Karakteristik mesin kulkas dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut menggunakan panjang pipa kapiler 175 centimeter - USD Repository

  

KARAKTERISTIK MESIN KULKAS DENGAN PEMANASAN LANJUT

DAN PENDINGINAN LANJUT MENGGUNAKAN PANJANG PIPA

KAPILER 175 CENTIMETER

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan oleh :

  

AG DWI PRIYANTO

NIM : 095214010

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2013

THE CHARACTERISTIC OF REFRIGERATOR MACHINE WITH SUPER HEATING AND SUB COOLING USING 175 CENTIMETRE LONG CAPILLARY TUBE FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by

  AG DWI PRIYANTO Student Number : 095214010 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013

  `

  

INTISARI

  Mesin pendingin pada saat ini semakin banyak dan semakin luas dimanfaatkan sesuai dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya taraf hidup. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai : pendingin, pembeku, pengkondisian udara. Tujuan penelitian ini adalah (a) Membuat kulkas yang bekerja dengan siklus kompresi uap standar dengan pipa kapiler melilit pipa keluar dari evaporator (b) Menghitung kerja kompresor kulkas persatuan massa refrijeran (c) Menghitung nilai energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran (d) Menghitung nilai energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran (e) Menghitung COPaktual.

  Model pembuatan mesin pendingin dengan kapasitas ukuran rumah tangga untuk mendinginkan air dengan siklus kompresi uap. Pengujian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Data yang diambil dalam pengujian mesin pendingin adalah tekanan kerja, suhu di setiap bagian pipa keluar komponen mesin pendingin dan suhu air. Mesin kulkas menggunakan kompresor dengan daya ¼ PK, evaporator dan kondenser yang dipergunakan merupakan evaporator dan kondenser standar untuk mesin pendingin dengan daya ¼ PK, panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 175 cm, diameter pipa kapiler 0,028 inch, refrijeran yang digunakan dalam kulkas adalah R134a, beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 1500 ml, temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara lingkungan yaitu 27⁰C.

  Hasil perhitungan dari mesin pendingin berupa kerja kompresor (W in ), kalor yang dilepas kondensor (Q ), kalor yang diserap evaporator (Q ), dan harga

  out in

  COP (Coefficient of Perfomance) dari mesin pendingin. Mesin pendingin yang telah dibuat mampu mendinginkan air sebanyak 1,5 liter dalam waktu 485 menit dengan suhu air awal sebesar 27°C. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kerja

  ) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 70 kompresor ( kJ/kg. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang dilepas kondensor (Q out ) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 188 kJ/kg Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang diserap evaporator (Q ) permassa

  in

  refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 130 kJ/kg. Dari hasil penelitian didapatkan nilai COPaktual permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar COP sebesar 1,86.

  

Kata Kunci : Mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut, siklus

kompresi uap standar, COP.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan baik dan lancar.

  Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. 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, dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Dosen Pembimbing Akademik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Markus Mursidi dan Theresia Sukarti selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  

DAFTAR ISI

  hal HALAMAN JUDUL ……………...…………………………………. i TITLE PAGE ....………….......……………............……………….… ii HALAMAN PENGESAHAN ……….....…....………………………... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ……….……............…………………... iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ....................................... . v PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH … vi

  INTISARI ………………..……………………………………….. vii KATA PENGANTAR ………..........………............………….. viii DAFTAR ISI ………..........…..............………..…............………….. x DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xii DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiv

  BAB I PENDAHULUAN ………..………………………….…….. 1

  1.1. Latar Belakang Penelitian ……….....……………………… 1

  1.2. Perumusan Masalah …….……............…………...…………. 2

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

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

  1.5. Batasan Masalah .................................................................. 3

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

  2.1. Dasar Teori …....…………….....................................…......... 4

  2.1.1. Kulkas ........................………………...........…………... 4

  2.1.2. Kulkas dan Spesifikasinya ........……….……………………………. 4

  2.1.3. Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap ................ 8

  2.1.4. Laju Perpindahan Kalor ...................................................... 14

  2.1.5. Perpindahan Kalor Konveksi ….................................................. 15

  2.1.6. Perpindahan Kalor Konduksi ...................................................... 17

  2.1.7. Refrijeran ............….............................................................. 18

  2.1.8. Siklus Kompresi Uap ................................................................. 19

  hal

  2.1.9. Pendinginan Lanjut .................................................................. 21

  2.1.10. Pemanasan Lanjut ………….............................................................. 22

  2.1.11. Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin ………………............. 24

  2.2. Tinjauan Pustaka .................................................................. 25

  BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN …. 28

  3.1. Pembuatan Alat …………..…………............................... 28

  3.1.1 Komponen Kulkas …...................................…...………….... 28

  3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas …......…..........….. 31

  3.1.3. Langkah Langkah Pembutan Kulkas .....…..........………...….... 34

  3.2. Metodologi Penelitian …..…………............................... 35

  3.2.1. Objek Penelitian …………..…………............................... 35

  3.2.2. Beban Pendinginan …………..…………............................... 36

  3.2.3. Cara Pengambilan Data …………..................................... 36

  3.2.4. Cara Pengolahan Data …………..………....................... 37

  3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan …………......................... 38

  BAB IV HASILPERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...….......... 39

  4.1. Hasil Penelitian ……....………...……...........…....……............... 39

  4.2. Perhitungan ............................................................................. 42

  4.3. Pembahasan ….................................................…...……….…. 45

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..............................……... 50

  5.1. Kesimpulan …....…………………………….........………… 50

  5.2. Saran ........……............……………................…………….… 50 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 52 LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  hal …....................................………..………...

Gambar 2.1. Kulkas tipe X1

  5 Gambar 2.2. Kulkas tipe X2 …………....................................…..…..…. 6

Gambar 2.3. Kulkas tipe X3 ………....................................……..…..…. 7Gambar 2.4. Komponen utama mesin kulkas ………………..…... 9Gambar 2.5. Kompresor jenis piston …............……………………..... 9Gambar 2.6. Kompresor jenis rotary ...................………………..…. 10Gambar 2.7. Evaporator kulkas ..............................…………..………. 12Gambar 2.8. Kondenser .………........................…………..……… 13Gambar 2.9. Pipa kapiler …....................................................................... 13Gambar 2.10. Filter ...………………............……………………....... 14Gambar 2.11. Contoh Perpindahan Kalor Konveksi .....……..………... 15Gambar 2.12. Perpindahan Kalor Konveksi. ........................................... 16Gambar 2.13. Contoh Perpindahan Kalor Konduksi ........................….. 17Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut ............…... 20Gambar 2.15. Diagram T-s ................................................................... 20Gambar 2.16. Diagram P-h ..................................……......................... 20Gambar 2.17. (a) Diagram T-s ........................................…........ 23Gambar 2.17. (b) P-h Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut. ....... 23Gambar 3.1. Kompresor ................................................................... 28Gambar 3.2. Kondenser ................................................................... 29Gambar 3.3. Pipa Kapiler ................................................................... 30Gambar 3.4. Evaporator …............................................................... 30Gambar 3.5. Pemotong Pipa ............……............................................... 31Gambar 3.6. Pelebar pipa ............................................................................... 32Gambar 3.7. Tang …............................................................... 32Gambar 3.8. Manifold gauge ……............................................... 33Gambar 3.9. Termokopel digital ......................….......................... 33Gambar 3.10. Tang Ampere ........................................................ 34

  hal

Gambar 3.11. Lokasi penempatan termokopel dan alat ukur tekanan ….. 37Gambar 3.12. Contoh penggunaan p-h diagram untuk mencari entalpi ....... 38Gambar 4.1. Kerja Kompresor Persatuan Massa Refrijerani Dari t = 5 Menit Sampai t = 485 Menit .....................................….. 45Gambar 4.2. Energi Kalor Yang Dilepas Kondenser Persatuan Massa

  Refrijeran Dari t = 5 Menit Sampai t = 485 Menit ...................... 46

Gambar 4.3. Energi Kalor Yang Dihisap Evaporator Persatuan Massa

  Refrijeran Dari t = 5 Menit Sampai t = 485 Menit .................... 47

Gambar 4.4. Nilai koefisien prestasi aktual (COP aktual). ............................... 48

  

DAFTAR TABEL

  hal

Tabel 4.1. Tekanan Masuk Dan Kaluar Kompresor ...............….….. 39Tabel 4.2. Suhu Masuk Dan Keluar Komoresor ………..............….…... 40Tabel 4.3. Suhu Masuk Dan Keluar Kondenser .……….......................... 40Tabel 4.4. Suhu Masuk Dan Keluar Evaporator ...............… ....………..... 41 .Tabel 4.5. Suhu Kerja Evaporator Dan Kondenser .………..................... 41Tabel 4.6. Nilai Entalpi ...............… . ....…......................................……..... 42Tabel 4.7. Kerja Kompresor Perstuan Massa Refrijeran .………............... 43Tabel 4.8. Energi Kalor Persatuan Massa Refrijeran Yang Dilepas

  Kondenser ......................................................................................43

Tabel 4.9. Energi Kalor Persatuan Massa Refrijeran Yang Diserap

  Evaporator .....................................................................................44

Tabel 4.10. COP Aktual .…....................................................……............... 44

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Dijaman modernisasi sekarang ini perkembangan teknologi semakin lama semakin pesat. Para ilmuan berlomba-lomba menciptakan alat untuk membantu mempermudah masyarakat melakukan kegiatannya sehari-hari. Sebagai misal mesin pendingin, banyak dijumpai diberbagai tempat: di dalam rumah tangga, di swalayan/mall, di rumah sakit, di kantor-kantor, di tempat industri, di tempat hiburan dan bahkan di berbagai alat transportasi. Beberapa mesin pendingin mempunyai fungsi/peranan yang berbeda-beda. Ada yang berfungsi untuk mendinginkan, membekukan, mengawetkan makanan dan ada juga yang berfungsi untuk sistem pengkondisian udara.

  Untuk rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai pengawet makanan dan penyejuk ruangan. Kegunaan lain dari mesin pendingin adalah untuk kebutuhan perdagangan, seperti mengawetkan daging dalam jumlah banyak pada tempat pemotongan hewan. Pada perkantoran mesin pendingin berfungsi sebagai penyejuk ruangan agar orang yang bekerja pada kantor tersebut merasa lebih nyaman dalam bekerja, sedangkan pada sistem transportasi mesin pendingin dapat berfungsi sebagai penyejuk udara pada kendaraan pribadi maupun komersil dan sebagai pendingin untuk mengawetkan bahan makanan pada saat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya. Proses pendinginan pada mesin pendingin, umumnya menggunakan sistem siklus kompresi uap. Sebagai fluida kerja digunakan refrijeran yang mudah diubah bentuknya dari cair menjadi gas maupun dari gas menjadi cair untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondenser. Jenis refrijeran yang umum digunakan pada saat ini adalah refrijeran yang ramah terhadap lingkungan karena tidak mengandung clorofluorocarbon (CFC) yang dapat merusak ozon.

  Mengingat pentingnya mesin pendingin dan luasnya pemakaian mesin pendingin, maka penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin pendingin dengan melakukan penelitian tentang mesin pendingin, khususnya mesin pendingin kulkas

  1.2. Perumusan Masalah

  Dalam penelitian ini, akan dicari karakteristik kulkas yang bekrja dengan siklus kompresi uap. Kulkas yang akan ditinjau adalah kulkas dengan daya 1/4 PK. Kulkas yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan kulkas hasil buatan sendiri.

  1.3. Tujuan penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah :

  a. Membuat kulkas yang bekerja dengan siklus kompresi uap standar dengan pipa kapiler melilit pipa keluar dari evaporator.

  b. Menghitung kerja kompresor kulkas persatuan massa refrijeran.

  c. Nilai energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran e. Menghitung COPaktual.

  1.4. Manfaat penelitian

  Manfaat dari penelitian ini adalah :

  a. Bagi peneliti mampu memahami karakteristik kulkas dengan siklus kompresi uap.

  b. Bagi peneliti mempunyai pengalaman dalam pembuatan kulkas dan mesin pengkondisian udara yang mempergunakan siklus kompresi uap.

  c. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat sebagai referensi bagi peneliti lainnya, terkait kulkas.

  1.5. Batasan Masalah

  Penelitian akan dibatasi pada pembuatan kulkas dengaan siklus kompresi uap dengan menggunakan komponen dengan spesifikasi sebagai berikut : a. Kompresor dengan daya ¼ PK.

  b. Evaporator dan kondenser yang dipergunakan merupakan evaporator dan kondenser standar untuk mesin pendingin dengan daya ¼ PK.

  c. Panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 175 cm, diameter pipa kapiler 0,028 inch.

  d. Refrijeran yang digunakan dalam kulkas adalah R134a.

  e. Beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 1500 ml.

  f. Temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara lingkungan yaitu 27⁰C.

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

  2.1.1. Kulkas

  Kulkas atau yang lebih dikenal dengan nama refrigerator ini merupakan alat yang dapat menyerap kalor yang berada di sekeliling evaporator, karena di dalamnya terjadi sirkulasi dari bahan pendingin atau refrijeran. Refrijeran bersirkulasi melepas kalor di konderser dan menyerap kalor di evaporator, serta terjadi perubahan fase pada kondenser dan evaporator. Sirkulasi refrijeran tersebut terjadi secara berulang dan terus menerus selama kompresor menyala. Di dalam sirkulasi ini jumlah refrijeran yang digunakan tetap, yang berubah hanya fasenya.

  Komponen utama dari kulkas adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler , evaporator dan refrijeran. Kompresor bekerja dengan cara mensirkulasikan refrijeran. Kondensor terletak di belakang kulkas dan bersentuhan dengan udara luar, sedangkan evaporator terletak di dalam kulkas yang akan berfungsi untuk mendinginkan isi kulkas. Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan.

  2.1.2. Kulkas dan spesifikasinya

  Beberapa kulkas dan spesifikasinya dari pabrikan, disajikan secara berturut- turut : (a) Kulkas tipe X1, (b) Kulkas tipe X2, (c) Kulkas tipe X3. Nama sebenarnya dari kulkas sengaja disamarkan. a. Kulkas tipe X1

Gambar 2.1. Kulkas tipe X1

  Spesifikasi : Model pr 16wvg Fitur : Shelf : 1

  Egg Pocket : 2 Bottle Pocket : 2 Adjustable Foot : Yes

  Kapasitas : Net : 143 Liter

  Gross : 160 Liter

  Konsumsi Daya : 65 Watt Dimensi : 530 x 513 x 1082 mm (WxDxH)

  Refrijeran : R134a Kompresor : Hermetik Kondenser : Tipe U Evaporator : Plat datar

  b. Kulkas tipe X2

Gambar 2.2. Kulkas tipe X2

  Spesifikasi : Model SR-D166SB

  Voltage 220 V/50 Hz

  Power Input : 70 Watt Dimensions (WxDxH) : 505 x 510 x 1000 Net

  Freon : HFC-134a (Non-CFC) Features : Semi Auto Defrost

  Low Voltage Running Pre-Coated Metal Exclusive

  Refrijeran : R134a Kompresor : Hermetik Kondenser : Tipe U Evaporator : Plat datar

  c. Kulkas tipe X3

Gambar 2.3. Kulkas tipe X3 Fitur : High Value and elegant 'Diamond Cut'

  

design

Double Rotation Compressor system [DRC] Vegerator Organize+ RoHS free PCM Cabinet

  Kapasitas : 160 L (nett) 164 L (gross) Konsumsi Daya : 79 watt Dimensi : 525 x 510 x 1209 mm (W x D x H) Berat : 27 Kg Refrijeran : R134a Kompreso : Hermetik Kondenser : Tipe U Evaporator : Plat datar

2.1.3. Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap

  Komponen utama kulkas dengan menggunakan siklus kompresi uap terdiri dari beberapa komponen utama seperti : kompresor, evaporator, kondenser, pipa kapiler dan filter.

Gambar 2.4. Komponen utama mesin kulkas

  a. Kompresor Fungsi kompresor pada kulkas adalah untuk menaikan tekanan refrijeran dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi.

  Jenis-jenis kompresor menurut prinsip kerjanya yang banyak digunakan pada mesin pendingin siklus kompresi uap standar adalah sebagai berikut :

  1. Kompresor jenis piston

Gambar 2.5. Kompresor jenis piston Kompresor jenis piston banyak digunakan pada kulkas, freezer dan mesin pendingin lain yang memerlukan kapasitas pendinginan yang tidak terlalu besar.

  2. Kompresor jenis rotary

Gambar 2.6. Kompresor jenis rotary

  Kompresor jenis rotary banyak digunakan pada mesin pengkondisian udara jenis sentral, mesin pengkondisian udara rumah tangga dan mesin pendingin lain yang memerlukan kapasitas pendinginan yang besar.

  Jenis-jenis kompresor jika dilihat dari posisi motor penggeraknya, dapat dibagi menjadi tiga jenis : kompresor hermetik, kompresor semi hermetik dan kompresor open type

  1. Kompresor hermetik Kompresor hermetik adalah kompresor yang motor penggerak dan kompresornya berada dalam suatu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutarkan poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.

• Bentuknya kecil, kompak dan harganya murah.
• Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran.
• Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingannya rendah.

  Kerugian dari kompresor hermetik adalah :

• Kerusakan yang terjadi didalam kompresor susah dideteksi sebelum rumah kompresor dibuka.
• Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui.

  2. Kompresor semi-hermetik Kompresor semi adalah kompresor yang motor serta kompresornya berada di dalam satu tempat atau rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak.

  3. Kompresor Open type Kompresor open type adalah kompresor yang motor penggeraknya terpisah dengan kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui hubungan sabuk. Kompresor ini umumnya digunakan pada mesin pendingin dengan kapasitas besar.

  Keuntungan kompresor open type :

• Jika terjadi kerusakan kita dapat dengan mudah melakukan penggantian komponen.
• Ketinggian minyak pelumas dapat diketahui dengan lebih mudah.
• Putaran kompresor dapat diubah dengan cara mengubah diameter puli.

• Pada daerah yang belum tersedia listrik, kompresor dapat bekerja dengan sumber tenaga lain seperti mesin diesel.

  Kekurangan kompresor open type : - Bentuknya besar dan berat.

• Berharga mahal.

  b. Evaporator Evaporator pada kulkas merupakan tempat perubahan fase refrijeran dari cairan menjadi gas (penguapan). Pada saat perubahan fase ini diperlukan energi kalor, energi kalor diambil dari lingkungan evaporator yaitu dari bagian dalam kulkas. Proses perubahan fase yang terjadi di evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

Gambar 2.7. Evaporator kulkas

  c. Kondenser Kondenser pada kulkas merupakan tempat perubahan fase refrijeran dari gas menjadi cairan (pengembunan atau kondensasi). Pada proses yang terjadi pada dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Proses kondensasi berlangsung pada tekanan yang tetap . Suhu kondensasi lebih tinggi dari suhu udara disekitar kondenser.

Gambar 2.8. Kondenser

  d. Pipa Kapiler Pipa kapiler pada kulkas berfungsi untuk menurunkan tekanan refrijeran. Pipa kapiler dipasang diantara kondenser dan evaporator, pada sisi masuk dari pipa kapiler dipasangi filter. Ketika refrijeran mengalir di dalam pipa kapiler refrijeran mengalami penurunan tekanan karena diameter pipa yang sangat kecil. Diameter pipa kapiler yang umum digunakan pada mesin pendingin adalah 0,026 inch dan 0, 028 inch. e. Filter Filter pada mesin pendingin berfungsi untuk menyaring kotoran dari refrijeran yang melewatinya sehingga kotoran tidak mengganggu kinerja dari mesin pendingin. Filter juga berfungsi untuk menangkap uap air dari refrijeran yang melewatinya. Jika tidak ada filter, kotoran dapat masuk ke pipa kapiler yang berukuran lebih kecil dari pipa aliran refrijeran sebelumnya dan bisa membuat aliran di dalam pipa kapiler menjadi buntu. Demikian juga dengan uap air, karena suhu yang dingin dapat menyebabkan air menjadi beku di dalam pipa yang menyebabkan aliran refrijeran menjadi buntu.

Gambar 2.10. Filter

2.1.4. Laju Perpindahan Kalor

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

  Perpindahan panas (heat transfer) adalah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada kedua medium plat padat, kalor (heat). Kalor (heat) 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 konveksi, perpindahan kalor konduksi dan radiasi.

2.1.5. Perpindahan Kalor Konveksi

  Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya. Perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (fluida atau gas) yang digunakan untuk mengalirkan kalor. Contoh perpindahan kalor secara konveksi dapat dilihat saat proses perebusan air. Gambar 2.11. dan gambar 2.12. menunjukkan contoh perpindahan kalor secara konveksi.

Gambar 2.11. Contoh Perpindahan Kalor KonveksiGambar 2.12. Perpindahan Kalor Konveksi.

  Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan, yang dirumuskan sebagai berikut : = . ( − ) ..........................................................................................(2.1)

  Pada persamaan (2.1) : q = laju perpindahan kalor (W) h = koefisien perpindahan panas konveksi W/(m².⁰C) A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m²) T = temperatur permukaan plat (⁰C)

  s

  T ∞ = temperatur fluida yang mengalir di atas permukaan (⁰C) Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir (zat cair dan gas) dan tidak dapat berlangsung pada benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. a. Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection) Perpindahan panas yang disebabkan oleh perbedaan masa jenis dan tidak adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar yang mendorong.

  Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar.

  b. Konveksi paksa (forced convection) Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa perpindahan panas aliran gas atau cairan disebabkan adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara dengan blower.

2.1.6. Perpindahan Kalor Konduksi

  Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya rendah, dengan media pengantar panas tetap. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada benda padat,cair dan gas. Contoh perpindahan panas konduksi pada dinding yang mempunyai permukaan dinding-dinding yang berbeda, seperti pada Gambar 2.13.

  Persamaan laju umum untuk perpindahan panas dengan cara konduksi dikenal dengan hukum Fourier yang dirumuskan dengan persamaan (2.2) :

  ( ) ( )

  q = -k.A. = - k.A. = k.A. .......................................................(2.2)

  △ Δ

  Pada persamaan (2.2) : q = laju perpindahan panas (W)

  ( )

  = = gradien suhu perpindahan panas(-C/m)

  △

  k = konduktivitas thermal bahan (W/m.C) A = luas permukaan yang tegak lurus arah perpindahan kalor (m²)

  Nilai minus (-) dalam persamaan menunjukkan bahwa panas selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.

2.1.7. Refrijeran

  Refrijeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus kompresi uap dari kulkas. Refrijeran berfungsi sebagai media untuk menyerap kalor dari benda- benda yang berada di dalam evaporator dan membuangnya ke lingkungan sekitar kondenser.

  a. Syarat-syarat refrijeran Refrijeran yang dipergunakan dalam kulkas yang menggunakan siklus kompresi uap sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut :

• Tidak menyebabkan korosi pada bahan logam yang yang dipakai pada mesin pendingin.
• Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas, udara dan sebagainya.
• Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
• Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar kalor yang diserap evaporator sebesar-besarnya.
• Mempunyai konduktifitas termal yang tinggi.

  b. Jenis-jenis refrijeran Refrijeran dibedakan menjadi dua jenis yaitu refrijeran primer dan refrijeran sekunder.

• Refrijeran primer

  Refrijeran primer adalah fluida kerja yang digunakan oleh mesin pendingin, yang mengalami siklus kompresi uap. Refrijeran mengalami proses penguapan di evaporator dan mengalami proses pengembunan di kondenser.

• Refrijeran sekunder

  Refrijeran sekunder adalah fluida yang didinginkan oleh evaporator pada sistem refrigerasi.

2.1.8. Siklus Kompresi Uap

  Skema siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut disajikan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut.

  Siklus kompresi uap standar (ideal) pada kulkasdisajikan pada diagram T-s pada gambar 2.15. dan diagram P-h pada gambar 2.16.

Gambar 2.15. Diagram T-s Gambar 2.16. Diagram P-h

  , Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut.

  Siklus kompresi uap standar (ideal) pada kulkasdisajikan pada diagram T-s pada gambar 2.15. dan diagram P-h pada gambar 2.16.

Gambar 2.15. Diagram T-s Gambar 2.16. Diagram P-h

  , Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut.

  Siklus kompresi uap standar (ideal) pada kulkasdisajikan pada diagram T-s pada gambar 2.15. dan diagram P-h pada gambar 2.16.

Gambar 2.15. Diagram T-s Gambar 2.16. Diagram P-h

  , Proses 1-2 : Kompresi adiabatik dan reversible dari keadaan uap jenuh menuju keadaan gas panas lanjut (berlangsung pada nilai entropi yang tetap). Proses adiabatik adalah proses perubahan dimana tidak ada pengaruh panas dengan sekitarnya.

  Reversible adalah proses yang dalam arah sebaliknya kembali suhunya.

  Proses 2-2’ : Penurunan suhu refrijeran dari keadaan gas panas lanjut ke keadaan uap jenuh.

  Proses 2’-3 : Kondensasi refrijeran yang berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

  Proses 3-4 : Penurunan tekanan yang berlangsung pada entalpi konstan Proses 4-1 : Proses pendidihan refrijeran yang berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

2.1.9. Pendinginan Lanjut

  Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar refrijeran yang keluar dari kondenser benar-benar dalam kondisi cair. Proses pengkondisian ini diperlukan agar ketika refrijeran masuk ke dalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas dan tidak menimbulkan masalah pada sistem pendingin. Jika freon dalam kondisi cair, maka akan memudahkan freon mengalir di dalam pipa kapiler. Secara teoritis, adanya pendinginan lanjut akan memperbesar nilai COP suatu − mesin pendingin, harga nilai ( ) menjadi lebih besar, seperti diketahui

  − − COP ( )/( )

2.1.10. Pemanasan Lanjut

  Proses pemanasan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar freon yang keluar dari evaporator dalam kondisi benar-benar berbentuk gas. Dengan adanya proses pemanasan lanjut, maka freon tidak akan dalam kondisi campuran antara gas dan cair sehingga secara teoritis dapat menaikan nilai COP. Pemanasan lanjut dapat terjadi pada dua bagian yaitu evaporator (hal ini akan meningkatkan efek pendinginan) dan pipa isap di luar evaporator. Pada bagian luar pipa hisap evaporator ada dua kemungkinan, yang pertama di dalam ruang yang didinginkan (akan membantu penyerapan kalor) dan yang kedua di luar ruang yang didinginkan (tidak menguntungkan). Jika terjadi pemanasan lanjut maka volume spesifik uap bertambah besar sehingga nilai Q (beban pendinginan) berkurang dan efek pendinginan bertambah. Selain itu, dengan adanya pemanasan lanjut maka akan merubah nilai kerja kompresor atau Win (dapat bertambah atau berkurang, tergantung pada To dan jenis refigeran yang digunakan). Berikut Gambar 2.17. (a) memperlihatkan siklus kompresi uap pada diagram T-s dan Gambar 2.17. (b) memperlihatkan siklus kompresi uap pada P-h diagram dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut :

  ,

  (a) (b)

Gambar 2.17. (a) Diagram T-s dan (b) P-h Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut.

  Dengan demikian pemanasan lanjut pada skema mesin pendingin ini dapat membuat refigeran yang masuk ke dalam kompresor benar-benar dalam wujud gas.

  Proses-proses yang terjadi pada diagram P-h dan diagram T-s siklus kompresi uap (Gambar 2.17 (a) dan (b)), adalah sebagai berikut : a. 1 - 2 : proses kompresi adiabatik dan reversible.

  b. 2-2’ : proses penurunan suhu dari gas panas lanjut ke uap jenuh.

  c. 2-3’ : proses kondensasi pada tekanan dan temperatur yang tetap.

  d. 3’- 3 : proses pendinginan lanjut.

  e. 3 - 4 : proses penurunan tekanan yang berlangsung pada entalpi yang tetap.

  f. 4 – 1’ : proses penguapan refrijeran yang berlangsung pada tekanan dan suhu g. 1’-1 : proses pemanasan lanjut.

2.1.11. Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin

  Dengan bantuan diagram entalpi-tekanan, nilai eltalpi disetiap keadaan siklus kompresi uap dapat diketahui : Kerja kompresor, energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondenser dan koefisien prestasi (COP).

  a. Kerja kompresor (W in ) Kerja kompresor persatuan massa refrijeran merupakan perubahan entalpi pada titik 1-2 di Gambar 2.17, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

  W in = (h

  2 – h 1 ) ............................................................................................. (2.3)

  Pada persamaan (2.3) W in = kerja kompresor, (kJ/kg).

  = nilai entalpi refrijeran masuk dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg).

  = nalai entalpi refrijeran keluar dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg)

  b. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.17, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.4). Q out = h

  3 – h 2 ................................................................................................... (2.4)

  Pada persamaan (2.4) Q = energi kalor yang dilepas kondenser perstuan massa, kJ/kg.

  out = nilai entalpi refrijeran masuk dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg).

  = nilai entalpi refrijeran keluar dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg).

  Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.14, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.5). Q in = ( h

  1 – h 4 ) ................................................................................................ (2.5)

  Pada persamaan (2.5) Q in = energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa, (kJ/kg).

  = nilai entalpi refrijeran keluar dari evaporator persatuan massa, (kJ/kg). = nilai entalpi refrijeran keluar dari pipa kapiler persatuan massa, (kJ/kg).

  d. Koefisien prestasi (COP) Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah dampak refrijerasi dibagi kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.6) .

  COP aktual = Q in /W in = (h

  1 -h 4 ) / (h 2 -h 1 ) ..............................................................( 2.6)

2.2. Tinjauan Pustaka

  Amna Citra Farhani (2007) meneliti tentang pengaruh penggantian R-12 dengan R-22 pada mesin pendingin. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa penggantian R-22 pada mesin pendingin kompresi uap yang mempergunakan refrijeran R-12 mempengaruhi kinerja komponen mesin pendingin. Efek pendinginan, panas buang kondensor dan kerja kompresi yang dihasilkan pada mesin yang menggunakan R-22 lebih besar, namun tidak diikuti dengan laju pendinginan yang cepat. Besarnya nilai ketiga parameter ini dikarenakan besarnya laju aliran massa yang terjadi. Suhu evaporasi yang dapat dicapai R-22 lebih rendah daripada R-12 karena kurangnya kalor serap air sebagai medium Witjahjo (2009) melakukan uji prestasi mesin pendingin dengan menggunakan LPG (liquified petroleum gas) sebagai fluida kerja. Pada penelitian ini, LPG digunakan sebagai pengganti refrijeran R-12 karena LPG dianggap mempunyai sifat termodinamika yang mendekati sifat termodinamika R-12. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan memberikan indikasi bahwa LPG dapat digunakan sebagai refrijeran pengganti R-12 terutama pada beban pendinginan sedang.

  Anwar (2010) melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian ini membahas tentang efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi, koefisien prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental dengan variasi beban pendingin yang diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt didalam ruang pendingin. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa perfoma optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64. Sedangkan untuk waktu pendinginan diperolah paling lama oleh beban paling tinggi (bola lampu 400 watt).

  Willis (2013) melakukan penelitian yang membandingkan prestasi kerja refrijeran R22 dengan R134a pada mesin pendingin. Penelitian ini membahas mengenai perbandingan antara refrijeran R22 da R134a untuk menentukan refrijeran mana yang lebih baik digunakan, baik dari efek refrijerasi, koefisien prestasi (COP) dan ramah lingkungan. Dari hasil penelitian yang dilakukan pada kedua jenis refrijeran, diketahui bahwa karakteristik dari kedua refrijeran berbeda yang berpengaruh pada perstasi kerjanya. R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari R134a, Tetapi R22 tidak ramah lingkungan sebaliknya R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.

BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Pembuatan Alat

3.1.1. Komponen Kulkas

  Komponen kulkas yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompresor , kondenser, evaporator, filter dan pipa kapiler.

  a. Kompresor Spesifikasi kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Kompresor

  Jenis kompresor : Hermetic Refrigeration Seri kompresor : AE1370DB

  Voltase : 220 V Arus : 1,35 A b. Kondenser Spesifikasi kondenser yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.2 Kondenser

  Jenis kondenser : Tipe U Jumlah U : 16

  Panjang pipa : 1032 cm Diameter pipa : 0,5cm Bahan pipa : Baja Bahan sirip : Baja Diameter sirip : 0,12 cm Jarak antar sirip : 1 cm Jumlah sirip : 92 buah c. Pipa kapiler : Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.3 Pipa kapiler

  Panjang pipa kapiler : 175 cm Diameter pipa kapiler : 0,028 inch.

  Bahan pipa kapiler : Tembaga

  d. Evaporator Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

  Jenis evaporator : plat datar Bahan evaporator : Baja galvanis Ukuran plat : 100 cm x 23 cm

3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas

  a. Pemotong pipa Fungsi pemotong pipa adalah untuk memotong pipa pada proses pembuatan kulkas. Dengan pemotong pipa ini dapat diperoleh hasil pemotongan yang bagus dan tidak merusak diameter pipa, dan menghasilkan butiran-butiran pemotongan pipa yang sedikit. Pemotongan pipa juga dapat dilakukan dengan mudah,

Gambar 3.5 Pemotong pipa

  b. Pelebar pipa Fungsi pelebar pipa adalah untuk memperbesar ujung diameter dari pipa agar memper mudah proses penyambungan pipa dan pengelasan.

Gambar 3.6 Pelebar pipa

  c. Tang Fungsi tang adalah untuk menahan pipa pada saat proses pengelasan.

Gambar 3.7 Tang

  d. Manifold gauge Fungsi manifold gauge adalah untuk mengukur tekanan refrijeran pada saat pengisian refrijeran pada kulkas maupun pada saat kulkas beroperasi.

Gambar 3.8 Manifold gauge Gambar 3.8 Manifold gauge Gambar 3.8 Manifold gauge

  e. Termokopel Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada kondisi atau tempat yang sudah ditetapkan. Prinsip kerjanya ujung kabel kondisi atau tempat yang sudah ditetapkan. Prinsip kerjanya ujung kabel kondisi atau tempat yang sudah ditetapkan. Prinsip kerjanya ujung kabel ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukkan pada bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukkan pada bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukkan pada

  e. Termokopel

  e. Termokopel

Gambar 3.9 Gambar 3.9 Gambar 3.9Gambar 3.9 Termokopel digital Gambar 3.9 Termokopel digital Gambar 3.9 Termokopel digital f. Tang ampere Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik yang masuk ke kompresor. Beberapa macam alat pengukur dapat digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakanya itu menggunakan tang ampere karena kita tidak perlu melakukan pengkabelan dan fleksibel.

Gambar 3.10. Tang ampere

3.1.3. Langkah - langkah Pembuatan kulkas

  Langkah – langkah pembuatan kulkas adalah sebagai berikut : a. Mempersiapkan komponen komponen kulkas dan alat ukur tekanan.