Tugas akhir mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dengan panjang pipa kapiler 180 cm - USD Repository

MESIN PENDINGIN DENGAN PEMANASAN LANJUT DAN PENDINGINAN LANJUT DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 180 CM

  TUGAS AKHIR Untuk Memenuhi Salah Satu persyaratan Mencapai Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan Oleh :

  Yohanes Doncus Suryo Eko Saputro NIM : 095214059 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014

COOLING ENGINE WITH SUPER HEATING AND SUB COOLING WITH 180 CM CAPILLARY TUBE

  Presented as partial fulfillment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

  Submitted by : Yohanes Doncus Suryo Eko Saputro 095214059 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014

MESIN PENDINGIN DENGAN PEMANASAN LANJUT DAN PENDINGINAN LANJUT DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 180 CM

  Diajukan Oleh : YOHANES DONCUS SURYO EKO SAPUTRO NIM : 095214059 Telah Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T.

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

  Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir dengan judul :

Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut dengan

Panjang Pipa Kapiler 180 cm

  Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk

menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui bukan

merupakan tiruan dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan di Universitas

Sanata Dharma maupun Perguruan Tinggi lainnya, kecuali bagian informasinya

dalam daftar pustaka.

  Dibuat di : Yogyakarta Pada tanggal : 19 Maret 2014 Yohanes Doncus Suryo Eko Saputro

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Yohanes Doncus Suryo Eko Saputro Nomor Mahasiswa : 095214059 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  

MESIN PENDINGIN DENGAN PEMANASAN LANJUT DAN

PENDINGINAN LANJUT DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 180 CM

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan

data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau

media lainnya untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya

maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

  

INTISARI

Pada zaman sekarang ini penggunaan mesin pendingin sudah diberbagai

bidang dalam kehidupan manusia. Penulis mengambil judul tugas akhir mesin

pendingin dengan tujuan sebagai berikut : 1. Merakit mesin pendingin yang

berupa kulkas sebagai subyek penelitian, 2. menghitung energi kalor yang diserap

evaporator persatuan massa refrigeran, 3. menghitung energi kalor yang dilepas

kondensor persatuan massa refrigeran, 4. menghitung kerja yang diperlukan

kompresor persatuan massa refrigeran, 5. mengetahui COP dari mesin pendingin

yang dirakit.

  Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap mempunyai beberapa bagian

utama yaitu kompresor, evaporator, kondensor, pipa kapiler, dan filter. Mesin

pendingin pada penelitian ini menggunakan model pemanasan lanjut dan

pendinginan lanjut adalah dengan melilitkan pipa kapiler sepanjang 180 cm di

pipa saluran keluar dari evaporator ke kompresor. Data yang diambil selam proses

pengambilan data adalah tekanan refrigeran pada saluran masuk dan keluar

kompresor, suhu pada kondensor, saluran masuk dan keluar kompresor mesin

pendingin. Pengambilan data dilakukan setiap 10 menit hingga air di media

pendingin menjadi suhu rendah.

  Dari hasil pengujian mesin pendingin dapat membekukan air dengan

volume 0,6 liter dengan waktu kurang lebih 150 menit. Hasil perhitungan dari

mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut di hasilkan data

sebagai berikut kerja kompresor terendah sebesar 46,52 kJ/kg dan tertinggi 58,15

kJ/kg, kalor yang diserap oleh evaporator terendah sebesar 158,17 kJ/kg dan

tertinggi sebesar 174,45 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor terendah sebesar

213,99 kJ/kg dan tertinggi sebesar 227,95 kJ/kg, dan COP (Coefisient of

Performance) dari mesin pendingin tersebut sebesar 2,720 tertinggi sebesar 3,700

. Dan rata-rata COP sebesar 3,32

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

siklus kompresi uap.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

dan perlindungan-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga

tugas ini dapat berjalan lancar dan baik.

  Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat wajib setiap mahasiswa

jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar Strata-1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai kalangan, akhirnya Tugas

Akhir ini dapat terlaksana dan terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini

penulis menyampaikan ucapan terima kasih 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,

Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Dosen Pembimbing Akademik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  

3. Doddy Purwadianto, S.T.,M.T., selaku Kepala Laboratorium Konvensi Energi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  

4. Rini Jayanti dan Keenan Jati Saputra selaku istri dan anak penulis begitu juga

keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas segala doa dan dukungan yang diberikan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  

5. Rekan saya Dodik Prasetya, dan teman-teman satu angkatan yang telah

membantu dalam proses analisa data.

  

Penulis menyadari banyak kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini jauh dari

kata baik. Segala masukan berupa kritik, saran yang membangun penulis

harapakan dalam rangka perbaikan penulisan Tugas Akhir ini. Penulis berharap

semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi sesama.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………………….…..……. i

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

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

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR …………….…..….…….… v

LMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ……………………………………. vi

  

INTISARI ………………………………………………………….....…….. vii

KATA PENGANTAR …………………………………….…….…..…..…. viii

DAFTAR ISI ………………………………………………………......…..… x

DAFTAR GAMBAR …………………………………..…..………...……. xiii

DAFTAR TABEL ……………………………………………………..…….. xv

DAFTAR LAMPIRAN …………………………………………...…...……. xvi

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

  

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

  

1.2 Tujuan …………………………………………………………………….. 2

  

1.3 Batasan Masalah …………………………………………………………... 3

  

1.4 Manfaat Pembuatan Mesin Kulkas ……………………………………….. 3

  

BAB II DASAR TEORI DAN KAJIAN PUSTAKA ……………………...… 5

  

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

  

2.1.1 Refrigeran …………………………………………………………….. 10

  

2.1.2 Siklus Kompresi Uap dengan pemanasan dan pendinginan lanjut …… 12

  

2.1.2.1 Pemanasan Lanjut …………………………………………………… 15

  

2.1.2.2 Pendinginan Lanjut ……………………………………..…………… 16

2.1.3 Perpindahan Kalor ………………………………………….………… 16

  

2.1.3.1 Perpindahan Kalor Konduksi ……………………………….……….. 16

  

2.1.3.2 Perpindahan Kalor Konveksi ………………………………………... 17

  

2.1.4 Proses Perubahan Fase ………………………………………………... 18

  

2.1.5 Perhitungan untuk Mesin Pendingin dengan karakteristik pemanasan dan

pendinginan lanjut ……………………………………………………. 18

  

2.1.5.1 Kerja kompresor per satuan massa refrigeran ……………………….. 19

  

2.1.5.2 Energi kalor yang dilepas kondensor ………………………………... 19

  

2.1.5.3 Energi kalor evaporator ……………………………………………… 19

  

2.1.5.4 COP ………………………………………………………………….. 20

2.2 Kajian Pustaka …………………………………………………………… 22

BAB III METODE PEMBUATAN ALAT .………………………………… 24

  

3.1 Diagram Alir Pelaksanaan ……………….………………………………. 24

  

3.2 Komponen-komponen Mesin Pendingin ………………………………… 25

  

3.3 Peralatan Pendukung Perakitan Alat ……………………………………. 28

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN …………………………………… 33

  

4.1 Waktu dan Tempat Penelitian …………………………………………… 33

  

4.2 Bahan dan Peralatan Penelitian ………………………………………….. 33

  

4.3 Prosedur Pengambilan Data …………………………………...………… 34

  

4.4 Cara Pengambilan Data ………………………………………………….. 38

  

4.5 Metode Pengolahan Data ………………………………………….……….. 38

  

4.6 Metode Mendapatkan Kesimpulan ……………………………………….... 39

  

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN …………………...………………… 40

  

5.1 Data Hasil Percobaan ……………………………………………………. 40

  

5.2 Pengolahan Data …………………………………………………………. 41

  

5.3 Data Hasil Perhitungan ………..………………………………………… 45

  

5.4 Pembahasan ……………………………………………………………… 46

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………………. 50

6.1 Kesimpulan ……………………………………………………………… 50

  

6.2 Saran ………………………………………………………………….….. 51

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………….. 52

LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian mesin pendingin ………………………………………… 6Gambar 2.2 Kompresor hermetik …………………………………………….. 7Gambar 2.3 Kompresor ………………………………………………………. 7Gambar 2.4 Kondensor ………………………………………………………. 8Gambar 2.5 Evaporator ………………………………………………………. 9Gambar 2.6 Pipa kapiler ……………………………………………………… 9Gambar 2.7 Filter …………………………………………………………… 10Gambar 2.8 Thermostat ……………………………………………………... 10Gambar 2.9 Skema proses mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut ……………………………………………………………. 12Gambar 2.10 Siklus kompresi uap dengan pemanasan dan pendinginan lanjut pada diagram p-h ……………………………………………... 13Gambar 2.11 T-s diagram untuk mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut ……………………………………………. 15Gambar 2.12 Perpindahan kalor konduksi ………………………………….. 17Gambar 2.13 Grafik p-h untuk refrigeran R134a …………………………… 21Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan Mesin Pendingin …………………… 24Gambar 3.2 Kompresor hermetik …………………………………………… 25Gambar 3.3 Rangkaian Kondensor …………………………………………. 26Gambar 3.4 Evaporator ……………………………………………………... 26Gambar 3.5 Pipa kapiler ………………………………….…………………. 27Gambar 3.6 Filter …………………………………………………………… 27Gambar 3.7 mesin las portabel …………………………………………….. 28Gambar 3.8 Gerinda tangan ………………………………………………… 29Gambar 3.9 Bor tangan …...…………………………………………………. 29Gambar 3.10 Tang potong pipa ……………………………………………… 30Gambar 3.11 Pelebar pipa …………………………………………………… 30Gambar 3.12 Pompa vakum …………………………………………………. 31Gambar 3.13 tang ……………………………………………………………. 31Gambar 3.14 Manifold gauge ………………………………………………………31Gambar 4.1 Skema dan Penempatan Alat Ukur ……………………………... 34Gambar 4.2 Pemasangan Termokopel pada mesin pendingin ......................... 35Gambar 4.3 Pemasangan Termokopel pada kompresor ................................... 36Gambar 4.4 Pemasangan Termokopel kondensor ............................................ 36Gambar 4.5 Pemasangan Termokopel pada kondensor ................................... 36Gambar 4.6 Pemasangan Termokopel pada evaporator dan media ................. 37Gambar 4.7 Proses Pengambilan Data ............................................................. 38Gambar 5.1 P-h diagram mesin pendingin dengan pendinginan dan pemanasan Lanjut ………………………………………..…………………... 41Gambar 5.2 Grafik Hubungan Kerja Kompresor dan Waktu ……………….. 46Gambar 5.3 Grafik Hubungan Kalor Yang Dilepas Kondensor terhadap Waktu ………………………………………………… 47Gambar 5.4 Grafik Hubungan Kalor yang Diserap Evaporator terhadap Waktu ……………………………………………..….. 48Gambar 5.5 Grafik Hubungan COP dan Waktu ………………………..….… 49

  

DAFTAR TABEL

Tabel 5.1 Hasil Percobaan Untuk Nilai Tekanan Dan Suhu ………………… 40Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb …………..………………… 41Tabel 5.3 Nilai entalpi (h) dalam satuan kJ/kg …………….…...…………… 42Tabel 5.4 Data hasil perhitungan …………………………………………..….. 45

DAFTAR LAMPIRAN

  

Siklus mesin Pendingin dangan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut pada

saat t = 10 menit ………………………………………………… 54

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pemanasan global /global warming menjadi isu hangat ditahun-tahun

  

belakangan ini. Suhu udara yang meningkat, mencairnya es dikutub utara dan

selatan, naiknya level permukaan air laut, jadwal musim yang berubah-ubah

menjadi dampak dari pemanasan global. Hal ini terjadi karena meningkatnya gas

rumah kaca yang menyebabkan sinar matahari yang diterima oleh bumi sebagian

tidak dapat dipantulkan kembali keluar angkasa, panas tersebut terperangkap di

bumi karena gas rumah kaca.

  Suhu udara yang meningkat menjadi salah satu dampak dari pemanasan

global. Suhu udara yang meningkat sangat berpengaruh pada kehidupan manusia

sehari-hari baik itu kegiatan perkantoran, rumah tangga, transportasi, rumah sakit,

industri, dll. Pada siang hari yang panas menjadi sangat panas menyebabkan

manusia mencari sesuatu hal yang dapat menurunkan suhu lingkungan maupun

suhu tubuh agar dapat segar kembali untuk melakukan kegiatan sehari-hari.

  Mesin pendingin merupakan salah satu karya penciptaan manusia untuk

mendapatkan suhu yang relatif rendah. Mesin pendingin dapat dipergunakan

untuk mengkondisikan udara ruangan maupun untuk mendinginkan bahan

makanan, ataupun obat-obatan. Mesin pendingin yang digunakan untuk

mengkondisikan udara disebut dengan Air Conditioner (AC). Sedangkan mesin yang digunakan untuk mendinginkan bahan makanan/minuman/obat-obatan disebut refrigerator.

  Mesin pendingin ruangan atau AC dapat dipergunakan diberbagai tempat yang dikehendaki oleh manusia sesuai dengan kebutuhan manusia tersebut.

  Perkantoran membutuhkan AC untuk mengkondisikan udara ruangan agar karyawan dapat bekerja dengan nyaman di dalam kantor. Industri transportasi membutuhkan AC yang dapat digunakan pada sarana transportasi sehingga konsumen dapat mengendarai dengan nyaman meskipun di tengah kemacetan lalu lintas kota. Rumah tangga membutuhkan AC yang digunakan untuk mengkondisikan udara kamar-kamar yang digunakan sehingga anggota rumah tangga dapat tinggal dengan nyaman dan tidak terganggu oleh panas yang timbul.

  Refrigerator pada umumnya digunakan untuk mendapatkan suhu yang lebih rendah. Rumah sakit mengunakan refrigerator untuk menjaga kondisi obat- obatan agar tetap baik. Tempat-tempat hiburan menggunakan refrigerator untuk mendinginkan minuman yang akan disajikan kepada pengunjung. Rumah tangga menggunakan refrigerator untuk membuat es batu dan untuk mengawetkan bahan makanan sementara waktu.

  Penulis mengambil mesin pendingin yang berupa refrigerator untuk subyek penelitian. Mesin pendingin ini diambil mengingat bahwa refrigerator banyak digunakan di rumah tangga pada jaman sekarang.

1.2. Tujuan

  Tujuan dari perakitan mesin pendingin ini adalah : 1. Merakit mesin pendingin yang berupa kulkas sebagai subyek penelitian.

  2. Menghitung energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran.

  3. Menghitung energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.

  4. Menghitung kerja yang diperlukan kompresor persatuan massa refrigeran.

  5. Mengetahui COP dari mesin pendingin yang dirakit.

  1.3. Batasan Masalah

  Batasan-batasan masalah yang dipergunakan dalam merakit mesin pendingin adalah mempergunakan :

  1. Kompresor jenis hermetic merek kuldron dengan kapasitas 1/6 HP.

  2. Pipa kapiler dengan ukuran panjang 180 cm dan diameter 2,5 mm.

  Pemasangan dilakukan dengan melilitkan pipa kapiler dari saluran keluar kondensor dililitkan pada pipa saluran masuk ke kompresor.

  3. Kondensor dengan rangkaian jumlah pipa 10 buah, diameter pipa 5 mm, dan jarak antar sirip 3,5 cm.

  4. Filter dengan diameter 13 mm dan panjang 15 mm.

  5. Evaporator standar dengan ukuran panjang 60 cm dan lebar 25 cm.

  6. Refrigeran R-134a.

  7. Thermostat standar dari mesin kulkas yang ada dipasaran.

  8. Beban pendingin berupa air dalam botol plastik dengan volume 0,6 liter.

  1.4. Manfaat Pembuatan Mesin Kulkas

  Pembuatan Tugas Akhir mesin pendingin ini selain untuk mencapai derajat S-1 di Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma juga memberikan manfaat yang lain, yaitu : 1. Penulis mempunyai pengalaman dalam perakitan mesin pendingin.

  2. Penulis mempunyai pengalaman dalam mengenali karakteristik mesin pendingin.

  3. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai salah satu referensi bagi yang tertarik dengan perakitan mesin pendingin.

BAB II DASAR TEORI DAN KAJIAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

  Refrigerator atau mesin pendingin secara umum disebut alat pendingin, yaitu

alat yang berfungsi mengambil panas/kalor dar suatu ruangan kemudian

memindahkan dan membuang panas/kalor tersebut ke ruang lain secara terus

menerus sesuai dengan kebutuhan. Refrigeran digunakan sebagai media pendingin

dari mesin tersebut.

  Prinsip kerja dari refrigerator /mesin pendingin adalah ketika refrigerator

beroperasi, refrigeran dalam evaporator menguap, untuk sebuah penguapan

memerlukan kalor, maka kalor diruangan yang dipasang evaporator akan diambil.

Pada saat ini suhu permukaan pipa evaporator menjadi dingin. Kemudian

kompresor menghisap refrigeran tadi dalam bentuk uap bersuhu dingin dan

dikeluarkan kembali (dikompresikan) ke kondensor (pembuang panas) dengan

tekanan tinggi dan bersuhu panas. Didalam kondensor refrigeran diembunkan.

  

Pada saat pengembunan ini kalor dibuang oleh refrigeran, akibatnya permukaan

pipa kondensor menjadi panas, serta merta panas tersebut dibuang keruangan

yang dipasang condenser tadi. Setelah panas terbuang, refrigeran tersebut

mengembun dan menjadi cair. Diantara kondensor dan evaporator terhubung pipa

kapiler. Alat ini mempunyai lubang sangat kecil berbentuk kapiler. Cairan

refrigeran kemudian mengalir masuk melalui pipa kapiler, akibatnya cairan

tersebut menjadi campuran gas dan cair karena tekanan turun dan masuk ke evaporator dan begitu seterusnya proses berulang selama kompresor bekerja. Pada gambar 2.1 skema bagian dari mesin pendingin.

Gambar 2.1 Bagian mesin pendingin (www.pintarbengkel.blogspot.com)

  Mesin pendingin mempunyai beberapa bagian utama yang saling melengkapi, yaitu :

  1. Kompresor Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan/memompa refrigeran didalam sistem mesin pendingin.. Refrigeran yang masuk ke kompresor dinaikkan tekanannya dari tekanan kerja kompresor ke tekanan kerja kondensor. Gambar kompresor yang ditunjukkan pada gambar 2.2 dan 2.3 adalah kompresor jenis hermetic yang umumnya digunakan pada mesin kulkas.

Gambar 2.2 Kompresor hermetic (http://idkf.bogor.net)Gambar 2.3 Kompresor (http://idkf.bogor.net)

  Bagian utama dari kompresor hermetik adalah :

  a. Rotor

  b. Stator

  c. Silinder

  d. Poros engkol

  e. Saluran isap

  f. Saluran pengeluaran refrigeran

  g. Sambungan

  h. Terminal i. Kompresor

  2. Kondensor Kondensor merupakan suatu rangkaian pipa yang dibentuk sedemikian rupa

  (mengular) sehingga mampu melepaskan panas yang dihasilkan oleh refrigeran yang mengalir dan mengubah refrigeran dari gas pada suhu dan tekanan tinggi menjadi cair, proses ini disebut proses pengembunan. Pipa tersebut disatukan/dihubungkan dengan banyak sekali batang besi yang berfungsi untuk memperluas permukaan pipa agar panas dapat dibuang dengan cepat. Kondensor menggunakan udara luar sebagai media pendingin. Gambar 2.4 adalah gambar kondensor yang dipergunakan pada mesin pendingin.

Gambar 2.4 Kondensor (www.idkf.bogor.net)

  3. Evaporator Evaporator adalah jaringan dengan bentuk semacam pipa sedemikian rupa yang berfungsi sebagai alat pendingin yang diletakkan di dalam kulkas.

  Evaporator berfungsi untuk menyerap panas dan menguapkan refrigeran. Evaporator terbuat dari lembaran logam alumunium dan tembaga. Gambar 2.5

Gambar 2.5 Evaporator

  4. Pipa kapiler Pipa kapiler berfungsi menurunkan tekanan dari refrigeran cair yang mengalir melaui pipa dan menghubungkan aliran refrigeran ke evaporator. Penurunan tekanan disebabkan karena refrigeraan bergesekan dengan dinding pipa. Proses ideal yang terjadi berlangsung pada nilai entalpi yang konstan. Pipa kapiler dalam pasaran ditunjukkan pada gambar 2.6

Gambar 2.6 Pipa kapiler (http://kevinmulti26.blogspot.com)

  5. Filter Filter berfungsi untuk menyaring kotoran yang masuk lewat fluida setelah selesai bersikulasi sehingga kotoran tidak ikut masuk kedalam pipa kapiler dan kompresor sehingga siklus berikutnya refrigeran menjadi lebih bersih. Jenis-jenis filter dan jumlah lubang keluaran ditunjukkan pada gambar 2.7

Gambar 2.7 Filter (http://kevinmulti26.blogspot.com)

  6. Thermostat Thermostat berfungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, selain itu juga mengatur jangka waktu operasi kompresor hidup dan berhenti, sehingga kompresor dapat hidup dan mati dalam batas suhu tertentu sehingga umur kompresor menjadi lebih lama. Pengaturan ini juga bertujuan untuk menghemat energy listrik yang digunakan.

Gambar 2.8 Thermostat (www.idkf.bogor.net)

2.1.1 Refrigeran

  Refrigeran adalah adalah suatu zat yang mudah menguap dan mudah diubah wujud dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Dapat mengambil panas dari digunakan mesin pendingin dalam melakukan siklus kerja. Refrigeran sebaiknya mempunyai sifat-sifat:

  1. Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, sehingga tidak menyebabkan korosi

  2. Tidak beracun, berwarna dan berbau 3. Bukan termasuk bahan yang mudah terbakar.

  4. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor

  5. Memiliki struktur kimia yang stabil

  6. Memiliki titik didih yang rendah

  7. Memiliki tekanan kondensasi yang rendah

  8. Memiliki tingkat penguapan yang rendah 9. Memiliki harga yang relatif murah.

  10. Ramah lingkungan.

  Macam - macam refrigeran yang dapat dipergunakan adalah :

  1. Gas amoniak

  2. Gas SO2

  3. Gas Methyl Chloride

  4. Gas freon 12

  5. Gas freon 22

  6. Gas freon 114

  7. Gas R-134a

  Didalam pembuatan mesin pendingin pada Tugas Akhir ini, jenis refrigeran yang digunakan adalah refrigeran R134a.

2.1.2 Siklus Kompresi Uap dengan pemanasan dan pendinginan lanjut

  Siklus kompresi uap secara umum banyak digunakan pada mesin pendingin. Pada Gambar 2.9 menunjukkan skema kerja siklus kompresi uap dengan menggunakan pemanasan dan pendinginan lanjut.

Gambar 2.9 Skema proses mesin pendingin dengan pemanasan & pendinginan lanjut

  Pada skema Gambar 2.9 di huruf A menunjukkan bahwa pipa kapiler dengan panjang 180 cm yang keluar dari kondensor dililitkan ke saluran masuk kompresor. Siklus ini berbeda dengan siklus kompresi uap yang standar yang tidak mempergunakan proses pendinginan dan pemanasan lanjut.

  Siklus kompresi uap pada mesin pendingin dapat dijabarkan pada diagram p-h. Pada Gambar 2.10 menyajikan siklus kompresi uap dengan pemanasan dan pendinginan lanjut pada diagram p-h. out k Q =Q P in k _{in e} W =W

  Q =Q h _{3 4} kJ/kg _{1 2} h =h h h

Gambar 2.10 Siklus kompresi uap dengan pemanasan dan pendinginan lanjut pada diagram p-h

  Keterangan Gambar 2.10 adalah : 1-2 Proses kompresi : Proses ini dilakukan di kompresor. Refrigeran berupa gas panas lanjut dengan tekanan rendah akan masuk kompresor menjadi gas panas lanjut pada tekanan tinggi. Temperatur refrigreran akan meningkat karena terjadi prose isentropik. 2-2’ Proses penurunan suhu : Proses penurunan suhu dari keadaan gas panas lanjut ke keadaan gas jenuh.

  Berlangsung pada tekanan yang tetap. Penurunan suhu terjadi karena adanya kalor yang dibuang ke udara di sekitar kondensor.

  2’-3’ Proses kondensasi : Proses ini terjadi di kondensor. Kondensor akan dilewati refrigeran suhu tinggi dan bertekanan tinggi. Panas akan dilepaskan ke udara luar. Pada proses

  3’-3 Proses pendinginan lanjut : Proses ini membuat refrigeran benar-benar dalam kondisi cair dan bersuhu rendah. Penurunan suhu di sebabkan adanya kalor yang dipergunakan untuk menaikkan suhu refrigerasi keluar evaporator. 3-4 Proses ekspansi : Proses ini terjadi di pipa kapiler. Tekanan refrigeran turun dan terjadi pada suhu yang konstan. Refrigeran berbentuk campuran cair dan gas saat keluar pipa kapiler. 4-1’ Proses evaporasi : Proses ini terjadi di evaporator. Refrigeran akan menyerap panas pada ruangan mesin pendingin melalui permukaan evaporator sehingga panas dalam ruangan akan berpindah ke refrigeran dan akan mengakibatkan refrigeran berubah fase dari cair menjadi uap jenuh, 1’-1 Proses pemanasan lanjut : Proses ini membuat refrigeran benar-benar dalam kondisi gas panas lanjut sebelum masuk kompresor sehingga tidak akan merusak kompresor.

  Siklus kompresi uap pada mesin pendingin dengan pendinginan dan pemanasan lanjut dapat digambarkan dalam T-S diagram. Pada Gambar 2.11 menunjukkan siklus kompresi uap dalam T-S diagaram.

Gambar 2.11 T-S diagram untuk mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut

  Siklus dari proses pada diagram pada Gambar 2.11 yaitu : Proses 1-2 adalah proses kompresi dari tekanan rendah ketekanan tinggi dengan bersifat adiabatik dan reversible.

  Proses 2-3 adalah pada tekanan konstan terjadi penurunan suhu dari suhu tinggi ke suhu rendah hingga mengakibatkan terjadi pengembunan, panas terlepas secara reversible. Proses 3-4 adalah terjadi penurunan tekanan pada pipa kapiler dengan entalpi yang konstan dan bersifat irreversible.

  Proses 4-1 adalah pada terjadi penguapan pada tekanan konstan sampai dengan uap panas lanjut akibat proses dengan pemanasan lanjut. Penambahan panas dengan reversible dengan sifat isotermis.

2.1.2.1 Pemanasan Lanjut

  Pemanasan lanjut adalah pengkondisian refrigeran agar setelah keluar dari evaporator dan sebelum masuk kompresor refrigeran dalam keadaan gas. Sehingga kompresor hanya memproses refrigeran berbentuk gas dan tidak bercampur dengan refrigeran berbentuk cair.

2.1.2.2 Pendinginan Lanjut

  Pendinginan lanjut adalah pengkondisian refrigeran agar setelah keluar dari kondensor dan sebelum masuk pipa kapiler refrigeran benar-benar berbentuk cair dan tidak bercampur dengan gas.

2.1.3 Perpindahan Kalor

  Perpindahan kalor adalah proses berpindahnya panas dari satu titik ke titik yang lain dalam jangka waktu tertentu baik menggunakan perantara atau tanpa perantara. Seperti sifat air yaitu akan selalu turun ketempat yang lebi rendah, begitu juga dengan panas akan menuju ke titik yang lebih dingin hingga semua titik mempunyai suhu yang sama.

2.1.3.1 Perpindahan Kalor Konduksi

  Perpindahan kalor konduksi adalah cara energi panas berpindah melewati zat, dimana molekul-molekul zat tersebut tidak berpindah. Karena molekul- molekul zat yang dilewati energi panas secara konduksi tidak berpindah, maka perpindahan energi panas secara konduksi hanya dapat terjadi pada benda padat.

  Besarnya energi panas per satuan waktu yang melewati penampang benda yang dilewatinya disebut laju aliran energi panas. Gambar 2.12 menunjukkan skema perpindahan kalor konduksi. Besarnya laju perpindahan panas adalah sebagai berikut :

  Pada persamaan (2.1)

  Q = Laju aliran energi panas ( Watt ) k = koefisien perpindahan kalor konduksi (W/m°C)

  2 A = Luas penampang yang tegak lurus terhadap arah aliran energi panas (m ) T 1 -T 2 = Perbedaan temperature antara suhu permukaan dinding 1 da 2 (°C) Δx = Tebal dinding (m)

Gambar 2.12 perpindahan kalor konduksi (www.yudistywn.wordpress.com)

2.1.3.2 Perpindahan Kalor Konveksi

  Perpindahan kalor secara konveksi adalah aliran panas disertai dengan oleh perpindahan massa zat yang dilaluinya, oleh karena hal tersebut perpindahan kalor konveksi hanya dapat terjadi pada zat cair atau gas. Perpindahan massa fluida disebabkan oleh perbedaan berat jenis antara bagian-bagian fluida karena adanya perbedaan suhu, cara energi panas berpindah dinamakan konveksi bebas atau sering juga disebut konveksi alami. Tetapi bila perpindahan panas massa fluida berlangsung karena adanya paksaan suatu alat seperti : kipas, blower, pompa maka perpindahan energi panas disebut sebagai konveksi paksa.

  Besarnya laju aliran energi panas konveksi dinyatakan sebagai berikut :

  ……………………………. (2.2)

  Pada persamaan (2.2) Q = Laju aliran energi panas (W).

  2 h = Angka konveksi rata-rata fluida. (W/m K)

  2 S = Luas permukaan dinding yang bersentuhan dengan fluida (m )

  T

  1 -T 2 = Perbedaan temperatur antara permukaan dinding dengan fluida

2.1.4 Proses Perubahan Fase

  Perubahan Fase merupakan efek dari adanya salah satu sifat fisika zat, yaitu wujud. Sifat fisika zat sendiri ialah sifat yang dapat diamati secara langsung tanpa mengubah susunan zat, misalnya wujud, warna, kelarutan, daya hantar listrik, dan kemagnetan, titik lebur dan titik didih. Perubahan fase terjadi saat sebuah zat berubah dari satu wujud ke wujud yang lain. Misalnya dari padat ke cair, cair ke gas, dan sebaliknya. Setiap proses melibatkan panas, baik panas itu dilepas oleh zat ataupun panas yang diterima oleh zat.

  Proses penguapan adalah proses berubahnya zat cair menjadi gas. Dimesin pendingin penguapan terjadi didalam evaporator.

  

2.1.5 Perhitungan untuk Mesin Pendingin dengan karakteristik pemanasan

dan pendinginan lanjut

  Dalam praktik pencarian analisa tentang mesin pendingin ini diperlukan beberapa rumus untuk memudahkan dalam mengambil kesimpulan.

  2.1.5.1 Kerja kompresor per satuan massa refrigeran

  Besar kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2.3): ’ ……………………………..………………..… (2.3)

  Pada proses (2.3) : Wk = Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kj/kg)

  ’

  h

  1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kj/kg)

  h = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kj/kg)

  2

  2.1.5.2 Energi kalor yang dilepas kondensor

  Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dapat dihitung dengan persamaan (2.4) : ………………………...………………………. (2.4)