MESIN PENDINGIN UNTUK MEMBEKUKAN AIR PADA LAPISAN BIDANG DATAR

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

MESIN PENDINGIN UNTUK MEMBEKUKAN AIR PADA

LAPISAN BIDANG DATAR

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh :

HERMAN PERDANA

  

NIM : 085214039

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

COOLING MACHINE FOR FREEZING WATER IN A MAT

FLAT AREA

FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree Mechanical Engineering Study Program

  Mechanical Engineering Department by

  

HERMAN PERDANA

Student Number : 085214039

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta : Nama : HERMAN PERDANA

  

MESIN PENDINGIN UNTUK MEMBEKUKAN AIR PADA LAPISAN

BIDANG DATAR

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

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Yogyakarta Pada tanggal : 6 Februari 2012 Yang menyatakan,

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

INTISARI

  Mesin pendingin pada saat ini semakin banyak dimanfaatkan sesuai dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya taraf hidup. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai : refrigerator, freezer, air conditioner (AC). Dari berbagai macam mesin pendingin yang ada mempunyai kegunaan yang perbeda-beda di antaranya sebagai pengawet makanan, pembeku air (pembuat es) dan penyejuk udara. Mengingat peranan dan pentingnya mesin pendingin secara umum, maka diperlukan pengetahuan tentang pembuatan dan pengembangan mesin pendingin. Tujuan dari pembuatanan mesin pendingin yaitu berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja beserta dengan karakteristik mesin pendingin.

  Model pembuatan mesin pendingin dengan kapasitas ukuran rumah tangga untuk membekukan air pada lapisan bidang datar. 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 masuk dan keluar komponen mesin pendingin dan suhu air.

  Hasil perhitungan dari mesin pendingin berupa kerja kompresor (Win), panas yang diserap evaporator (Qin), panas yang dilepas kondensor (Qout), dan COP (Coefficient of Perfomance) dari mesin pendingin. Mesin pendingin yang telah dibuat mampu membekukan air sebanyak 5 liter dalam waktu 9 jam dengan suhu air awal sebesar 28°C menjadi sebesar -5,4 °C. Kerja kompresor (Win) terendah yang didapat sebesar 34,89 kJ/kg dan tertinggi sebesar 52,335 kJ/kg sedangkan rata-ratanya sebesar 41,739 kJ/kg. Panas yang dilepas kondensor (Qout) terendah sebesar 181,428 kJ/kg dan tertinggi sebesar 193,058 kJ/kg sedangkan rata-ratanya sebesar 187,036 kJ/kg. Panas yang dihisap evaporator (Qin) terendah sebesar 129,093 kJ/kg dan tertinggi sebesar 154,679 kJ/kg sedangkan rata-ratanya sebesar 145,296 kJ/kg. COP terendah sebesar 2,467 dan COP tertinggi sebesar 4,433 sedangkan COP rata-rata dari mesin pendingin sebesar 3,552.

  Kata Kunci :Mesin pendingin, siklus kompresi uap standar, COP.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

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

  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 Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  4. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.

  5. Kepala Laboratorium Konversi Energi, Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T., untuk dukungan dan saran yang penulis dapatkan.

  6. Bapak Suparman dan Ibu Sriyati selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  7. Rekan saya, Wedha Adji Laksana, Deni Setiawan dan Prambudi Dangu yang telah membantu dalam proses pengambilan data.

  8. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta angkatan 2008 dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

  Yogyakarta, 6 Februari 2012 Penulis

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR ISI

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

TITLE PAGE .......................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................. iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI .............................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .................................. v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAAN PUBLIKASI KARYA

  

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................... vi

  

INTISARI ............................................................................................... vii

KATA PENGANTAR

  ........................................................................... viii

  

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

  

ISTILAH PENTING .............................................................................. xii

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

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

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

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

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

  1.2. Tujuan Pembuatan Alat ................................................................ 2

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

  1.4. Manfaat Pembuatan Alat ............................................................... 3

  

BAB II DASAR TEORI ............................................................................ 4

  2.1. Definisi Mesin Pendingin ................................................................ 4

  2.2. Bahan Pendingin (Refigeran) ....................................................... 6

  2.3. Sistem Refrigerasi ...................................................................... 11 ………..

  2.4. Siklus Kompresi Uap ...................................................... 12

  2.5. Perpindahan Panas ....................................................................... 15 2.5.1. Perpindahan Panas Konduksi ..........................................

  16

  2.5.2. Perpindahan Panas Konveksi ........................................... 17

  2.6. Beban Pendinginan ...................................................................... 18

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...................…...... 40

  5.2. Saran ............................................................................................ 52

  5.1. Kesimpulan ................................................................................... 51

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................. 51

  4.4. Pembahasan ................................................................................. 47

  4.3. Hasil Perhitungan ......................................................................... 47

  4.2. Pengolahan Data ........................................................................... 41

  4.1. Data Hasil Percobaan ................................................................... 40

  3.4. Langkah Pengolahan Data ............................................................. 39

  2.7. Proses Perubahan Fase ................................................................. 19

  3.3. Langkah Pengambilan Data .......................................................... 38

  3.2. Bahan Dan Alat ............................................................................... 25

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

  

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

  2.8. Rumus-Rumus Perhitungan ........................................................... 21

  2.7.2. Proses Penguapan (evaporasi) ........................................... 20

  2.7.1. Proses Pengembunan (kondensasi) ................................... 20

  

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 53

LAMPIRAN ............................................................................................. 54

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ISTILAH PENTING

  Simbol Keterangan

  q laju perpindahan panas (W) gradien suhu perpindahan panas(-K/m) k konduktifitas thermal bahan (W/m.K) A luas bidang penampang benda (m²) T ^s temperatur permukaan (K) T ^∞ temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan (K) h Entalpi (kJ/kg) Wk Kerja kompresor (kJ/kg) Qc Panas yang dilepas kondenser (kJ/kg) Qe Panas yang diserap evaporator (kJ/kg) COP Koefisien prestasi

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Siklus Kompresi Uap ............................................. 12Gambar 2.2. Diagram P-h Siklus Kompresi Uap ................................... 14Gambar 2.3. Diagram T-s Siklus Kompresi Uap ................................... 15Gambar 2.4. Perpindahan Panas Konduksi ............................................ 16Gambar 2.5. Perpindahan Panas Konveksi .................................…...... 17Gambar 2.6. Grafik P-h Untuk refigeran 134a ...............................….... 23Gambar 3.1. Diagram Alir Langkah Pelaksanaan .................................. 24Gambar 3.2. Konstruksi Mesin Pendingin .............................................. 25Gambar 3.3. Konstruksi Mesin Pendingin (lanjutan) ............................. 25Gambar 3.4. Kompresor ......................................................................... 26Gambar 3.5. Kondensor ......................................................................... 27Gambar 3.6. Evaporator ........……...…............................................…... 27Gambar 3.7. Pipa Kapiler ........................................................................ 28Gambar 3.8. Filter .................................................................................. 28Gambar 3.9. Proses Pengelasan ..................................................................... 29Gambar 3.10. Proses Pemvakuman ................................................................. 30Gambar 3.11. Pengisian Refrigeran R-134a ..................................................... 31Gambar 3.12. Pemotong Pipa (Tubing Cutter) .......................................…..... 32Gambar 3.13. Pengembang Pipa (Flaring Tool) ....................................…..... 33Gambar 3.14. Tang .................................................................................…... 33Gambar 3.15. Alat Las ..............................................................................…... 34Gambar 3.16. Bahan Las ......................................................................….. 34Gambar 3.17. Pompa Vakum ...................................................................….. 35Gambar 3.18. Termokopel ....................................................................….... 36Gambar 3.19. Clamp Meter .......................................................................... 36Gambar 3.20. Gauge Manifold ...............................................................…... 37Gambar 3.21. Pemasangan Clamp Meter ................................................…... 38Gambar 3.22. Pemasangan Termokopel ............................................…... 39Gambar 4.1. Skema Titik-titik Pemasanan Alat Ukur ............................…... 41

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.2. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari Diagram R-134a ... 43Gambar 4.3. Siklus Kompresi Uap Diagram Tekana-entalpi (P-h) .......... 44Gambar 4.4. Grafik Hubungan Kerja Kompresor Dengan Waktu ............ 48Gambar 4.5. Grafik Hubungan Panas Dilepas Kondensor Dengan Waktu ... 48Gambar 4.6. Grafik Hubungan Panas Diserap Evaporator Dengan Waktu ... 49Gambar 4.7. Grafik Hubungan COP Dengan Waktu .............................. 50

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan Tekanan Dan Suhu ...............….….. 40Tabel 4.2. Data Besar Entalpi dalam satuan Btu/lb

  ……… .....….….. 42

Tabel 4.3. Data Besar Entalpi dalam satuan kJ/kg

  .…… ..............…... 42

Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Win, Qout , Qin dan COP .....…....……..... 47

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran 1. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan pertama ...................................................................................................... 55

  Lampiran 2. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan kedua ...................................................................................................... 56

  Lampiran 3. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan ketiga ...................................................................................................... 57

  Lampiran 4. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan keempat ...................................................................................................... 58

  Lampiran 5. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan kelima ..................................................................................................... 59

  Lampiran 6. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan keenam ..................................................................................................... 60

  Lampiran 7. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan ketujuh ..................................................................................................... 61

  Lampiran 8. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan kedelapan .......................................................................... 62 Lampiran 9. Cara menentukan besarnya entalpi (h) dari data percobaan kesembilan ......................................................................... 63

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

  Mesin pendingin pada saat ini semakin banyak dimanfaatkan sesuai dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya taraf hidup. Mesin pendingin bukan merupakan suatu peralatan yang dianggap mewah dan asing lagi bagi masyarakat. Khususnya di perkotaan mesin pendingin merupakan suatu peralatan yang dapat dijumpai pada hampir setiap rumah tangga, swalayan maupun mall, perkantoran, rumah sakit, perindustrian, tempat-tempat hiburan dan bahkan di berbagai alat transportasi. Dari berbagai mesin pendingin yang ada serta ditinjau kegunaannya mempunyai fungsi atau peranan yang berbeda-beda. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai : refrigerator, freezer, air conditioner (AC).

  Refrigerator, jenis ini lebih dikenal dengan sebutan kulkas atau lemari es.

  Fungsi umumnya untuk mendinginkan minuman, mengawetkan makanan dan membuat es. Tipe dan kapasitasnya bermacam-macam dan umumnya digunakan untuk rumah tangga.

  Freezer , jenis yang satu ini tidak berbeda jauh dengan kulkas, hanya saja

  kapasitasnya lebih besar dan suhunya lebih rendah. Fungsi utamanya untuk membekukan air.

  Air conditioner (AC), karena manusia selalu berusaha untuk membuat

  keadaan sekelilingnya menjadi lebih baik dan lebih nyaman, maka AC adalah salah satu yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Dengan adanya AC di dalam

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2 ruangan diharapkan orang yang berada di dalamnya mendapatkan kondisi yang nyaman, meliputi: suhu, kelembaban, distribusi dan kecepatan. Dari berbagai mesin pendingin yang ada sebagian besar menggunakan siklus kompresi uap.

  Mesin pendingin juga mempunyai peranan penting dalam pelaksanaan olah raga seperti misal ice skating. Lantai es yang digunakan dalam arena olah raga ice

  

skating adalah hasil pembekuan air oleh mesin pendingin. Dengan adanya mesin

  pendingin olah raga ice skating dimungkinkan dapat dilakukan dimana saja dan kapan saja, tidak harus berada di tempat yang suhu dingin dan bermusim salju.

  Mesin pendingin pembuat es juga dapat dipergunakan untuk membuat tempat- tempat hiburan atau wisata dengan nuansa musim salju.

  Mengingat peranan mesin pendingin yang sangat penting di saat sekarang ini, maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja beserta dengan karakteristik mesin pendingin. Caranya dengan membuat mesin pendingin kapasitas ukuran rumah tangga untuk membekukan air pada lapisan bidang datar.

1.2. Tujuan Pembuatan Alat

  Adapun tujuan pembuatan alat dari tugas akhir ini adalah :

  1. Membuat mesin pendingin siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk membekukan air pada lapisan bidang datar.

  2. Menghitung kerja kompresor, panas yang dilepas kondensor dan panas yang dihisap evaporator dari mesin pendingin.

  3. Mengetahui karakteristik COP dari mesin pendingin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3

  1.3. Batasan Masalah

  Mengingat betapa luas dan kompleknya permasalahan pada mesin pendingin, maka batasan penulisan tugas akhir ini hanya pada masalah mesin pendingin siklus kompresi uap. Batasan permasalahan tersebut antara lain :

  1. Dalam mesin pendingin terdapat komponen utama yaitu : kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan tempat untuk membekukan air.

  2. Karakteristik mesin pendingin yang digunakan untuk menghitung COP didasarkan pada kondisi ideal kerja siklus kompresi uap dari mesin pendingin.

  3. Refrigeran yang dipergunakan dalam mesin pendingin adalah R-134a.

  1.4. Manfaat Pembuatan Alat

  Manfaat pelaksanaan tugas akhir bagi penulis adalah :

  1. Mempunyai pengalaman dalam pembuatan mesin pendingin dengan siklus kompresi uap untuk ukuran rumah tangga.

  2. Mampu memahami karaktristik mesin pendingin dengan siklus kompresi uap.

  3. Dapat dipergunakan sebagai referensi atau tolok ukur bagi orang lain yang ingin membuat mesin pendingin.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1. Definisi Mesin Pendingin

  Mesin pendingin atau yang disebut juga dengan refrigerator adalah suatu mesin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin sehingga terjadi perubahan panas dan tekanan. Perubahan panas dan tekanan terjadi pada siklus dari kerja mesin pendingin. Mesin pendingin 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 mesin pendingin jumlah refrigeran yang digunakan adalah tetap, yang berubah adalah bentuknya. Komponen utama mesin pendingin merupakan bagian yang dialiri bahan pendingin, terdiri dari :

  1. Kompresor Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya dinamis atau bergerak. Kompresor merupakan bagian terpenting didalam mesin pendingin. Kompresor bekerja menghisap sekaligus memompa bahan pendingin sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) yang mengalir ke pipa‐pipa mesin pendingin. Kompresor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah jenis hermetik. Kontruksi dari kompresor jenis ini menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  5

  2. Kondensor Kondensor adalah suatu alat untuk merubah fase bahan pendingin dari bentuk gas menjadi cair, pada saat terjadinya perubahan fase tersebut panas dikeluarkan oleh kondensor. Bahan pendingin saat keluar kompresor mempunyai suhu dan tekanan tinggi. Panasnya dikeluarkan melalui permukaan rusuk-rusuk kondensor ke udara. Sebagai akibat dari kehilangan panas, bahan pendingin didinginkan awalnya menjadi gas jenuh kemudian mengembun berubah menjadi cair. 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.

  3. Evaporator Evaporator adalah suatu tempat dimana bahan pendingin menguap dari cair menjadi gas. Proses penguapanya memerlukan panas, panas diambil dari lingkungan sekitar evaporator (air di sekitar evaporator). Evaporator berbentuk jaringan atau pipa yang dikonstruksi sedemikian rupa. Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan tembaga, besi, alumanium atau kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari alumanium dan besi. Kerusakan yang sering dijumpai pada evaporator adalah kebocoran pipa. Hampir semua kerusakan terjadi karena kebocoran sehingga mesin pendingin tidak mampu mendinginkan (ruang pendingin).

  Jenis evaporator yang banyak digunakan pada mesin pendingin adalah jenis permukaan datar, pipa-pipa dan pipa dengan sirip-sirip.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  6

  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 mesin pendingin yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan dengan pipa‐pipa lainnya. Jika pada evaporator pipanya mempunyai diameter 5/16 inci, maka untuk pipa kapiler berdiameter 0,026m atau 0,028m. Fungsi pipa kapiler yaitu menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir di dalam pipa.

  Kerusakan mesin pendingin paling banyak dijumpai pada pipa kapiler yaitu terjadi bocor dan tersumbat.

  5. Filter Filter (saringan) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran bahan pendingin selama melakukan sirkulasi. Sehingga tidak masuk ke dalam kompresor dan pipa kapiler. Selain itu, bahan pendingan yang akan disalurkan pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat menyerap kalor lebih maksimal. Bentuk dari alat ini ialah berupa tabung kecil dengan diameter antara 12 - 15 mm, sedangkan panjangnya tak kurang dari 14 - 15 cm.

2.2. Bahan Pendingin (Refrigeran)

  Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya, bahan tersebut

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  7 adalah bahan pendingi (refrigeran). Refrigeran yaitu fluida atau zat pendingin yang memegang peranan penting dalam sistem pendingin. Refrigeran digunakan untuk menyerap 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.

  Secara umum Refrigeran dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu:

  1. Refrigeran primer Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap dan mengalami perubahan fase selama proses refrigerasinya.

  Refrigeran primer meliputi beberapa macam diantaranya yaitu :

  a. Udara Penggunaan udara sebagai refrigeran umumnya dipergunakan untuk pesawat terbang. Sistem pendingin dengan refrigeran udara menghasilkan COP yang rendah, tetapi aman.

  b. Amoniak (NH )

3 Amonia adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok

  fluorocarbon yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun

  amuniak beracun dan kadang-kadang mudah terbakar atau meledak

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  8 pada kondisi tertentu, namun amuniak biasa digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada industri besar.

  c. Karbondioksida (CO )

2 Karbondioksida merupakan refrigeran pertama dipakai seperti

  halnya amoniak. 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.

  d. Hidrokarbon Hidrokarbon merupakan refrigeran paling banyak dipakai pada industri karena harganya murah dan termasuk refrigeran ramah lingkungan. Jenisnya butana, iso butana, propana, propylana, etana dan etylana. Semuanya termasuk bahan yang mudah terbakar dan meledak. Hidrokarbon dapat terbakar bila berada di dalam daerah segitiga api yaitu tersedianya hidrokarbon, udara dan sumber api.

  Jika salah satu ketiga faktor tersebut tidak terpenuhi maka proses kebakaran tidak akan terjadi.

  e. Refrigeran-12 Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia CCl F (Dichloro Difluoro Methane). Refrigeran ini

  2

  2

  merupakan yang paling sering digunakan pada saat ini, terutama

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  g. Refrigeran-134a Refrigeran ini biasanya dilambangkan R-134a dan mempunyai rumus kimia CH

  etilen , glikol propilen, atau kalsium klorida. Glikol propilen mempunyai keistimewaan tidak berbahaya bila terkena bahan makanan.

  C. larutan anti beku yang sering digunakan adalah larutan air dan glikol

  o

  Secara teknis air dapat digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun yang paling sering digunakan adalah larutan garam (brine) dan larutan anti beku (antifreezes) yang merupakan larutan dengan suhu beku dibawah

  2. Refrigeran sekunder Refrigeran sekunder adalah fluida yang membawa panas dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran sekunder mengalami perubahan suhu bila menyerap panas dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan fase.

  2 F. R-134a mempunyai titik didih -15°F (- 26,2°C). Refrigeran ini merupakan alternatif pengganti R-22.

  3 CH

  9 digunakan untuk kompresor torak. R-12 mempunyai titik didih - 21,6

  o

  o C).

  F (-40,8

  o

  . R-22 mempunyai titik didih -41,4

  2

  f. Refrigeran-22 Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia CHClF

  o C).

  F (-29,8

  Refrigeran ini telah banyak digunakan untuk menggantikan R-12 .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  10 Jenis refrigeran yang digunakan pada saat ini terdiri dari tiga susunan yaitu:

  a. Hydro fluoro carbon (HFC), merupakan refrigeran baru sebagai alternatif

  untuk menggantikan posisi freon. Hal ini disebabkan karena refrigeran freon mengandung zat chlor (Cl) yang dapat merusak lapisan ozon.

  Sedangkan HFC terdiri dari atom-atom hidrogen, fluorine dan karbon tanpa adanya zat chlor (Cl).

  b. Hydro cloro fluoro carbon (HCFC), merupakan refrigeran yang terdiri dari

  hidrogen, klorin, fluorin, dan karbon. Refrigeran ini terkandung jumlah minimal klorin, yang merusak lingkungan karena penipisan lapisan ozon.

  c. Cloro fluoro carbon (CFC), merupakan refrigeran yang mengandung

  klorin, fluorin dan karbon. Refrigerant ini membawa jumlah kaporit yang tinggi sehingga dikenal sebagai refrigeran yang paling berbahaya untuk kerusak lapisan ozon.

  Ditinjau dari berbagai segi pada saat ini pemakaian refrigeran yang umum diusulkan adalah hydro fluoro carbon (HFC) karena beberapa sifat positif yang dimilikinya antara lain sebagai berikut: a. Tidak beracun, berwarna dan berbau.

  b. Bukan termasuk bahan yang mudah terbakar dan meledak.

  c. Tidak menyebabkan korosi pada material.

  d. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor.

  e. Memiliki stuktur kimia yang stabil.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  11 f. Memiliki titik didih yang rendah.

  g. Memiliki tekanan kondensasi yang rendah.

  h. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi. i. Memiliki tingkat penguapan yang tinggi. j. Memiliki kalor laten penguapan yang tinggi. k. Memiliki harga yang relatif murah dan mudah diperoleh.

2.3. Sistem Refrigerasi

  Siklus sistem refrigerasi adalah sebuah kombinasi dari komponen- komponen peralatan dan pemipaan yang disambung dalam urutan yang berurutan untuk menghasilkan efek dingin. Sistem refrigerasi merupakan suatu proses penarikan panas dari suatu benda/ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:

  1. Sistem refrigerasi mekanik Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak dan alat mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi mekanik di antaranya adalah:

  a. Siklus Kompresi Uap

  b. Refrigerasi siklus udara

  c. Kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah

  d. Siklus sterling

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  12

  2. Sistem refrigerasi non mekanik Sistem refrigerasi ini tidak memerlukan mesin-mesin penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi non mekanik di antaranya :

  a. Refrigerasi termoelektrik

  b. Refrigerasi siklus absorbsi

  c. Refrigerasi steam jet

  d. Refrigerasi magnetic

e. Heat pipe

2.4. Siklus Kompresi Uap

  Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refigerasi, namun yang paling umum digunakan adalah refrigerasi dengan siklus kompresi uap. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup ekspansi. Berikut adalah skema alir siklus kompresi uap pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Skema Siklus Kompresi Uap (sumber : http://4.bp.blogspot.com).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  13 Proses dari skema alir siklus kompresi uap (Gambar 2.1.) adalah :

  a) 1-2 (Proses kompresi) Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.

  b) 2-3 (Proses kondensasi) Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang panas sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran panas antara refrigeran dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair.

  c) 3-4 (Proses ekspansi) Proses ekspansi ini berlangsung di dalam katup ekspansi. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.

  d) 4-1 (Proses evaporasi) Proses ini berlangsung di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  14 sebenarnya adalah campuran cair dan uap. Selanjutnya, refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan bersirkulasi lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. Sedangkan untuk diagram dari siklus kompresi uap terdapat dua diagram, yaitu : a) Diagram P-h (Gambar 2.2.)

  b) Diagram T-s (Gambar 2.3.)

  a) Gambar 2.2. Diagram P-h Siklus Kompresi Uap (sumber : http://4.bp.blogspot.com).

  Proses yang terjadi pada diagram P-h siklus kompresi uap seperti pada

Gambar 2.2. adalah sebagai berikut: a. 1 – 2 : proses kompresi refrigeran didalam kompresor.

  b. 2 – 3 : proses kondensasi refrigeran di dalam kondenser.

  c. 3 – 4 : proses ekspansi refrigeran di dalam katub ekspansi.

  d. 4 – 1 : proses evaporasi refrigeran di dalam evaporator.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  15 b) Gambar 2.3. Diagram T-s Siklus Kompresi Uap (sumber : http://elearning.gunadarma.ac.id).

  Proses-proses yang terjadi pada diagram T-s siklus kompresi uap seperti pada

Gambar 2.3. diatas adalah sebagai berikut : a) 1 - 2 : kompresi adiabatik dan reversible.

  b) 2 - 3 : kondensasi (pelepasan panas) reversible pada tekanan konstan dan pengembunan.

  c) 3 - 4 : ekspansi tidak reversible atau isentalpik pada entalpi konstan.

  d) 4 - 1 : evaporasi (penyerapan panas) isothermis.

2.5. Perpindahan Panas

  Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua medium. Misalnya, sesama medium padat atau medium padat dengan fluida. Energi yang berpindah tersebut dinamakan kalor atau panas (heat). Panas akan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  16 berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium dengan temperatur yang lebih rendah. Perpindahan ini berlangsung terus sampai terjadi kesetimbangan temperatur di antara kedua medium tersebut. Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu : perpindahan secara konduksi, konveksi dan radiasi.

2.5.1. Perpindahan Panas 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 adalah besi atau logam yang dipanaskan pada salah satu ujungnya maka ujung lainnya akan terasa panas, seperti pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Perpindahan Panas Konduksi

  Persamaan laju umum untuk perpindahan panas dengan cara konduksi dikenal dengan hukum fourier yang dirumuskan sebagai berikut:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  17 q = - k.A. ............................................................................(2.1)

  Dimana : q = laju perpindahan panas (W) = gradien suhu perpindahan panas(-K/m) k = konduktifitas thermal bahan (W/m.K)

  A = luas bidang penampang benda (m²) Nilai minus (-) dalam persamaan diatas menunjukan bahwa panas selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.

2.5.2. Perpindahan Panas Konveksi

  Perpidahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan penghantar berupa fluida (cairan atau gas). Contoh perpindahan panas konveksi adalah air yang dipanaskan dipanci, air di bagian bawah naik karena massa jenisnya berkurang dan digantikan oleh air yang lebih dingin di atasnya. Seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Perpindahan Panas Konveksi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  18 Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum newton untuk pendinginan, yang dirumuskan sebagai berikut: _{s − T ∞} q = h.A(T ) .....................................................................(2.2)

  Dimana : q = laju perpindahan panas (W) h = koefisien perpindahan panas konveksi W/(m².K) A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m²) _s T = temperatur permukaan (K) _∞ T = temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan (K)

  Macam-macam konveksi yaitu:

  1. Konveksi bebas/konveksi alamiah (free convection/natural convection) Perpindahan panas dimana aliran fluida yang terjadi disebabkan karena adanya perbedaan massa jenis, tanpa adanya alat bantu penggerak aliran fluida. Contoh: plat panas dibiarkan berada diudara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar yang menggerakan udara.

  2. Konveksi paksa (forced convection) Perpindahan panas dimana aliran fluida yang terjadi disebabkan karena adanya alat bantu penggerak aliran fluida.

  Contoh: plat panas dihembus udara dengan kipas atau blower.

2.6. Beban Pendinginan

  Beban pendinginan adalah aliran energi dalam bentuk panas yang dihisap evaporator. Perlu diulang kembali bahwa tugas unit pendingin adalah menjaga

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  19 kondisi suatu ruangan agar berada pada suhu dan kelembaban tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur dan kelembaban lingkungan luar.

  Jenis beban pendingin dibagi menjadi dua, yaitu:

  1. Panas sensible (sensible heat) Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Untuk lebih jelasnya, misalkan mendinginkan air dari 100°C sampai mejadi es 0°C. Panas yang diserap dari air mulai dari 100°C menjadi 0°C (masih tetap air) disebut beban sensible.

  2. Panas laten (latent heat) Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena adanya perubahan fase. Misalkan Jika air yang suhunya sudah 0°C didinginkan lagi hingga akhirnya menjadi es, pada saat suhu 0°C tidak terjadi perubahan suhu tetapi perubahan fase. Panas yang diserap di sini disebut panas laten.

2.7. 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).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  20

  2.7.1. Proses Pengembunan (kondensasi) Pengembunan adalah proses berubahnya fase zat dari uap menjadi cair.

  Pada mesin pendingin proses pengembunan berlangsung di kondensor. Uap panas lanjut diubah menjadi cair jenuh. Pada saat proses pengembunan, terjadi pelepasan panas. Panas refrigeran dibuang keluar dari kondensor ke lingkungan sekitar (udara luar).

  2.7.2. Proses Penguapan (evaporasi)

  Penguapan berarti berubahnya fase zat dari cair menjadi uap. Pada mesin pendingin proses penguapan terjadi di evaporator. Pada saat mengalir di pipa evaporator, refrigeran berubah fase dari cair menjadi gas. Pada proses penguapan diperlukan panas. Panas diambil dari lingkungan di sekitar evaporator (media yang didinginkan berupa air). Karena air diambil panasnya maka air berubah wujudnya menjadi es.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  21

2.8. Rumus –Rumus Perhitungan

  Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan perhitungan, antara lain sebagai berikut : 1) Kerja Kompresor

  Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Win = h2– h1 ..................................................................………..(2.3)

  Dimana : Win = besarnya kerja kompresor (kJ/kg) h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2= entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

  2) Kerja Kondensor Besarnya panas per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dapat dihitung dengan persamaan : Qout = h2 – h3 ........................................................................(2.4) Dimana : Qout = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) h3 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

  3) Kerja Evaporator Besarnya panas per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  22 Qin = h1 – h4 ...................................................................……(2.5) Dimana : Qin = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg) h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) h4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)