terbuka dan berakhir setelah pintu masuk tertutup, pada waktu

pintu masuk sudah tertutup dimulai langkah tekan, sampai katup pengeluaran (5)

membuka, sedangkan pada pintu masuk secara bersamaan sudah terjadi langkah

hisap demikian seterusnya.

Keuntungan kompresor rotari adalah sebagai berikut. Karena setiap

putaran menghasilkan langkah – langkah hisap dan tekan secara bersamaan, maka momen putar lebih merata akibatnya getaran/kejutan lebih kecil. Ukuran

dimensinya dapat dibuat lebih kecil & menghemat tempat. Kerugiannya adalah

sampai saat ini hanya dipakai untuk sistem AC yang kecil saja sebab pada volume

yang besar, rumah dan rotornya harus besar pula dan kipas pada rotor tidak cukup

kuat menahan gesekan.

Gambar 2.4 Kompresor Rotari. (sumber : http://www.emsteknik.com)

Kompresor bekerja secara dinamis atau bergerak. Pergerakanya dengan

menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi (perputaran)

udara yang mengalir dari pipa‐pipa chest freezer. Fase refrigeran ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas

lanjut. Suhu gas refrigeran keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja

kondensor, demikian pula dengan nilai tekananya. Pada penelitian ini, kompresor

yang digunakan adalah 0,2 PK.

2.1.2.2. Kondensor

Kondenser adalah alat yang befungsi sebagai tempat kondensasi atau

pengembunan freon. Pada kondenser berlangsung dua proses utama yaitu proses

penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses dari gas

jenuh ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas jenuh ke cair

jenuh berlangsung pada suhu yang tetap. Saat kedua proses berlangsung,

kondensor mengeluarkan kalor dan pada tekanan yang tetap. Kalor yang

dilepaskan kondensor dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Berdasrkan

media pendinginannya, kondensor dibagi menjadi 3 macam, yaitu kondensor

berpendingin air, kondensor berpendingin udara dan kondensor berpendingin air

serta udara.

Kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin kapasitas kecil

adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, pipa dengan pelat besi dan pipa-pipa

dengan sirip-sirip. Pada umumnya jenis kondensor yang sering dipakai pada chest freezer adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat. Dan pada penelitian ini, kondensor yang digunakan adalah kondensor 11 U.

Gambar 2.5 Kondensor berpendingin udara dan berpendingin air. (sumber : http://idkf.bogor.net)

Gambar 2.6 Kondensor berpendingin air dan udara.dan kondensor 11 U. (sumber : http://idkf.bogor.net)

2.1.2.3. Evaporator

Evaporator adalah tempat terjadinya perubahan fase refrigeran dari cair

menjadi gas (penguapan). Pada saat proses perubahan fase, diperlukan energi

kalor. Energi kalor diambil dari lingkungan evaporator (benda-benda padat atau

pun cair yang ada di dalam evaporator chest freezer). Proses penguapan freon di evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator yang

banyak digunakan pada chest freezer adalah jenis permukaan datar, pipa-pipa dan pipa dengan sirip-sirip.

Gambar 2.7 Evaporator Pelat dan Evaporator Pipa (sumber : http://www.diytrade.com)

Gambar 2.8 Evaporator pipa dengan sirip. (sumber : http://www.diytrade.com)

2.1.2.4. Pipa kapiler

Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini mempunyai

dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk

mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler merupakan suatu pipa pada

chest freezer yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan dengan pipa‐pipa lainnya. Dan dalam penulisan skripsi ini, menggunakan pipa kapiler sepanjang 1,4 m dengan diameter 0,

028 in. Fungsi pipa kapiler yaitu menurunkan tekanan bahan pendingin

cair yang mengalir di dalam pipa. Proses penurunan tekanan dalam pipa kapiler

diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan (proses yang ideal ). Kerusakan

chest freezer paling banyak dijumpai pada pipa kapiler yaitu terjadi bocor dan tersumbat.

Gambar 2.9 Pipa Kapiler (sumber : http://www.bloganton.info)

2.1.2.5. Filter

Filter adalah alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran yang

melewati sebuah sistem chest freezer. Dengan adanya filter maka kotoran tidak dapat melewatinya. Selain itu, filter juga berfungsi untuk menangkap uap air yang

akan masuk ke dalam sistem. Apabila sebuah sistem terdapat kotoran yang masuk

ke dalam pipa kapiler tanpa melalui penyaring atau filter, maka sistem menjadi

buntudan tidak dapat bekerja. Demikian juga dengan uap air, adanya uap air

dalamsebuah sistem membuat air dapat beku di dalam pipa kapiler dan berakibat

tertutupnya sebuah sistem. Bentuk umum dari filter berupa tabung kecil dengan

diameter antara 12 - 15 mm, sedangkan panjangnya antara dari 14 - 15 cm.

Gambar 2.10 Filter

(sumber : http://parma-teknik.blogspot.com)

2.1.3. Bahan Pendingin (Refrigeran)

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang

mudah diubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Bahan pendingin

ini disebut refrigeran. Refrigeran yaitu fluida atau zat pendingin yang memegang

panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas

melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran dapat dikatakan

sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin. Refrigeran mengalami beberapa

proses atau perubahan fase (cair dan uap), yaitu refrigeran yang mula-mula pada

keadaan awal (cair) setelah melalui beberapa proses akan kembali ke keadaan

awalnya. Berikut beberapa contoh refrigeran yang ada di lapangan.

2.1.3.1. Udara

Penggunaan udara sebagai refrigeran umumnya dipergunakan di pesawat

terbang, sistem pendingin menggunakan refigeran udara menghasilkan COP yang

rendah tetapi aman.

2.1.3.2. Amoniak (NH3)

Amonia adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok fluorocarbon

yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun amoniak (NH3) beracun dan

kadang-kadang mudah terbakar atau meledak pada kondisi tertentu, namun

ammonia (NH3) biasa digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada

industri besar.

2.1.3.3. Karbondioksida (CO2 )

Karbondioksida merupakan refrigeran pertama dipakai seperti halnya

amonia. Refrigeran ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan cara

sentuhan langsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya yang

tinggi membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu rendah, untuk suhu

tinggi digunakan refrigeran lain. Pada mobil produksi baru, beberapa jenis mobil

2.1.3.4. Refrigeran-12

Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia

CCl2 F2(Dichloro Difluoro Methane). Refrigeran jenis ini dilarang digunakan

pada saat ini karena tidak ramah lingkungan. R-12 mempunyai titik didih -21,6 F

(-29,8 C). Untuk melayani refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian

udara kendaraan otomotif.

2.1.3.5. Refrigeran-22

Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia

CHClF2 . R-22 mempunyai titik didih 41,4 F (5,22 C). Refrigeran ini telah banyak

digunakan untuk menggantikan R-12, tetapi pada saat ini penggunaan refigeran

jenis ini dilarang untuk digunakan karena kurang ramah lingkungan.

2.1.3.6. HFC (Hydro Fluoro Carbon)

Refigeran jenis ini yang saat ini paling sering digunakan karena memiliki

sifat yang ramah lingkungan sehingga tidak merusak lapizan ozon.

Pada saat ini penulis memilih menggunakan jenis refrigeran yang aman

dipergunakan dalam sistem pendingin. Sehingga refrigeran yang dipilih adalah

refrigeran jenis HFC (hydro fluoro carbon) atau R-134a. Freon 134a ataupun HFC-134a adalah refrigeran haloalkana yang tidak menyebabkan penipisan ozon

dan memiliki sifat-sifat yang mirip dengan R-12 (diklorodiflorometana). R134a

mempunyai rumus molekul CH2FCF3 dan titik didih pada−26,3 °C (−15,34 °F).

Secara khusus sifat dari refrigeran 134a adalah sebagai tidak mudah terbakar,

relatif mudah diperoleh, memiliki kestabilan yang tinggi, umur hidup atmosfer

pendek

2.1.4. Siklus Kompresi Uap

Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor,

evaporator, kondensor dan pipa kapiler. Gambar 2.11. adalah skema alir siklus

kompresi uap.

Gambar 2.11 Skema siklus kompresi uap

2.1.5. Tahapan Siklus Kompresi Uap

Untuk mengetahui tahapan siklus kompresi uap pada chest freezer, digunakan diagram P-h. Dengan adanya diagram P-h, dapat diketahui

proses-proses yang terjadi dalam suatu siklus kompresi uap pada chest freezer. Siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h.

Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s.

Keterangan proses-proses pada Gambar 2.12 adalah sebagai berikut :

 Proses 1-2 (Proses Kompresi)

Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk

ke dalam kompresor adalah uap panas lanjut bertekanan rendah, setelah

mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena

proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor

punmeningkat. Proses 1 - 2 adalah kompresi adiabatik dan reversible dari uap jenuh menuju tekanan kondensor.

 Proses 2-2’ (Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut)

Proses ini adalah proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung di kondensor.

Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar dari kompresor

membuang kalor di kondensor sehingga fasanya berubah dari gas panas lanjut

menjadi cair. Di kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan

udara, kalor berpindah dari refrigeran ke udara yang ada sekitar kondensor

sehingga refrigeran mengembun menjadi cair. Proses berlangsung pada tekanan

tetap.

 Proses 2’-3’ (Proses Pengembunan)

Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi

dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor

sehingga fasanya berubah dari uap jenuh menjadi cair jenuh. Hal ini berarti bahwa

di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan

lingkungannya. Proses ini berlangsung pada suhu tetap dan tekanan tetap.

 Proses 3’-3 (Proses Pendinginan Lanjut)

Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan

lanjut membuat membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar

dalam keadaan cair. Hal ini membuat refrigeran lebih mudah mengalir melalui

pipa-pipa kapiler dalam sebuah sistem pendingin. Proses ini terjadi pada tekanan

tetap.

 Proses 3-4 (Proses Penurunan Tekanan)

Proses proses penurunan tekanan ini berlangsung di dalam pipa kapiler. Proses

Proses 3 - 4 adalah penurunan tekanan tidak reversible atau isentalpi pada entalpi konstan, dan cairan jenuh menuju tekanan evaporator.

 Proses 4-1’(Proses Pendidihan)

Proses ini berlangsung didalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan

diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah

fasa menjadi uap bertekanan rendah. Proses berlangsung pada secara isobaris dan

isothermis.

 Proses 1’-1 (Proses Pemanasan Lanjut)

Pada proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Dengan adanya

pemanasan lanjut, refrigeran yang akan masuk ke dalam kompresor benar-benar

dalam kondisi gas. Hal ini membuat kompresor bekerja lebih ringan dan aman.

Proses berlangsung pada tekanan tetap.

2.1.6 Rumus-Rumus Perhitungan Karakteristik Untuk Mesin Pendingin.

Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan

perhitungan, antara lain seperti, kerja kompresor, kalor yang dilepas evaporator

per satuan masa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa

refrigeran, COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran massa.

a) Kerja Kompresor.

Besar kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (2.1).

Win = h2– h1 (2.1) Pada Persamaan (2.1) :

o _h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

o _{h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)}

b) Kalor yang dilepas kondensor

Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dinyatakan

menggunakan Persamaan (2.2)

Qout = h2– h3 (2.2) Pada Persamaan (2.2) :

o _{Qout : besar kalor yang dilepas kondensor (kJ/kg)} o _{h2 : entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)} o _{h3 : entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)}

c) Kalor yang diserap evaporator

Besar kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator dinyatakan

menggunakan Persamaan (2.3)

Qin = h1– h4 (2.3) Pada Persamaan (2.3) :

o _{Qin : besar kalor yang diserap evaporator (kJ/kg)} o _{h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)} o _{h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)}

d) COP aktual (Coefficient Of Performance)

COP dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari siklus refrigerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin pendingin maka

karena merupakan perbandingan antara dampak refrigerasi (h1-h4) dengan kerja

spesifik kompresor (h2-h1) dinyatakan dalam Persamaan (2.4)

COP aktual =

(2.4)

Pada Persamaan (2.4) :

o _{COP aktual : koefisien prestasi chest freezer aktual}

o _h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

o _{h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)} o _{h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)}

e) COP ideal (Coefficient Of Performance).

Besarnya koefisien yang menyatakan performance dalam posisi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)

COP ideal = (2.5)

Pada Persamaan (2.5) :

o _{COP ideal : koefisien prestasi maksimum chest freezer,} o _{Te : suhu evaporator (}o_K)

o _{Tc : suhu kondensor (}o_K)

f) Efisiensi Chest freezer

Besarnya efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6)

Efisiensi = (2.6)

o COPideal : koefisien prestasi maksimum chest freezer o _{COPaktual : koefisien prestasi chest freezer}

g) Laju liran massa refrigeran.

Besarnya laju aliran massa refrigerant

dapat dihitung dengan Persamaan (2.7)

m = = (2.7)

Catatan :

1 watt = 1 J/s

Pada Persamaan (2.7) :

o _m : laju aliran massa refrigeran (kg/s),

o _{V : Voltase kompresor (v)} o _{I : Arus kompresor (ampere)} o _{P : Daya kompresor (kJ/s)}

o _{Win: kalor besar kerja kompresor (kJ/kg)}

Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, besaran yang penting

sepertikerja kompresor, kerja kondensor, kerja evaporator dan COP dalam siklus

kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat diketahui.

Dalam penggunaan diagram entalpi-tekanan tergantung jenis bahan

pendingin(refrigeran) yang dipakai. Untuk diagram tekanan-entalpi pada jenis

Gambar 2.14. Grafik P-h untuk refrigeran R134a (sumber : http://www.engr.siu.edu)

2.1.7. Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor (heat transfer) terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara kedua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada

kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang

berpindah biasanya disebut dengan istilah kalor (heat). Kalor (heat) akan selalu bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Proses ini akan berlangsung

secara terus menerus sampai tidak ada perubahan temperatur diantara kedua

medium tersebut. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan berbagai cara seperti

perpindahan kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi dan radiasi. Namun

dalam mesin pendingin perpindahan panas terjadi hanya melalui perpindahan

panas secara konduksi dan konveksi.

a. Perpindahan Kalor Konduksi

Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai

pada benda padat,cair dan gas. . Untuk zat cair dan gas, kondisi zat cair dan gas

harus dalam keadaan diam atau tidak bergerak. Contoh perpindahan kalor secara

konduksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan sebatang besi yang ujungnya

dipanasi dengan api, sehingga ujung satunya akan ikut menjadi panas.

Gambar 2.15 memperlihatkan perpindahan kalor secara konduksi yang dapat

dirumuskan sebagai pesamaan laju umum untuk perpindahan kalor konduksi atau

sering dikenal dengan hukum fourier seperti pada Persamaan (2.8)

Gambar 2.15 Perpindahan kalor konduksi.

q = - k A. = - kA. ( 2.8) Pada Persamaan (2.8) :

 q : laju perpindahan panas,

 k : konduktifitas thermal bahan,

 . = gradien suhu perpindahan kalor,

 : tebal dinding,

 : perubahan suhu,

 : suhu dinding 1

 : suhu dinding 2

Pada persamaan (2.8) menunjukan bahwa laju perpindahan kalor bernilai

minus (-) karena kalor akan selalu berpindah ketemperatur yang lebih rendah

b. Perpindahan Kalor Konveksi

Kalor konveksi adalah perpindahan kalor dengan disertai perpindahan molekul

molekul atau zat perantaranya. Dengan kata lain, perpindahan kalor konveksi

membutuhkan media (fluida atau gas) untuk mengalirkan kalor. Contoh

perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah saat proses

merebus air.

Gambar 2.16 Perpindahan Kalor Konveksi

Gambar 2.16 memperlihatkan perpindahan kalor secara konveksi atau sering

dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan seperti

pada Persamaan 2.9.

q = hA(Ts−T∞) (2.9) Pada persamaan (2.9) :

 q : laju perpindahan panas

 h : koefisien perpindahan panas konveksi

 A : luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida

 T∞ : temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan.

Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir

(zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung pada

benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi

paksa dan konveksi bebas. Berikut penjelasan dan contoh dari keduanya:

a) Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection) Konveksi bebas adalah konveksi yang disebabkan oleh beda suhu dan

perbedaan massa jenis dan tanpa peralatan bantu penggerak dari luar yang

mendorongnya. Jadi aliran fluida atau udara pada konveksi bebas terjadi karena

adanya perbedaan kerapatan. Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar

tanpa ada sumber gerakan dari luar yang menggerakkan udara.

b) Konveksi paksa (forced convection)

Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa

perpindahan panas aliran gas atau fluida disebabkan adanya tenaga atau peralatan

bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara dengan blower.

2.1.8 Beban Pendinginan

Beban pendinginan adalah beban yang diterima suatu sistem untuk

mendinginkan sesuatu. Pada evaporator, beban pendinginan adalah besarnya

aliran kalor yang dihisap evaporator. Unit pendingin selalu menerima beban

pendinginan karena harus menjaga temperatur dan kelembaban tertentu yang

umumnya berada di bawah temperatur dan kelembaban lingkungan di luarnya.

Beban pendinginan biasanya berupa aliran energi berbentuk panas. Beban

a) Beban laten

Beban laten adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena

adanya perubahan wujud (fase). Sebagai contoh air yang sudah didinginkan

sampai 0°C kemudian didinginkan lagi sampai menjadi es pada suhu 0°C. Pada

proses ini tidak terjadi perubahan suhu melainkan perubahan wujud (fase). Beban

pendinginan disini disebut beban laten dan panas yang diserap disebut dengan

panas laten.

b) Beban sensible

Beban sensible adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena

adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu 100°C didinginkan menjadi

0°C (masih dalam keadaan cair). Beban yang diterima dalam proses itu disebut

beban sensible. Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C menjadi

0°C disebut panas sensible.

2.1.9 Proses Perubahan Fase

Secara umum proses perubahan fase dapat berlangsung karena adanya

pengaruh temperatur. Perubahan fase banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Misalnya perubahan cair ke padat, gas ke cair, padat ke gas dan lain sebagainya.

Namun dalam suatu sistem mesin pendingin hanya berlangsung dua perubahan

fase yaitu pengembunan ( gas ke cair) dan penguapan (cair ke gas).

a) Proses Pengembunan (kondensasi).

Proses pengembunan atau kondensasi adalah adalah proses perubahan wujud

dari zat gas (uap) menjadi zat cair. Proses pengembunan merupakan proses

ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap

dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari

pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut

kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi

cairan disebut kondensor. Pada meisn pendingin, proses pengembunan atau

kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah

kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refigeran dibuang keluar

dari kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar

kondensor adalah udara. Karenanya udara di sekitar memiliki suhu yang lebih

tinggi dibandingkan suhu kondensor.

b) Proses Penguapan (evaporasi)

Proses penguapan adalah proses perubahan bentuk zat dari cair menjadi uap /

gas. Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat

refigeran mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refigeran berubah fase dari cair

menjadi gas. Proses penguapan memerlukan kalor. Kalor diambil dari lingkungan

sekitar dimana evaporator itu ditempatkan. Pada mesin pendingin air, kalor

diambil dari lingkungan sekitar evaporator yang berupa air sehingga air dapat

berubah suhunya menjadi rendah dan berubah wujud menjadi es.

2.1.10 Contoh Spesifikasi Chest Freezer

Salah satu contoh spesifikasi chest freezer yang ada di pasaran adalah sebagai berikut :

(Sumber : http://showcasecoolerdast.com)

 Dimensi 1080x625x840

 Inner box, alumunium emboss plate 0,36mm

 Evaporator, Aluminium pipe OD8 x t 1,0 mm x 22663 mm

 Accumulator, Copper

 Capilary pipe, OD 1.8 x ID 0.7 x 2500mm

 Cabinet Box PCM 0.4 mm

 Condensor, Steel Pipe D 4. 0 x t 0.71 x 21000 mm

 Kompresor, Panasonic SF48C10RAX. 220V/50Hz,139W

 Refrigeran R-134a, 100 gram

2.2 Tinjauan Pustaka

Anwar, K (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban

pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut

bertujuan: (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin

pendingin meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin

pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini

dilakukan dengan batasan -batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan

menempatkan bola lampu 60, 100, 200,300 dan 400 watt di dalam ruang

pendingin (b) data dianalisi secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan

focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen

dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil

penelitian didapatkan : (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan

koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa

optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt

dengan cop sebes ar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban

pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt).

Handoyo, EA dan Lukito, A (2002) telah melakukan penelitian tentang

analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas

pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler pada line suction (b) menghitung performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan.

Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) mesin

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

pada line suction dapat meningkatkan nilai COP chestfreezer (b) waktu pendinginan tidak banyak perubahan.

Wilis, GR (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran

P.22 dan R134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a)

menghitung prestasi kerja refrigeran M2 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 U2 dan R134a (b) menggunakan mesin pengkondisian

udara dengan motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari hasil penelitian

didapatkan: (a) refrigeran R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari Rl34a,

tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran Rl34a lebih ramah lingkungan, tetapi

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1. Komponen-komponen mesin pendingin

Komponen utama Chest Freezer yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan fluida kerja

refrigeran R134a.

a) Kompresor

Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Gambar 3.1. Kompresor (sumber : http://www.emsteknik.com)

Jenis kompresor : Hermetik

Seri kompresor : AE 150 FK -932

Voltase : 220 Volt

b) Kondensor

Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Jenis : Kondensor Tipe U, dengan jumlah U = 11

Diameter pipa : 4.7 mm

Bahan pipa : Besi

Bahan sirip : Besi

Jarak sirip : 5 mm

Diameter sirip : 0.14 mm

Gambar 3.2. Kondensor

c) Pipa kapiler

Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Diameter pipa kapiler : 0,028 inchi

Bahan pipa kapiler : tembaga

Gambar 3.3. Pipa kapiler

d) Filter

Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.4. Filter

Panjang filter : 100 mm

Bahan : tembaga

Diameter : 20 mm

Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut :

Bahan pipa evaporator : tembaga

Bahan plat evaporator : alumunium

Gambar 3.5 Evaporator (sumber : http://www.diytrade.com)

f) Refrigeran R134a

Refrigeran R134a dipergunakan sebagai fluida kerja Chest Freezer yang dibuat. Dalam penelitian ini dipergunakan refrigeran R134a karena lebih ramah

lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigeran lain yang tersedia dipasaran.

Gambar 3.6 Tabung berisi refrigeran R134a (sumber : http://www.indotrading.com

3.1.1. Peralatan pendukung pembuatan chest freezer

a. Alat pemotong pipa

Alat pemotong pipa adalah alat yang mempunyai fungsi untuk memotong

pipa, agar hasil potongan menjadi rapi.

Gambar 3.7 Pemotong pipa (sumber : http://www.directindustry.com)

b. Pompa vakum

Pompa vakum adalah alat yang mempunyai fungsi untuk proses atau untuk

mengeluarkan udara dari dalam sistem mesin Chest Freezer sebelum diisi freon sebagai fluida kerja Chest Freezer.

Gambar 3.8 Pompa vakum

c. Manifold gauge

Manifold gauge adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat Chest Freezer bekerja.

Gambar 3.9 Manifold gauge

(sumber : http://www.friogasrefrigeracao.com.br)

d. Alat las

Alat las adalah alat yang mempunyai fungsi untuk menyambung pipa-pipa

tembaga pada Chest Freezer agar sistem dapat bekerja.

Gambar 3.10 Alat las dan bahan tambahan las (perak dan tembaga) (sumber : http://tungkulogam.wordpress.com)

e. Termostat

Termostat adalah alat yang mempunyai fungsi sebagai pengatur suhu pada

evaporator, jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai kebutuhan maka alat ini

akan memutus arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.

Gambar 3.11 Termostat

f. Sterofoam

Sterofoam mempunyai fungsi sebagai tempat diletakan evaporator agar

evaporator dapat tertutup rapat.

3.2. Persiapan Alat dan Bahan

Persiapan komponen harus dilakukan sebelum memulai tahap proses

pembuatan chest freezer. Komponen yang harus dipersiapkan berupa komponen-komponen utama chest freezer (Kompresor, Evaporator, Pipa Kapiler dan Kondensor) dan alat bantu yang diperlukan dalam pembuatan chest freezer. Hal ini sangat perlu dilakukan karena akan mempercepat dan mempermudah proses

selanjutnya dalam pembuatan chest freezer.

Setelah semua komponen-komponen disiapkan, maka akan dilanjutkan

pada proses penyambungan komponen-komponen chest freezer. 3.3 Langkah-Langkah Pembuatan Chest Freezer

Langkah-langkah pembuatan Chest Freezer dapat diketahui sebagai berikut ini : a. Proses pembuatan rangka Chest Freezer.

Pada proses ini diperlukan alat sebagai berikut alat potong plat baja

mempunyai fungsi untuk memotong plat sesuai ukuran panjang, lebar dan tinggi

yang sudah ditentukan sebelumnya, alat las mempunyai fungsi untuk

menyambung plat baja yang sudah dipotong sebelumnya. Alat ukur mempunyai

fungsi untuk menentukan ukuran plat baja.

b. Proses penyambungan dengan las antara kompresor dengan kondensor.

Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara

kompresor dengan kondensor. Dalam proses penyambung terdapat perbedaan

material yang akan disambung pipa output kompresor terbuat dari besi sedangkan

kondensor terbuat dari tembaga. Proses penyambungan komponen ini

membutuhkan bahan bantu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam

proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material dan agar pipa saluran

keluar kompresor dan pipa saluran masuk kondensor tersambung dengan baik dan

tidak bocor. Bahan yang digunakan pada pengelasan atau penyambungan ini

menggunakan bahan perak dan kuningan.

Gambar 3.14 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor

c. Proses penyambungan dengan las antara kondensor dengan filter,.

Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara pipa

output kondensor dengan input filter. Proses penyambungan menggunakan las yang menggunakan bahan perak dan kuningan. Diperlukan borak sebagai perekat

dalam proses pengelasan karena terdapat perbedaan material antara kondensor

dengan filter. Alat bantu yang diperlukan adalah tang yang mempunyai fungsi

Gambar 3.15 Proses pengelasan kondensor dengan filter

d. Proses penyambungan dengan las antara filter dengan pipa kapiler.

Dalam proses ini diperlukan alat las yang mempunyai fungsi untuk

menyambung output filter dengan pipa input pada pipa kapiler. Proses penyambungan menggunakan alat las dengan bahan perak dan kuningan sebagai

penyambungnya. Tang adalah alat bantu yang mempunyai fungsi sebagai penahan

pada sat proses pengelasan dilakukan.

Gambar 3.16 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler

e. Proses penyambungan dengan las antara pipa kapiler dengan evaporator.

Dalam proses ini diperlukan alat las yang berfungsi untuk menyambung

penyambungan menggunakan las dengna bahan perak dan kuningan. Tang

mempunyai fungsi menahan pada saat proses pengelasan dan juga memipihkan

diameter pipa saluran masuk evaporator supaya pipa kapiler dapat tersambung

dengan baik.

Gambar 3.17 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator

f. Proses penyambungan dengan las antara evaporator dengan kompresor.

Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai pipa penghubung

evaporator dengan kompresor. Proses penyambungan komponen tersebut

menggunakan alat las dengan bahan kuningan dan perak.

g. Proses pemvakuman Chest Freezer.

Dalam proses pemvakuman diperlukan pompa vakum yang mempunyai fungsi

untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini bertujuan untuk mengeluarkan

udara-udara yang masih terjebak dalam saluran-saluran pipa di Chest Freezer agar siklus dalam Chest Freezer dapat bekerja dengan maksimal.

Gambar 3.19 Proses pemvakuman

h. Proses pengisian refrigeran R134a.

Dalam proses ini diperlukan refrigeran R134a sebagai fluida kerja Chest Freezer. Tekanan refrigeran yang akan dimasukan dalam siklus Chest Freezer

harus sesuai dengan standar kerja Chest Freezer agar dapat bekerja dengan maksimal.

i. Proses pengujian Chest Freezer

Dalam proses ini kita nyalakan kompresor dan tunggu selama kira-kira 30-60

menit. Bila terjadi bunga es pada evaporator dan pipa tembaga yang

menghubungkan antara evaporator dan pipa kapiler, serta tekanan pada manifold gauge cenderung konstan, maka chest freezer siap untuk digunakan untuk mengambil data.

Gambar 3.21 Proses pengujian alat.

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Mesin yang Diteliti

Mesin yang diteliti adalah chest freezer dengan siklus kompresi uap hasil rangkaian sendiri dengan komponen standar dari chest freezer yang tersedia dipasaran. Chest freezer yang dirangkai bekerja dengan siklus kompresi uap yang disertai dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut berdaya 0,2 Pk, dengan

panjang pipa kapiler 140 cm. Proses pendinginan yang terjadi dalam chest freezer

ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan benda yang ada di dalam

ruangan evaporator. Gambar 4.1 menyajikan mesin yang diteliti.

Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (chest freezer)

4.2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti

Gambar 4.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam

skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur

tekanan (manifold gauge) pada chest freezer.

Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin chest freezer

Keterangan pada Gambar :

 Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T1) dan alat ukur tekanan P1  Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2

 Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel T3

4.3 Alat Bantu Penelitian

Proses penelitian freezer ini membutuhkan alat-alat yang dipergunakan untuk

membantu dalam pengujian freezer tersebut. Alat-alat bantu tersebut seperti

a) Termokopel dan Alat penampilnya

Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk

mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan dengan listrik. Alat

penampil suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai

suhu yang diukur.

Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital (sumber : http://elektronikautis.blogspot.com)

b) Pengukur Tekanan

Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan

refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi,

sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.

Gambar 4.4 Pengukur Tekanan

c) P – h diagram

P – h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan P - h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap

titik yang diteliti.

Gambar 4.5 P – h diagram

d) Air

Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin yang

dipergunakan dalam penelitian.

Gambar 4.6 Air (beban pendinginan) (sumber : https://plus.google.com)

4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang

Sudah Ditentukan

Untuk mendapatkan data – data hasil penelitian dipergunakan alat ukur termokopel dan alat ukur tekanan. Pengukuran suhu dan tekanan dilakukan setiap

30 menit. Hasil penelitian disajikan pada tabel seperti pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan.

No Waktu (menit)

T1

(oC)

T3

(oC)

T evap

(oC)

T kond

(oC)

P1

(psia)

P2

(psia)

1 30

2 60

3 90

4 120

5 150

4.5 Cara Mengolah Data

Prosedur pengolahan data :

a) Setelah semua data suhu dan tekanan pada setiap titik diperoleh maka

langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada

P – h diagram. Dengan menggambarkan dalam P – h diagram dapat diketahui nilai entalpi (h1, h2, h3, h4).

b) Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk

menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepaskan

kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor

persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COP ideal, nilai COP actual chest freezer dan efisiensi, serta laju aliran massa refrigeran.

c) Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang

ada seperti persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, persamaan

(2.2) untuk menghitung energi kalor yang dilepaskon densor, persamaan (2.3)

untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, persamaan (2.4) untuk

menghitung COP aktual, persamaan (2.5) untuk menghitung COP ideal,

persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi chest freezer dan persamaan (2.7) untuk menghitung laju aliran massa refrigeran.

d) Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COP aktual, COP ideal, Efisiensi, Laju

aliran massa) kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan

pembahasan. Dalam proses pembahasan harus mempertimbangkan hasil-hasil

BAB V

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

5.1. Data Hasil Percobaan

Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigeran (P1& P2) dan suhu

refrigeran (T1& T3) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu,

disajikan pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1& P2) dan suhu (T1& T3)

No Waktu (menit)

T1

(oC)

T3

(oC)

t evap

(oC)

t kond

(oC)

P1

(psia)

P2

(psia)

1 30 25,48 33,02 -23,9 35 16,5 130,4

2 60 25,4 33,22 -23,9 35 16,7 130,4

3 90 24,04 32,67 -25 35 15,3 130,2

4 120 25,04 32,84 -25 35 15,3 130,7

5 150 25,04 33,27 -25 35 15,3 130,7

Keterangan :

- t kond : suhu kondensor (oC)

- Pada saat pengambilan data, suhu kamar sebesar 30oC

- Media yang didinginkan adalah air dengan volume 240 ml dan suhu awal

28oC

- P1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (psia).

- P2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (psia).

- T1 : Suhu refrigeran saat masuk kompresor (oC).

- T3 : Suhu refrigeran saat masuk pipa kapiler (oC).

5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data.

Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan

menggambarkannya pada diagram p-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada

penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap

titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb.

No Waktu (menit) h1 (Btu/lb) h2 (Btu/lb) h3 (Btu/lb) h4 (Btu/lb)

1 30 117 140 40 40

2 60 117 140 40 40

3 90 117 142 40 40

No Waktu (menit) h1 (Btu/lb) h2 (Btu/lb) h3 (Btu/lb) h4 (Btu/lb)

5 150 117 142 40 40

Dalam perhitungan, besar entalpi (h) harus dalam satuan Standar

Internasional yaitu kJ/kg (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg). Besar nilai konversi entalpi

setiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 4.3.

Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg.

No Waktu (menit) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg)

1 30 272,142 325,64 93,04 93,04

2 60 272,142 325,64 93,04 93,04

3 90 272,142 330,292 93,04 93,04

4 120 272,142 330,292 93,04 93,04

5 150 272,142 330,292 93,04 93,04

Contoh untuk menentukan besaran nilai nilai entalpi dapat dilihat dari

diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran R 134a. Dari diagram dapat dilihat

nilai h2 saat menit ke 60 adalah 140 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h harus

Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeranR 134a diambil dari data menit (t) ke 60.

Keterangan dari diagram P-hpada Gambar 5.2 :

h1= 272,142 kJ/kg

h2 = 325,64 kJ/kg

h3 = 93,04 kJ/kg

h4 = 93,04 kJ/kg

a) Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran.(Win)

Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang

dihasilkan oleh chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.3) :

Win = h2-h1

= 325,64 kJ/kg – 272,142 kJ/kg

Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 53,50 kJ/kg (pada saat

t=60 menit)

b) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Qout)

Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas

kondensor pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.4) :

Qout = h2-h3

= 325,64 kJ/kg – 95,04 kJ/kg

= 232,6 kJ/kg

Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 232,6

kJ/kg (pada saat t=60 menit)

c) Kalor yang diserap evaporator (Qin)

Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator

pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.5) :

Qin = h1-h4

= 272,142 kJ/kg – 93,04 kJ/kg

= 179,102 kJ/kg

Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 179,102

d) COP aktual

COPaktual dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari

mesin chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6) :

COPaktual =

=

=

= 3,3

Maka COP aktual chest freezer sebesar 3,3 (pada saat t=60 menit)

e) COP ideal

Untuk menghitung performance ideal pada chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat menggunakan persamaan (2.7)

COP ideal =

=

= 4,2

f) Efisiensi (η)

Untuk mendapatkan efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8)

Efisiensi η = x 100%

η = x 100%

η = 80%

Maka efisiensi ηchest freezer sebesar 80% (pada saat t=60 menit)

g) Laju aliran massa refrigeran (

Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung

dengan persamaan (2.9)

=

=

= 0,0043 kg/s

Maka laju aliran massa chest freezer sebesar 0,0043 kg/s (pada saat t=60 menit) 4.3. Hasil Perhitungan

Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 0 menit sampai (t) 150

menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor

persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan massa

refrigeran yang diserap evaporator (Qin), COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju

Tabel 5.4.Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer No Waktu (t) (menit) Kerja Kompresor

(Win)

(kJ/kg)

Kalor yang diserap evaporator (Qin)

(kJ/kg)

Kalor yang dilepas evaporator (Qout)

(kJ/kg)

COP

aktual

1 30 53 179 232 3,3

2 60 53 179 232 3,3

3 90 58 179 273 3,08

4 120 58 179 273 3,08

5 150 58 179 273 3,08

Tabel 5.5. Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer

No Waktu (t)

(menit) COP ideal Efisiensi (η)

Laju aliran massa,

(kg/s)

1 30 4,2 80% 0,0043

2 60 4,2 80% 0,0043

3 90 4,1 75% 0,0041

4 120 4,1 75% 0,0041

5 150 4,1 75% 0,0041

5.4. Pembahasan

Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, dan

waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil

perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.6, Gambar 5.7, Gambar

5.8, Gambar 5.9, Gambar 5.10, Gambar 5.11, Gambar 5.12.

Gambar 5.6 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dan waktu

Gambar 5.6 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran

(Win) dari waktu ke waktu. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran

terendah sebesar 53,5kJ/kg dan nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran

tertinggi sebesar 58,15 kJ/kg dan rata-rata nilai kerja kompresor persatuan massa

refrigeran dari t = 30 menit sampai t = 150 menit sebesar 55,36 kJ/kg. Kerja

kompresor berubah pada menit ke-90, hal ini kemungkinan terjadi karena

timbulnya bunga es diawal masuk pipa evaporator. Es yang menebal kemudian

menghambat aliran udara. Pada akhirnya refrigeran cair yang tidak berevaporasi

di evaporator kemudian masuk ke jalur pipa suction dan bisa sampai ke kompresor. Hal ini ditandai dengan bunga es yang muncul disekitar bagian

Gambar 5.7 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dan waktu.

Gambar 5.7 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran

yang diserap evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai kalor terendah yang

diserap evaporator adalah 179,020 kJ/kg dan nilai kalor tertinggi yang diserap

evaporator adalah sebesar 179,102 kJ/kg dan rata-rata nilai kalor persatuan massa

refrigeran yang diserap adalah sebesar 179,052 kJ/kg. Pengambilan data yang

dilakukan pada suhu ruang (300C), membuat kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator cenderung kosntan dan dinding evaporator yang terlapisi

oleh uap air yang membeku mengakibatkan kalor persatuan massa yang diserap

Gambar 5.8 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dan waktu

Gambar 5.8 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran

yang dilepas evaporator (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai kalor persatuan massa

refrigeran terendah yang diserap evaporator adalah 232,60 kJ/kg dan nilai kalor

persatuan massa refrigeran tertinggi yang diserap evaporator adalah sebesar

273,25 kJ/kg dan rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap

adalah sebesar 256,991 kJ/kg. Nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas

kondensor berubah pada menit ke-90. Hal ini sesuai dengan perubahan yang

terjadi pada kompresor. Karena semakin besar kerja kompresor persatuan massa,

maka semakin besar pula kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas

Gambar 5.9 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu

Gambar 5.9 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi (COP) aktual dari

waktu ke waktu. Nilai COP aktual terendah adalah 3,08 dan nilai COP aktual

tertinggi adalah sebesar 3,3 dan rata-rata nilai COP aktual adalah sebesar 3,17.

Perubahan kerja kompresor juga berpengaruh pada koefisien prestasi COPaktual.

Sehingga unjuk kerja yang terjadi pada mesin chest freezer menurun pada menit ke-90.

Gambar 5.10 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi COPideal dari waktu

ke waktu. Nilai COP ideal terendah adalah 4,1 dan nilai COP ideal tertinggi adalah

sebesar 4,2 dan rata-rata nilai COP ideal adalah sebesar 4,14. Perubahan yang

terjadi pada kompresor yang diikuti koefisien prestasi aktual juga mengakibatkan

perubahan nilai nilai COP ideal.

Gambar 5.11 Hubungan efisiensi dan waktu

Gambar 5.11 memperlihatkan efisiensi dari waktu ke waktu. Nilai efisiensi

terendah adalah 0,75 dan nilai efisiensi tertinggi adalah sebesar 0,8 dan rata-rata

efisiensi adalah sebesar 1,45. Perubahan kerja kompresor yang semakin berat oleh

karena transfer kalor yang terjadi dihalangi oleh butiran air yang membeku,

sistem perpipaan yang di”bending” secara manual sehingga ada kemungkinan

aliran refrigeran pada pipa tidak sempurna dan ruang pendingin (cool box) yang

terbuat dari sterofoam masih memiliki cacat / lubang kecil sebagai jalan bagi pipa

menyebabkan efisiensi mesin chest freezer tidak dapat 100% dan bahkan menurun pada menit ke-90 karena pengaruh kerja kompresor.

Gambar 5.12 Hubungan laju aliran massa refrigeran dan waktu

Gambar 5.12 memperlihatkan laju aliran massa dari waktu ke waktu. Nilai

laju aliran massa terendah adalah 0,0041 kg/s dan nilai laju aliran masa tertinggi

adalah sebesar 0,043 kg/s dan rata-rata laju aliran massa adalah sebesar 0,0042

kg/s. Tertutupnya evaporator oleh butiran air yang membeku, mengakibatkan laju

aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi.

Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa, uap air yang membeku dan menebal

pada bagian dalam evaporator dapat menghalangi transfer kalor.Sehingga uap air

yang membeku menghalangi kinerja kompresor sehingga kerja kompresor

semakin berat. Serta berdampak pula pada kalor yang dilepas kondensor persatuan

massa menjadi lebih besar, tetapi kalor yang diserap evaporator persatuan massa

cenderung konstan. Dan juga hal ini mengakibatkan menurunnya koefisien

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Dari pengujian mesin pendingin chest freezer untuk mendinginkan air, dapat

diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

a) Mesin pendingin chest freezer yang dibuat dapat mendinginkan air dengan

volume 240 ml sampai menjadi es pada suhu -24oC.

b) Kerja kompresor per satuan massa terendah sebesar 53 kJ/kg, kerja

kompresor persatuan massa tertinggi sebesar 58 kJ/kg.

c) Kalor per satuan massa terendah yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg,

kalor persatuan massa tertinggi yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg.

d) Kalor per satuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg,

kalor per satuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg.

e) COPaktual terendah chest freezer sebesar 3,08, COPaktual tertinggi chest freezer

sebesar 3,3.

f) COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer

sebesar 4,2.

g) Efisiensi terendah chest freezer sebesar 75%, efisiensi tertinggi chest freezer

sebesar 80%.

h) Laju aliran massa terendah chest freezer adalah 0,0041 kg/s, laju aliran massa

6.2 Saran.

Setelah melakukan pengambilan data ada beberapa kekurangan yang perlu

diperhatikan. Untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin ini. Antara

lain dalam pembuatan mesin pendingin chest freezer sebaiknya menggunakan

panjang pipa kapiler yang standar dipasaran, pergunakan pipa tembaga sebagai

evaporator sebagaimana yang digunakan chest freezer yang ada dipasaran,

gunakan kondensor 12 U untuk chest freezer dengan daya 0,2 PK. Hal ini

diperlukan agar sistem penyerapan kalor pada evaporator dan pembuangan kalor

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, K., 2010, Efek Beban Pendinginan Terhadap Performa Sistem Mesin

Pendingin, Jakarta.

Handoyo, EA dan Lukito, A (2002), Analisa pengaruh pipa kapiler yang

dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin, Jakarta.

Wilis, G.R., 2013, Penggunaan Refrigeran P.22 dan R134a Pada Mesin

LAMPIRAN

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 1 (menit 30)

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 2 (menit 60)

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 3 (menit 90)

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 4 (menit 120)

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 5 (menit 150)