Mesin pendingin minuman dengan dua evaporator rangkaian seri
i
MESIN PENDINGIN MINUMAN DENGAN DUA
EVAPORATOR RANGKAIAN SERI
SKRIPSI
Untuk memenuhi salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Mesin
Oleh :
MATHEIS EVERDIN MAKATITA
115214015
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
(2)
ii
COOLER DRINKS MACHINE WITH TWO
EVAPORATORSERIES CIRCUIT
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanainMechanical Engineering
By :
MATHEIS EVERDIN MAKATITA
115214015
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
vii
ABSTRAK
Seiring berjalannya waktu semakin banyak mesin pendingin yang dimanfaatkan sesuai dengan kebutuhan manusia. Mesin pendingin ditinjau dari kegunaanya memiliki fungsi yang berbeda. Adapun fungsi dari mesin pendingin yaitu untuk mendinginkan, membekukan dan untuk pengkondisian udara. Sebagai contoh mesin pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan yaitu refrigerator, dan yang untuk membekukan yaitu freezer, sedangkan yang untuk pengkondisian udara yaitu air conditioner (AC). Tujuan penelitian ini adalah (a) merakit mesin pendingin dengan dua evaporator yang digunakan untuk mendinginkan minuman, (b) menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, laju aliran massa refrigeran, (c) mengetahui COPaktual mesin pendingin, COPideal mesin pendingin dan efisiensi mesin pendingin.
Penelitian ini menggunakan mesin pendingin minuman dengan dua evaporator rangkaian seri, yang menggunakan siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler 150cm, daya kompresor 1/5 Hp, refrigeran134a, kondensor yang memiliki lekukan sebanyak 8U dan dua evaporator plat datar. Data yang diambil yaitu (a) suhu refrigeran saat masuk kompresor (T1), (b) suhu refrigeran saat keluar kondensor (T3), (c) suhu udara di dalamruang pendinginan (Truangpendingin), (d) tekanan rendah refrigeran masuk kompresor (P1), (e) tekanan tinggi refrigeran keluar kompresor (P2).
Penelitian ini mendapatkan hasil (a) mesin pendingin minuman dengan dua evaporator rangkaian seri telah berhasil dibuatdan pada penelitian yang menggunakan kipas pendingin kondensor menghasilkan suhu kerja evaporator Te = -35,9 oC, suhu kondensor Tc = 42,2 oC, dan Suhu ruang pendingin yang dapat dicapai Truang pendingin = 0,47 oC, sedangkan pada penelitian yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor menghasilkan suhu kerja evaporator Te = -38,4 oC, suhu kondensor Tc = 45,8 oC, dan Suhu ruang pendingin yang dapat dicapai Truang pendingin = 2,32 oC. (b) kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win) yang menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 67 kJ/kg,dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 64 kJ/kg. kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) yang menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil185 kJ/kg, dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 184 kJ/kg.kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) yang menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 118 kJ/kg dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 120 kJ/kg. laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 0,00296 kg/detik dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 0,00309 kg/detik. COPaktual yang menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 1,76 dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 1,88. COPideal yang menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 2,8 dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 2,84. Efisiensi (η) yang menggunakan kipas pendingin
(8)
viii
kondensor pada saat stabil 59% dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 66%.
(9)
ix
ABSTRACT
As time goes by more and more cooling machines are utilized in accordance with human needs. Cooling engine in terms of it is functionality has different functions. As for the function of the cooling machine is to cool, freeze, and for air condiioning. For example a cooling machine that serves to cool the refrigerator, and which to freeze ie freezer, while those for air conditioning are air conditioner. The purpose of this study is to (a) assemble the cooling machine with two evaporators used to cool the beverage, (b) calculate the compressor work per unit mass of thr refrigerant, the heat released by the condenser per unit mass of he refrigerant, the heat absorbed by evaporator per unit mass of the refrigerant, the mass flow rate, (c) knowing theCOPactual, COPideal, and cooling machine
efficiency. The air temperature inside the cooling chamber,
This study used a beverage cooling machine with two evaporators series circuit, evaporators using a vapor compression cycle with 150 cm, capillary tube length , 1/5 Hp compressor power, refrigeran 134a, 8U condensor, and two flat plate evaporator. The data taken is the refrigeran temperature when entering the comressor, temperature of refrigerant upon exit condenser, low pressure refrigerant in compressor, high pressure refrigerant out comperssor.
This research gets results (a) a beverage cooling machine with two series circut evaporators has been successfully manufactured and in research using a condenser cooling fan produces evaporator work Te = -35,9 oC, condenser temperature Tc = 42,2 oC, and the temperature of the cooling chamber can be reached Tcooling room = 0,47 oC, whereas in the study that did not use condenser cooling fan to produce the working temperature of evaporator Te = -38,4 oC, condenser tempereture Tc = 45,8 oC, and the temperature of the cooling chamber can be reached Tcooling room = 2,32 oC. (b) the working of a refrigerant mass union compressor (Win) using a condenser cooling fan at a stable 67 kJ/kg, and which does not use a condenser cooling fan at a stable 64 kJ/kg.Headreleased by condenser per unit mass of refrigerant (Qout) using codenser cooling fan at stable 185 kJ/kg, and which does not use condenser cooling fan when stable 184 kJ/kg.Heatabsorbed by evaporator per unit mass of refrigerant (Qin) using condenser cooling fan at stable 118 kJ/kg, and not using condenser cooling fan at stable 120 kJ/kg. Refrigerant mass flow rate (ṁ) using condenser cooling fan at stable 0,00296 kg/sec, and which does not use condenser cooling fan at stable 0,00309 kg/sec.COPactualthat uses condenser cooling fans at a stable 1,76, and that does not use condenser cooling fans at a stable 1,88. COPidealthat uses condenser cooling fans at a stable 2,8, and that does not use condenser cooling fans at a stable 2,84. Efficiency using condenser cooling fan at stable 59%, and which did not use condenser cooling fan when stable 66%.
(10)
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya berjalan dengan baik dan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib 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 skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi,Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah memberikan dorongan motivasi dan perhatian sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Kepala Lab Energi Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta.
5. Para Dosen dan Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta.
6. Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta.
7. Alexius Makatita, dan Maria Makatita selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
8. Teman-teman Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, Angkatan 2011 dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala bantuannya.
(11)
(12)
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
ISTILAH PENTING ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL .. xvii
DAFTAR LAMPIRAN .. xix
BAB IPENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4Batasan-Batasan ... 3
1.5Manfaat Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Perpindahan Panas ... 5
2.2 Definisi Mesin Pendingin ... 8
2.3 Komponen Utama Mesin Pendingin ... 10
2.4 Siklus Kompresi Uap ... 15
2.5 Rumus Perhitungan Pada Mesin Pendingin ... 20
2.6 Tinjauan Pustaka ... 23
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 26
3.1 Alat Penelitian ... 26
(13)
xiii
3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin ... 29
3.4 Proses Pembuatan Mesin Pendingin ... 35
3.5 Proses Pemvakuman dan Pemetilan ... 40
3.6 Proses Pengisian Refrigeran 134a ... 42
3.7 Uji Coba ... 43
BAB IVMETODOLIGI PENELITIAN ... 44
4.1 Alur Penelitian ... 44
4.2 Obyek yang Diteliti ... 45
4.3 Skematik Alat Penelitian ... 45
4.4 Variasi Penelitian ... 47
4.5 Alat Bantu Penelitian ... 48
4.6Cara Mendapatkan Data ... 51
4.7 Cara Mengolah Data dan Pembahasan ... 53 4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan & Saran ... 54 BABVHASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 55
5.1 Hasil Penelitian ... 55
5.2 Perhitungan ... 58
5.3 Pembahasan ... 74
BABVIKESIMPULAN DAN SARAN ... 80
6.1 Kesimpulan ... 80
6.2 Saran ... 83
DAFTAR PUSTAKA ... 84
LAMPIRAN ... 85
7.1 Nilai Entalpi Menggunakan Kipas ... 85
(14)
xiv
ISTILAH PENTING
Simbol Keterangan
h1 Nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, (kJ/kg)
h2 Nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, (kJ/kg) h2 Nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, (kJ/kg)
h3 Nilai entalpi refrigeran keluar dari kondensor, (kJ/kg)
Win Kerjakompresorpersatuanmassa refrigeran, (kJ/kg)
Qout Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, (kJ/kg) Qin Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, (kJ/kg) ṁ Laju aliran massa refrigeran, (kg/detik)
COPaktual Koefisien prestasi aktual mesin pendingin COPideal Koefisienprestasi ideal mesin pendingin Te Suhu evaporator, (K)
Tc Suhu kondensor, (K) η Efisiensi mesin pendingin
W Kerja kompresor per satuan waktu, (J/detik)
V Besar tegangan listrik yang digunakan kompresor, (V) I Besar arus listrik yang digunakan kompresor, (A)
(15)
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perpindahan panas secara konduksi ... 6 Gambar 2.2 Perpindahan panas secara konveksi ... 6 Gambar 2.3 Perpindahan panas secara radiasi ... 8
Gambar 2.4 Kompresor hermetik ... 11
Gambar 2.5 Kondensor dengan jari-jari penguat ... 12
Gambar 2.6 Filter ... 13
Gambar 2.7 Pipa kapiler ... 13
Gambar 2.8 Evaporator Plat datar ... 14
Gambar 2.9 Refrigerant 134a ... 15
Gambar 2.10 Skematik rangkaian komponen siklus kompresi uap ... 16 Gambar 2.11 P-h diagram siklus kompresi uap ... 16 Gambar 2.12 T-s diagram siklus kompresi uap ... 17
Gambar 2.13 P-h diagram refrigeran 134a ... 19
Gambar 3.1 Mesin yang diteliti ... 26
Gambar 3.2 Rangka atau badan mesin pendingin ... 29
Gambar 3.3 Pemotong pipa ... 30
Gambar 3.4 Pelebar pipa ... 30
Gambar 3.5 Manifold gauge ... 31
Gambar 3.6 Alat las ... 31
Gambar 3.7 Bahan las ... 32
Gambar 3.8 Metil ... 32
Gambar 3.9 Thermostatdan spesifikasinya ... 33
Gambar 3.10 Pompa vakum ... 34
Gambar 3.11 Styrofoam ... 34
Gambar 3.12 Kipas dan kompresor ... 35
Gambar 3.13 Letak styrofoam dalam ruang pendinginan ... 36 Gambar 3.14 Letak thermostat pada bagian bawah ruang pendinginan ... 37
(16)
xvi
Gambar3.15 Sambungan ujung pipa keluar kompresor dan ujung
Pipa masuk kondensor serta dudukan manifold gauge ... 37 Gambar 3.16 Sambungan filter dengan ujung pipa keluar kondensor ... 38 Gambar 3.17 Sambungan las pipa kapiler, evaporator 1 dan 2 ... 39 Gambar 3.18 Letak potongan pipa kapiler pada lubang keluar filter ... 39
Gambar 3.19 Letak fan dekat kompresor ... 40
Gambar 4.1 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin pendingin ... 44 Gambar 4.2 Skematik alat penelitian menggunakan kipas pendingin
kondensor ... 46
Gambar 4.3 Skematik alat penelitian tidak menggunakan kipas pendingin
kondensor ... 46
Gambar 4.4 Thermokopel ... 48
Gambar 4.5 Alat penampil suhu digital (APPA) ... 48 Gambar 4.6 Thermokopel dan alat penampil suhu digital ... 49
Gambar 4.7 Pressure gauge ... 50
Gambar 4.8 Stopwatch ... 50
Gambar 5.1 Win dari waktu ke waktu ... 60
Gambar 5.2 Qout dari waktu ke waktu ... 62
Gambar 5.3 Qin dari waktu ke waktu ... 64
Gambar 5.4 ṁ dari waktu ke waktu ... 67
Gambar 5.5 COPaktualmesin pendingin dari waktu ke waktu ... 69 Gambar 5.6 COPideal mesin pendingin dari waktu ke waktu ... 71 Gambar 5.7 Efisiensi mesin pendingin (%) dari waktu ke waktu ... 73
(17)
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tebel pengambilan data ... 52
Tabel5.1 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (psi) menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 55
Tabel 5.2 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 56
Tabel 5.3 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (psi) tidak
menggunakan kipas pendingin kondensor ... 56 Tabel 5.4 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) tidak
menggunakan kipas pendingin kondensor ... 57 Tabel 5.5 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang
menggunakan kipas pendingin kondensor ... 58 Tabel 5.6 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang tidak
menggunakan kipas pendingin kondensor ... 59 Tabel 5.7 Kerja kompresor(Win) dari waktu ke waktu yang menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 60
Tabel5.8 Kerja kompresor(Win) dari waktu ke waktu yang tidak
menggunakan kipas pendingin kondensor ... 60 Tabel 5.9 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout)
Yangmenggunakan kipas pendingin kondensor ... 62 Tabel 5.10 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout)
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor ... 63 Tabel 5.11 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin)
yang menggunakan kipas pendingin kondensor ... 64 Tabel 5.12 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin)
yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor ... 65 Tabel 5.13 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 66
Tabel 5.14 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang tidak menggunakan
(18)
xviii
Tabel 5.15 Nilai COPaktualmesin pendinginyang menggunakan kipas
pendingin kondensor ... 69
Tabel 5.16 Nilai COPaktualmesin pendinginyang tidak menggunakan
kipaspendingin kondensor ... 69
Tabel 5.17 Nilai COPideal mesin pedingin yang menggunakan kipas
pendingin kondensor ... 71
Tabel 5.18 Nilai COPideal mesin pedingin yang tidak menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 71
Tabel 5.19 Nilai efisiensi mesin pendingin (η) yang menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 73
Tabel 5.20 Nilai efisiensi mesin pendingin (η) yang tidak menggunakan
kipas pendingin kondensor ... 74
Table 5.21 Hasil penelitian yang menggunakan kipas pendingin kondensor ... 75
Table 5.22 Hasil penelitian yang tidak menggunakan kipas pendingin
(19)
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 10 menit ... 85 Lampiran 2 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 20 menit ... 86 Lampiran 3 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 30 menit ... 87 Lampiran 4 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 40 menit ... 88 Lampiran 5 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 50 menit ... 89 Lampiran 6 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 60 menit ... 90 Lampiran 7 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 70 menit ... 91 Lampiran 8 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 80 menit ... 92 Lampiran 9 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 90 menit ... 93 Lampiran 10 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 100 menit ... 94 Lampiran 11 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 110 menit ... 95 Lampiran 12 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 120 menit ... 96 Lampiran 13 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 130 menit ... 97 Lampiran 14 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
(20)
xx
Lampiran 15 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 20 menit ... 99 Lampiran 16 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 30 menit .. 100 Lampiran 17 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 40 menit .. 101 Lampiran 18 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 50 menit .. 102 Lampiran 19Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 60 menit .. 103 Lampiran 20Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 70 menit .. 104 Lampiran 21 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 80 menit .. 105 Lampiran 22 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 90 menit .. 106 Lampiran 23 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 100 menit .. 107 Lampiran 24 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 110 menit .. 108 Lampiran 25 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 120 menit .. 109 Lampiran 26 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
(21)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini semakin banyak mesin pendingin yang dimanfaatkan sesuai dengan kebutuhan manusia. Mesin pendingin adalah suatu peralatan yang sering dijumpai di setiap gedung perkantoran, rumah sakit, tempat industri, rumah tangga, mall/supermarket, hotel dan bahkan pada alat transportasi. Mesin pendingin dapat berfungsi untuk mendinginkan (refrigerator), membekukan (freezer), dan mengkondisikan udara (air conditioner/AC).
Refrigerator, jenis ini lebih dikenal dengan sebutan lemasi es atau kulkas. Pada umumnya berfungsi untuk mengawetkan makanan, mendinginkan minuman, dan membekukan. Pada Refrigerator perkembangbiakan dan kehidupan bakteri dalam makanan yang didinginkan atau dibekukan dihentikan sehingga makanan akan bertahan lebih lama dan dalam keadaan baik. Sedangkan minuman didinginkan untuk mendapatkan kesegaran saat diminum.
Freezer, jenis ini tidak berbeda jauh dengan kulkas, hanya saja suhu kerja
Freezer lebih rendah dan dapat mencapai suhu -30 sampai -40 . Fungsi utamanya untuk membekukan air atau bahan makanan seperti daging dan ikan.
Air Conditioner (AC), jenis ini berbeda dengan Refrigerator ataupun Freezer. AC dipergunakan manusia untuk mengkondisikan udara dalam suatu ruangan, agar manusia yang berada di dalamnya merasa lebih nyaman. Pengkondisian udara yang nyaman meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan kebersihan udara.
(22)
Jika AC digunakan di dalam alat transportasi (pesawat, mobil, bus, kereta api, kapal laut, dll), diharapkan manusia yang berada didalamnya bisa menikmati perjalanan dengan rasa nyaman.
Mengingat pentingnya peranan mesin pendingin bagi manusia dalam kehidupan sehari-hari, maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami, dan mengenal cara kerja beserta dengan karakteristik mesin pendingin, dengan cara membuat mesin pendingin dengan dua evaporator dan melakukan penelitian terhadap karakteristik mesin pendingin tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah pada mesin pendingin pada umumnya adalah tidak diketahuinya karakteristik dari mesin pendinginnya, oleh karenanya diperlukan suatu pengalaman penelitian untuk dapat mengetahui karakteristik dari mesin pendingin.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Merakit mesin pendingin dengan dua evaporator yang digunakan untuk mendinginkan minuman.
b. Menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, laju aliran massa refrigeran.
(23)
c. Mengetahui COPaktual mesin pendingin, COPideal mesin pendingin dan efisiensi
mesin pendingin.
1.4 Batasan-Batasan
Batasan-batasan yang dipergunakan dalam pembuatan mesin pendingin dengan dua evaporatorini adalah :
a. Mesin pendingin bekerja dengan siklus kompresi uap.
b. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/5 HP, komponen utama yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
c. Refrigeran yang digunakan adalah refrigeran 134a (R-134a).
d. Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm, dengan diameter pipa 0,028 inch, berbahan tembaga.
e. Kondensor yang digunakan memiliki lekukan atau lintasan sebanyak 8U. f. Dua evaporator plat datar yang digunakan merupakan evaporator standar. g. Komponen utama yang digunakan adalah komponen standart yang dijual di
pasaran.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Bagi penulis, dapat memberikan bekal pemahaman terhadap mesin pendingin dengan dua evaporator dan memberikan pengalaman dalam pembuatan mesin pendingin dengan dua evaporator.
(24)
b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang ingin membuat mesin pendingin dengan dua evaporator atau lebih.
c. Hasil penelitian dapat di tempatkan di perpustakaan untuk menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin pendingin dengan dua evaporator.
(25)
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Perpindahan Panas
Perpindahan panas merupakan perpindahan energi karena adanya perbedaan temperatur atau suhu. Dimana energi yang berpindah dinamakan kalor (heat). Panas akan terus mengalir dari temperature tinggi ke temperatur rendah dan akan terhenti saat mencapai kesetimbangan temperature, ada tiga cara perpindahan panas yaitu : secara (a) konduksi, (b) konveksi, dan (c) radiasi.
a. Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi ialah pemindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan-permukaan benda yang menghasilkan panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang satu ke sisi yang lain. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda, semakin cepat benda tersebut mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain. Contohnya seperti pada Gambar 2.1 batang besi yang dipanaskan sisi satunya, mengalirkan panas juga pada ke sisi yang satunya.
(26)
Gambar 2.1 Perpindahan panas secara konduksi
b. Konveksi
Proses perpindahan panas melalui suatu zat yang disertai deangan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi. Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas. Syarat terjadinya konveksi pada zat cair adalah adanya pemanasan. Hal ini disebabkan oleh massa jenis zat cair ikut berpindah tempat. Contohnya pada Gambar 2.2 air yang dipanaskan dengan panci, massa jenis air bagian bawah akan berkurang sehingga digantikan dengan air bagian atas yang memiliki massa jenis lebih berat.
(27)
Ada dua macam perpindahan panas secara konveksi yaitu: Perpindahan panas konveksi bebas
Perpindahan panas karena adanya pergerakan fluida atau zat cair pada benda panas tanpa adanya alat bantu yang menggerakan fluida tersebut, tetapi pergerakan fluidanya terjadi karena adanya perbedaan massa jenis yang disebabkan oleh perbedaan suhu.Contoh perpindahan panas konveksi bebas adalah panas kondensor yang berpindah secara bebas karena adanya perbedaan suhu.
Perpindahan panas konveksi paksa
Perpindahan panas yang fluidanya bergerak karena adanya alat yang digunakan untuk menggerakan fluida tersebut, seperti fan/kipas, blower, pompa dan sebagainya. Contoh perpindahan panas konveksi paksa adalah panas kondensor yang dipindahkan secara paksa dengan menggunakan kipas yang menggerakan udara sekitar melewati kondensor.
c. Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena adanya pancaran gelombang-gelombang elektromagnetik tanpa adanya media penghalang. Dengan kata lain radiasi panas dapat melalui ruang hampa. Contoh perpindahan panas radiasi melalui ruang hampa dapat dilihat pada Gambar 2.3.
(28)
Gambar 2.3 Perpindahan panas secara radiasi
Pada Gambar 2.3 menunjukan sinar matahari yang langsung mengenai permukaan bumi. Maka permukaan bumi yang terkena langsung sinar matahari akan menjadi panas. Pada kejadian ini terjadi perpindahan panas secara radiasi oleh sinar matahari yang sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa adanya media penghalang.
2.2 Definisi Mesin Pendingin
Mesin pendingin atau refrigerator bekerja untuk memindahkan panas dari suatu ruangan yang memiliki temperatur rendah ke suatu tempat yang memiliki temperatur yang lebih tinggi. Mesin pendingin yang banyak dipakai manusia umumnya menggunakan siklus kompresi uap. Siklus ini terdiri dari beberapa proses yaitu kompresi, kondensasi (pengembunan), penurunan tekanan, dan evaporasi (penguapan). Proses tersebut berlangsung secara terus menerus dan berulang-ulang sehingga didapat temperatur yang diinginkan. Adapun proses kerja mesin pendingin sebagai berikut :
(29)
a. Proses Kompresi
Proses kerja mesin pendingin dimulai dari kompresor, dengan adanya aliran listrik, motor kompresor akan bekerja dan menghisap gas refrigeran yang bersuhu rendah. Kemudian kompresor memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap atau gas bertekanan tinggi yang langsung mengalir ke kondensor.
b. Proses Kondensasi (pengembunan)
Gas bertekanan tinggi yang sampai di kondensor akan didinginkan. Proses pendinginan refrigeran di dalam kondensor dapat terjadi karena suhu refrigeran lebih tinggi dari suhu udara di luar, maka panas pada refrigeran dapat mengalir ke udara luar. sehingga suhu refrigeran turun dan wujud refrigeran berubah menjadi cairan, dan memasuki pipa kapiler.
c. Proses Penurunan Tekanan
Refrigeran kemudian memasuki pipa kapiler, untuk proses penurunan tekanan. Penurunan tekanan refrigeran diakibatkan karena diameter pipa kapiler lebih kecil dari diameter pipa lainya, sehingga terjadi hambatan pada tekanan refrigeran. Dengan adanya penurunan tekanan maka suhu refrigeran menjadi lebih rendah. Selanjutnya refrigeran memasuki ruang evaporator untuk proses penguapan.
d. Proses Evaporasi (penguapan)
Saat refrigeran sampai di evapoator, refrigeran tersebut akan menguap atau berubah fase dari cair menjadi gas. Karena adanya perbedaan suhu dimana suhu refrigeran lebih rendah dari suhu lingkungan evaporator sehingga panas dari
(30)
lingkungan evaporator dapat mengalir ke refrigeran akibatnya ruangan di dalam evaporator menjadi dingin.
Ada dua jenis mesin pendingin atau kulkas yaitu nonfreezer dan freezer. Mesin pendingin minuman digolongkan sebagai kulkas nonfreezer, karena di dalam kulkas tidak hanya terdapat bagian pembeku (evaporator). Sedangakan kulkas freezer memiliki evaporator di setiap raknya, jadi freezer mampu mambekukan sesuatu lebih banyak dibandingkan dengan kulkas nonfreezer.
2.3 Komponen Utama Mesin Pendingin
Pada mesin pendingin terdapat komponen-komponen utama yang mempunyai peranannya masing-masing, komponen-komponen tersebut yaitu : (a) kompresor, (b) kondensor, (c) filter, (d) pipa kapiler, (e) evaporator, dan fluida kerjanya adalah refrigeran.
a. Kompresor
Kompresor adalah alat yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida gas. Kompresor merupakan inti dari sistem kompresi uap. Kompresor yang sering digunakan adalah kompresor hermatik (Hermatic Compressor). Kompresor ini berada dalam satu wadah yang tertutup rapat, dan digerakkan oleh motor listrik dengan komponen mekanik. Kompresor ini dapat bekerja dengan prinsip recipocating ataupun rotary dimana posisi poros atau toraknya bisa vertikal maupun horizontal.
(31)
Gambar 2.4 Kompresor hermatik
b. Kondensor
Kondensor berfungsi untuk melepas panas pada refrigeran. Pelepasan panas dapat terjadi karena adanya perbedaan suhu refrigeran yang tinggi dengan suhu udara di lingkungan yang rendah. Dimana akan terjadi perpindahan panas secara alami dari refrigeran ke udara lingkungan. Saat proses pelepasan panas terjadi, refrigeran akan mengalami proses kondensasi. Proses ini pada mesin pendingin merupakan perubahan fase refrigeran dari gas menjadi cair.
(32)
Gambar 2.5 Kondensor dengan jari-jari penguat
c. Filter
Filter pada mesin pendingin terbuat dari bahan tembaga. Filter berfungsi untuk menyaring kotoran yang ikut terbawa oleh refrigeran. Kotoran disaring dengan tujuan agar tidak terjadi penyumbatan di dalam pipa kapiler saat refrigeran mengalir, karena diameter pipa kapiler lebih kecil dari pipa-pipa yang lain. Kotoran yang disaring dapat berupa sisa-sisa debu pada saaat proses pengelasan, uap air yang masih terjebak di dalam sistem, dan korosi pada pipa.
(33)
Gambar 2.6 Filter
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran, dengan tujuan agar suhu refrigeran menjadi sangat rendah sehingga panas yang akan diserap oleh evaporator dapat lebih optimal. Penyebab turunnya tekanan pada refrigeran karena diameter pipa kapiler sangat kecil yang menyebabkan adanya hambatan yang dapat menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk ke dalam evaporator.
Gambar 2.7 Pipa kapiler
e. Evaporator
Evaporator berasal dari kata evaporasi yang berarti penguapan. Evaporator adalah ruang atau tempat refrigeran menyerap panas. Ketika refrigeran melewati evaporator, akan terjadi perubahan fase dari cair menjadi gas. Proses ini terjadi karena perbedaan suhu refrigeran lebih rendah dari suhu lingkungan sekitar
(34)
evaporator. Evaporator terbuat dari bahan logam tembaga atau aluminium karena logam berfungsi sebagai konduktor yang baik. Jenis evaporator yang bayak digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa berplat pada kulkas 1 pintu dan pipa bersirip pada kulkas 2 pintu.
Gambar 2.8 Evaporator plat datar
f. Refrigeran
Refrigeran juga sangat penting dalam suatu sistem mesin pendingin, karena refrigeran berfungsi sebagai fluida yang dapat menyerap panas pada evaporator dan kemudian melepaskan panas tersebut setelah memasuki kondensor. Refrigeran dapat berubah wujud zat dari cair ke gas dan juga sebaliknya. Refrigeran yang digunakan pada penelitian mesin pendingin dengan dua evaporator ini adalah Refrigeran 134a (R-134a), karena refrigeran 134a ini tidak beracun, tidak mudah terbakar dan relatif stabil. Berikut adalah spesifikasinya : Tidak berwarna.
Tidak berbau.
Tidak merusak lapisan ozon. Memiliki titik didih -26,1 °C.
(35)
Memiliki suhu kritis 101,1 °C. Memiliki tekanan kritis 4,06 Mpa.
Ada beberapa bahan pending sejenis refrigeran 134a yg sering kita temukan di pasaran antara lain SUVA 134a, HFC 134a, dan KLEA Forane 134a.
Gambar 2.9 Refrigeran134a
2.4 Siklus Kompresi Uap
Dari berbagai jenis system refrigerasi pada mesin pendingin, siklus kompresi uaplah yang banyak digunakan. Pada siklus ini komponen yang digunakan adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator. Skema rangkaian komponen siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.10. Gambar 2.11 menyajikan siklus kompresi uap pada P-h diagram dan pada Gambar 2.12 menyajikan siklus kompresi uap pada T-s diagram.
(36)
Qout
Win
Qin
Gambar 2.10 Skematik rangkaian komponen siklus kompresi uap
Gambar 2.11 P-h diagram siklus kompresi uap Kondensor Evaporator 2a 1 Komp resor 2 3a 3
4 1a
Proses pendidihan Tc Te 4 h 2a Qin
h3 = h4 h1 h2
2
Win
1 Qout
3 3a P
P1
P2
1a
Pendinginan lanjut Penurunan temperatur
Kondensasi
Kompresi
(37)
Gambar 2.12 T-s diagram siklus kompresi uap
Proses siklus di atas dijelaskan sebagai berikut : a. Proses 1-2 (Kompresi)
Sebelum dimulainya proses ini, refrigeran berupa gas panas lanjut bertekanan rendah masuk ke kompresor. Kemudian kompresor menaikkan tekanan refrigeran sehingga refrigeran menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Proses kompresi berlangsung secara isentropic. Pada proses ini memerlukan energi listrik (untuk kompresor hermatic).
b. Proses 2-2a (Penurunan temperatur/desuperheating)
Pada proses ini refrigeran mengalami proses penurunan suhu sampai mencapai titik gas jenuh yang disertai dengan pelepasan kalor, sebelum refrigeran memasuki kondensor. Penurunan temperatur disebabkan oleh perbedaan suhu refrigeran dengan lingkungan sekitar evaporator. Proses ini berlangsung pada tekanan yang tetap.
s Win T
Qout
Qin 4
3
3a 2a
2
1a 1
(38)
c. Proses 2a-3a (Kondensasi)
Proses ini terjadi saat refrigeran sampai di kondensor. Dimana refrigeran yang bertemperatur tinggi melepas panas ke lingkungan luar, sehingga terjadi proses perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Proses ini berlangsung pada tekanan tinggi dan temperatur yang tetap. Pelepasan ini terjadi karena temperatur refrigeran lebih tinggi dari temperatur lingkungan luar.
d. Proses 3a-3 (Pendinginan lanjut)
Proses ini berfungsi untuk memastikan agar refrigeran yang keluar dari kondensor sudah dalam kondisi cair. Supaya refrigeran yang masuk ke dalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas, yang dapat menyebabkan masalah pada sistem pendingin. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur refrigeran, dimana temperature refrigeran lebih rendah dari temperatur refrigeran saat proses kondensasi.
e. Proses 3-4 (Penurunan tekanan dan temperatur)
Proses ini berlangsung di pipa kapiler yang memiliki diameter sangat kecil dari pipa yang lainnya. Sehingga terjadi penurunan tekanan yang mengakibatkan terjadi pula penurunan temperatur. Proses ini berlangsung pada entalpi yang tetap. f. Proses 4-1a (Evaporasi)
Pada proses ini panas yang berada di dalam eveporator akan diserap oleh refrigeran. Sehingga terjadi perubahan fase campuran (cairan+gas) menjadi fase gas jenuh. Proses ini berlangsung pada temperatur dan tekanan yang sama.
(39)
g. Proses 1a-1 (Pemanasan lanjut)
Proses ini berfungsi memastikan agar refrigeran yang akan masuk ke kompresor sudah sepenuhnya berbentuk gas. Proses ini berlanjut pada tekanan yang tetap.
(40)
2.5 Rumus Perhitungan Pada Mesin Pendingin
Dengan diketahuinya nilai entalpi, suhu kerja kondensor, dan evaporator pada P-h diagram, dapat dihitung besarnya : (a) kerja kompresor, (b) kalor yang dilepas kondensor, (c) kalor yang diserap evaporator, (d) laju aliran massa refrigeran, (e) COP, dan (g) efisiensi mesin pendingin.
a. Kerja kompresor (Win).
Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.1).
Win = h2– h1 (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : kerja kompresor per satuan massa refrigeran
h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk ke kompresor
h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar dari kompresor
b. Kalor yang dilepas kondensor (Qout)
Besarnya kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).
Qout = h2 – h3 (2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
Qout : kalor yang dilepas oleh kondensor per satuan massa refrigeran
h2 : nilai entalpi saat refrigeran keluar dari kompresor
(41)
c. Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Besarnya kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.3)
Qin = h1– h4 (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
Qin : kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar dari evaporator
h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk ke evaporator
d. Laju aliran massa refrigeran ̇
Laju aliran massa per satuan waktu dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)
̇ = W/Win = ( ⁄ ) Win (2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
̇ : laju aliran massa refrigeran ⁄
W : kerja kompresor per satuan waktu ⁄
Win : kerja kompresor per satuan massa refrigeran ⁄ V : besar tegangan listrik yang digunakan kompresor (V) I : besar arus listrik yang digunakan kompresor (A)
(42)
e. COP (Coefficient Of Performance)
COP digunakan untuk mengetahui kerja dari siklus kompresi uap. Semakin tinggi nilai COP, maka semakin baik juga kerja siklus kompresi uapnya. COP tidak memiliki satuan karena merupakan hasil perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan kerja kompresor. COP dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) dan (2.6) :
COPaktual = Qin / Win (2.5)
COPideal = Te / (Tc - Te) (2.6)
Pada Persamaan (2.5) dan (2.6) :
COPaktual : koefisien prestasi aktual mesin pendingin.
COPideal : koefisien prestasi ideal mesin pendingin.
Te : temperatur mutlak evaporator (K).
Tc : temperatur mutlak kondensor (K).
f. Efisiensi (η)
Efisiensi adalah besarnya tingkat efektifitas pada mesin pendingin, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.7)
η = (COPaktual / COPideal) (2.7)
Pada Persamaan (2.7) :
(43)
2.6 Tinjauan Pustaka
Anwar, K., melakukan penelitian tentang efek beban pendingin terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan variasi beban pendingin yang menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin. Performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2.64. Sedangkan untuk waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt).
Basri, M. H., melakukan penelitian tentang pengaruh temperatur kondensor terhadap kinerja mesin refrigerasi Focus 808. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh perubahan tekanan pada kondensor dan mendapatkan kondisi kerja yang optimal dalam pengoperasian mesin dengan mensimulasikan temperatur kondensor. Hasil penelitian menunjukkan kenaikan temperatur kondensor akan menyebabkan kenaikan daya kompresor, tetapi menurunkan kapasitas refrigerasi sehingga menurunkan koefisien prestasi sistem refrigerasi.
Dwinanda, D., melakukan penelitian tentang analisis pengaruh bentuk lekukan pipa kapiler pada refrigerator. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk lekukan pipa kapiler pada refrigerator. Penelitian ini menggunakan metode studi pustaka dan studi lapangan. Penelitian ini juga menyajikan daftar alat serta bahan yang dipergunakan untuk membuat refrigerator. Hasil dari percobaan ketiga pipa kapiler tersebut yang menghasilkan suhu dingin terendah dan COP terbesar adalah yang diberi lekukan spiral.
(44)
Wilis., melakukan penelitian penggunaan refrigeran 22 dan 134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan : (a) menghitung prestasi kerja refrigeran 22 dibandingkan dengan refrigeran 134a. (b) membahas refrigeran yang lebih ramah antara refrigeran 22 dengan 134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) menggunakan refrigeran 22 dan 134a. (b) menggunakan mesin pengkondisian udara dengan motor penggerak kompresor 2 HP. Dari hasil penelitian didapatkan : (a) refrigeran 22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari refrigeran 134a, tetapi tidak ramah lingkungan. (b) refrigeran 134a lebih ramah lingkungan, tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari refrigeran 22.
Riandri, S. R., melakukan penelitian tentang Mesin pendingin minuman dengan panjang pipa kapiler 150 cm dan daya kompresor 1/5 HP. Yang bertujuan : (a) menghitung kerja kompresor kerja kompresor per satuan massa refrigerant, (b) kalor yang dilepas kondensor per satuan masa refrigerant, (c) kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, (d) laju aliran massa, (e) COPaktual,
(f) COPideal, (g) efisiensi mesin pendingin. Hasil yang didapatkan dari penelitian :
(a) kerja kompresor terkecil = 47 kJ/kg, terbesar = 53 kJ/kg , rata-rata = 50,28 kJ/kg dan saat stabil besarnya sekitar = 50 kJ/kg. (b) kalor yang di lepas terkecil = 176 kJ/kg, terbesar = 200 kJ/kg, rata-rata = 184,71 kJ/kg dan saat stabil besarnya sekitar = 180 kJ/kg. (c) kalor yang diserap terkecil = 128 kJ/kg, terbesar = 147 kJ/kg, rata-rata = 134,42 kJ/kg dan saat stabil besarnya sekitar 130 kJ/kg. (d) laju aliran massa terkecil = 0,00371 kg/detik, terbesar = 0,00429 kg/detik, rata-rata = 0,00392 kg/detik dan saat stabil besarnya sekitar 0,00390 kg/detik. (e) COPaktual terkecil = 2,47, terbesar = 2,89, rata-rata = 2,67 dan saat stabil besarnya
(45)
sekitar 2,60. (f) COPideal terkecil = 3,69, terbesar = 3,83, rata-rata = 3,77 dan saat
stabil besarnya sekitar 3,70. (g) Efisiensi terbesar = 76 %, terkecil = 64 %, rata-rata = 70,42 % dan saat stabil besarnya sekitar 70 %.
(46)
26
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Alat Penelitian
Mesin yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin pendingin dengan daya kompresor 1/5 HP, kondensor dengan jumlah lintasan 8 lekukan U dengan jari-jari penguat, dua evaporator, filter, pipa kapiler dan refrigeran. Mesin pendingin minuman yang diteliti dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Mesin yang diteliti
a d
b
c
Keterangan :
(47)
3.2 Komponen – Komponen Alat Penelitian
Dalam pembuatan mesin pendingin dengan dua evaporator membutuhkan komponen komponen : (a) kompresor, (b) kondensor, (c) filter, (d) pipa kapiler, (e) evaporator, dan (f) refrigeran.
a. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi, dan mengalirkan refrigeran di dalam sistem mesin pendingin. Mesin pendingin ini menggunakan kompresor hermatik merk panasonic dengan daya input 1/5 HP. (1 HP = 745,7 watt, dengan arus 0,9 ampere, dan voltage : 220 V).
b. Kondensor
Dalam penelitian ini menggunakan kondensor jenis pipa dengan jumlah lintasan 8 lekukan U dengan sirip (jari-jari penguat). Kondensor bekerja secara berkebalikan dengan evaporator, yaitu merubah fase refrigeran dari gas menjadi cair. Kondensor melepas panas dari refrigeran ke udara disekitarnya karena adanya perbedaan suhu. Spesifikasi kondensor yang digunakan yaitu : panjang kondensor 65 cm, lebar kondensor 45 cm. Pipa kondensor berbahan besi, dengan diameter pipa 4,8 mm, Sirip (jari-jari penguat) kondensor berbahan baja, dengan diameter sirip 1,2 mm, dan jarak antar sirip 1,6 cm.
(48)
c. Filter
Fungsi dari filter ialah untuk menyaring kotoran-kotoran refrigeran agar kotoran-kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler di sistem pendingin dan juga agar tidak menyumbat pipa kapiler. Filter yang digunakan berbahan tembaga dengan panjang 8,5 cm, dan berdiameter 19 mm.
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk evaporator (atau dari tekanan tinggi ke tekanan rendah). Dalam penelitian ini menggunakan pipa kapiler berbahan tembaga dengan panjang 150 cm dan diameter 0,028 inch.
e. Evaporator
Evaporator difungsikan untuk mengubah fase refrigeran dari fase cair menjadi fase gas. Pada saat terjadi perubahan fase, kalor mengalir dari lingkungan ke evaporator. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan suhu antara refrigeran dengan suhu lingkungan sekitar. Suhu evaporator lebih rendah dari lingkungan. Jenis evaporator yang digunakan dalam penelitian adalah evaporator permukaan datar yang terbuat dari aluminium dan besi dengan ukuran panjang 44 cm, dan lebar 25 cm yang berjumlah dua evaporator.
(49)
f. Refrigeran
Refrigeran digunakan sebagai fluida kerja di dalam sistem pendingin. Dalam penelitian ini menggunakan refrigeran 134a (R-134a). Sifat-sifat refrigeran 134a tersaji pada Gambar (2.13).
3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin
Adapun peralatan pendukung dalam proses pembuatan mesin pendingin ini sebagai berikut :
a. Rangka atau badan mesin pendingin
Rangka berfungsi sebagai pendukung wadah dari semua rangkaian mesin pendingin yang diteliti. Ukuran rangka atau badan : tinggi 121 cm, panjang 95,5 cm, dan lebar 35 cm.
(50)
b. Pemotong pipa (Tubing cutter)
Sesuai namanya alat ini berfungsi sebagai alat pemotong pipa tembaga lunak. Pemotong pipa ini mempunyai sebuah pisau yang bulat dan tajam. Pisau tersebut dapat diputar pada porosnya, dimana sisi yang lain terdapat dua buah roda untuk menahan pipa yang akan di potong. Dua roda tersebut dapat ikut berputar.
Gambar 3.3 Pemotong pipa c. Pelebar pipa (Swagging tool)
Fungsinya untuk melebarkan diameter ujung pipa tembaga lunak yang akan disambung dengan pipa tembaga lunak yang berdiameter sama.
(51)
d. Manifold gauge
Manifold gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran dalam sistem pendinginan. Baik pada saat pengisian refrigeran dalam sistem pendingin maupun pada saat sistem beroperasi. Tekanan yang diukur adalah tekanan tinggi (keluar kompresor) dan tekanan rendah (tekanan masuk kompresor).
Gambar 3.5 Manifold gauge
e. Alat las
Alat las merupakan pipa dengan kran dan tabung berisi gas seperti tersaji pada Gambar 3.6 yang digunakan untuk menambal, menyambung dan melepaskan sambungan pipa tembaga pada sistem mesin pendingin.
(52)
f. Bahan las
Bahan las yang digunakan dalam penyambungan pipa dalam sistem mesin pendingin menggunakan bahan tembaga dan borak. Bahan borak digunakan jika penyambungan antara tembaga dan besi.
Gambar 3.7 Bahan las g. Metil
Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran pipa setelah selesai penyambungan dan pemasangan pipa sistem pendingin. Penggunaan cairan sebanyak satu tutup botol metil.
(53)
h. Thermostat
Thermostat adalah alat yang digunakan untuk mengatur suhu ruangan pendingin. Pada penelitian ini menggunakan thermostat dengan pengaturan suhu 12,5-1,5°C. Jika suhu yang diinginkan telah tercapai, maka kompresor akan mati.
Gambar 3.9 Thermostat dan spesifikasinya
i. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan untuk mengkondisikan agar sistem mesin pendingin dalam kondisi vakum, agar uap air yang berada di dalam sistem mesin pendingin dapat keluar dari sistem. Karena jika uap air tidak dikeluarkan maka ketika sistem berjalan uap air akan menjadi beku dan menyumbat aliran refrigeran.
(54)
Gambar 3.10 Pompa vakum
j. Styrofoam
Styrofoam berfungsi untuk menjaga agar kalor dari luar tidak masuk kedalam ruang pendinginan. Karena styrofoam memiliki nilai konduktivitas yang rendah sehingga kalor dari lingkungan luar tidak dapat masuk dengan cepat kedalam ruangan pendinginan.
(55)
k. Kipas
Kipas atau fan berfungsi mengalirkan udara untuk membantu menurunkan suhu casing kompresor agar kompresor tidak mengalami overheating.
Gambar 3.12 Kipas dan kompresor
3.4 Proses Pembuatan Mesin Pendingin
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin yaitu : a. Mempersiapkan rangka yang terbuat dari aluminium yang berfungsi sebagai
badan mesin pendingin. Lihat Gambar 3.2.
b. Memasang styrofoam di bagian dalam ruang pendinginan. Tepatnya di bagian samping kiri, kanan, atas, bawah, depan dan belakang dari ruang pendinginan yang terbuat dari kaca.
(56)
Gambar 3.13 Letak styrofoam dalam ruang pendinginan
c. Memasang kompresor pada dudukan dibagian bawah rangka yang sudah di siapkan, lihat Gambar 2.4.
d. Memasang kondensor pada bagian samping kiri pada rangka dengan menggunakan baut, lihat Gambar 2.5.
e. Memasang evaporator di dalam ruang pendinginan yang sudah ditutupi dengan styrofoam, lihat Gambar 2.8.
f. Memasang thermostat pada salah satu sisi pojok bagian bawah ruang pendinginan, lalu menghubungkan kabel thermostat dengan kabel kompresor dan memasukkan sensor thermostat di dalam ruangan pendinginan.
(57)
Gambar 3.14 Letak thermostat pada bagian bawah ruang pendinginan g. Melakukan pengelasan ujung pipa keluar kompresor dengan pipa masuk
kondensor, tetapi sebelum itu, melas (melakukan pengelasan) dan menyambungkan terlebih dahulu pipa untuk dudukan Manifold gauge. Seperti tersaji pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Sambungan ujung pipa keluar kompresor dan ujung pipa masuk kondensor serta dudukan Manifold gauge
(58)
h. Melakukan pengelasan dan menyambungkan ujung pipa masuk filter dengan lubang pipa keluar kondensor.
Gambar 3.16 Sambungan filter dengan ujung pipa keluar kondensor
i. Melakukan pengelasan ujung pipa keluar filter dengan ujung masuk pipa kapiler, lalu melakukan pengelasan ujung pipa kapiler yang satunya dengan ujung pipa masuk evaporator 1.
j. Melakukan pengelasan bagian ujung pipa keluar evaporator 1 dengan ujung pipa masuk evaporator 2 menggunakan sambungan T.
(59)
Gambar 3.17 Sambungan las pipa kapiler, evaporator 1 dan 2
k. Melakukan pengelasan ujung pipa masuk kompresor dengan ujung pipa keluar evaporator 2.
l. Memasangkan dan melakukan pengelasan potongan pipa kapiler dengan panjang kira-kira 10 cm pada lubang keluar filter.
(60)
m. Memasang fan (kipas) pada bagian bawah rangka bersebelahan dengan kompresor.
Gambar 3.19 Letak fan dekat kompresor
3.5 Proses Pemvakuman dan Pemetialan
Agar mesin pendingin dapat digunakan, perlu dilakukan proses pemvakuman. Proses ini merupakan proses untuk menghilangkan udara yang terjebak dalam sistem mesin pendingin. Setelah proses pemvakuman dilanjutkan dengan proses pemetilan. Proses ini merupakan proses pemberian cairan metil dengan tujuan untuk membersihkan sistem pendinginan dari kotoran atau debu-debu yang masuk kedalam pipa saat pengelasan atau pemasangan komponen mesin pendingin. Langkah-langkah proses pemvakuman dan pemetilan sebagai berikut :
(61)
a. Pertama menyiapkan pompa vakum, manifold gauge berserta selang merah dan biru, memasangkan selang merah pada tabung freon dan pipa hisap pompa vakum, lalu memasangkan selang biru pada pipa tekan pompa vakum dan pentil kompresor.
b. Menyalakan pompa vakum, secara otomatis udara yang terjebak dalam rangkaian akan keluar melewati potongan pipa kapiler yang telah dilas dengan lubang keluar filter.
c. Menaruh korek api yang sudah dinyalakan di depan ujung potongan pipa kapiler. Untuk memastikan sudah tidak ada udara lagi di dalam sistem.
d. Ketika sistem telah mencapai kondisi vakum, maka pada jarum pressure gauge akan menunjukkan angka yang negatif (secara maksimal).
e. Memasukkan metil ke dalam sistem sebanyak 1 tutup botol metil dengan cara menempelkan cairan metil pada potongan pipa kapiler.
f. Mematikan pompa vakum agar metil dapat terhisap dan masuk ke dalam sistem.
(62)
3.6 Proses Pengisian Refrigeran 134a
Pengisian refrigeran setelah proses pemvakuman dan pemetilan berhasil dilakukan. Ketika proses pengisian refrigeran, kompresor harus dalam keadaan menyala atau bekerja dan tekanannya harus dibawah 0 s/d – 30 psi. Langkah-langkah proses pengisian refrigeran pada mesin pendingin sebagai berikut : a. Persiapkan refrigeran 134a, manifold gauge, selang merah dan biru, pentil
kompresor, dan clamp meter.
b. Pasangkan pentil di bagian pipa pengisian refrigeran pada kompresor.
c. Pasang selang manifold berwarna merah pada pentil pengisian refrigeran pada kompresor dan selang warna biru pada tabung refrigeran 134a.
d. Setelah semua selang terpasang, buka penuh kran pada tabung refrigeran, dan nyalakan komperesor.
e. Kemudian pasang tang ampere pada salah satu kabel yang menuju overload
kompresor.
f. Buka keran manifold warna biru secara perlahan-lahan jangan sampai melebihi 10 psi.
g. Setelah angka tekanan sudah menunjukkan 10 psi dan pada clamp metersudah menunjukan angka yang sesuai pada spesifikasi kompresor tersebut misal 0,9A berarti refrigeran telah selesai diisi dan menutup semua keran pada manifold. Bila terjadi bunga es pada pipa evaporator, maka refrigeran telah bekerja dengan baik.
(63)
h. Setelah refrigeran telah terisi ke dalam sistem kemudian mematikan komperesor. Lalu melepaskan selang manifold, dan menutup penutup pentil kompresor.
3.7 Uji Coba
Mesin pendingin yang telah selesai dibuat perlu diuji untuk mendapatkan informasi dan spesifikasi apakah mesin pendingin telah benar-benar dapat bekerja dengan baik atau belum. Bila mesin pendingin dapat bekerja dengan baik berarti mesin pendingin tidak mengalami kebocoran atau kebuntuan, tetapi bila mesin pendingin bekerja dengan tidak baik berarti mesin pendingin mengalami kebocoran atau kebuntuan. Jika mesin pendingin belum dapat bekerja dengan baik, maka mesin pendingin perlu dibenahi atau dibetulkan dahulu, jika mesin pendingin sudah dapat bekerja dengan baik maka pengambilan data penelitian dapat dilakukan.
(64)
44
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Alur Penelitian
Tahap pembuatan dan penelitian mesin pendingin minuman mengikuti diagram alur seperti yang tersaji pada Gambar 4.1 :
Gambar 4.1 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin pendingin. Pengolahan Data Win, Qin, Qout, COPideal, Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ),
COPaktual, Efisiensi (), Pembahasan, Kesimpulan dan saran.
Selesai Baik
Tidak Baik Mulai
Perancangan Mesin Pendingin
Pemvakuman, Pemetilan, Penyambungan Mesin Pendingin Persiapan Komponen-Komponen Mesin Pendingin
Pengisian Refrigeran 134a
Uji Coba
Pengambilan Data P1, P2, T1, T3, Truang pendingin
Penggambaran Siklus Kompresi Uap Pada P-h Diagram, Diperoleh h1, h2, h3, h4, Tc, dan Te
(65)
Dalam penelitian mesin pendingin minuman dengan dua evaporator ini menggunakan beban pendingin minuman mineral kemasan sebanyak 1 botol dengan ukuran 600 ml. Proses penelitian berlangsung selama 130 menit dan dilakukan sebanyak 5 kali pengambilan data, dengan hari dan waktu yang berbeda.
4.2 Obyek yang Diteliti
Obyek yang diteliti adalah mesin pendingin minuman dengan dua evaporator, lihat Gambar 3.1.
4.3 Skematik Alat Penelitian
Untuk mengambil data-data pada penelitian diperlukan alat ukur tekanan dan alat ukur suhu. Posisi-posisi alat ukur untuk pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.
(66)
Gambar 4.2 Skematik alat penelitian menggunakan kipas pendingin kondensor
Gambar 4.3 Skematik alat penelitian tidak menggunakan kipas pendingin kondensor Pipa Kapiler filter T3 Kompresor P1 P2 Kondensor Thermokopel 1 2 Ruang pendingin Thermometer Analog Pipa Kapiler Kompresor P1 Thermokope l T3 1 2 Ruang Thermometer Analog T1 T1 Kipas Kondensor
(67)
Keterangan alat bantu penelitian pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 sebagai berikut :
a. Thermokopel dan alat penampil suhu digital (T1)
Berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran masuk kompresor. b. Thermokopel dan alat penampil suhu digital (T3)
Berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran yang keluar dari kondensor sebelum masuk ke pipa kapiler.
c. Thermometer Hygrometer Analog (Tbeban)
Berfungsi untuk mengukur suhu beban pendinginan di dalam ruang pendinginan.
d. Pressure gauge (P1)
Berfungsi untuk mengukur tekanan rendah refrigeran yang masuk ke kompresor.
e. Pressure gauge (P2)
Berfungsi untuk mengukur tekanan tinggi refrigeran yang keluar dari kompresor.
4.4 Variasi Penelitian
Penelitian dilakukan dengan membandingkan karakteristik mesin pendingin yang menggunakan kipas pendingin kondensor dengan mesin pendingin tanpa kipas pendingin kondensor.
(68)
4.5 Alat Bantu Penelitian
Untuk memperoleh data-data dalam penelitian ini, menggunakan beberapa alat bantu yaitu :
a. Thermokopel dan Penampil Suhu Digital
Kedua alat ini berfungsi untuk mengukur suhu pada saat pengambilan data-data dalam penelitian. Cara penggunaanya yaitu pertama pasangkan thermokopel pada penampil suhu digital lalu tempelkan ujung thermokopel pada bagian yang akan diukur.
(69)
Gambar 4.5 Alat penampil suhu digital (APPA)
(70)
b. Pressure Gauge
Pada penelitian ini pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran masuk ke kompresor dan keluar dari kompresor.
Gambar 4.7 Pressure gauge c. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pada saat proses pengambilan data.
(71)
4.6 Cara Mendapatkan Data
Data-data didapatkan dari alat-alat ukur yang telah di pasang pada bagian mesin pendingin yang sudah di tentukan. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengambilan data adalah sebagai berikut :
a. Menyiapkan peralatan pendukung untuk pengambilan data.
b. Memasukkan thermometer hygrometer analog kedalam ruang pendinginan, lalu tutup rapat ruang pendinginan agar dapat melihat peningkatan suhu di dalam ruang pendingin.
c. Menempelkan ujung kabel thermokopel 1 pada pipa masuk kompresor, untuk mendapatkan data suhu dari refrigeran sebelum masuk ke kompresor.
d. Menempelkan ujung kabel thermokopel 2 pada bagian pipa setelah filter sebelum refrigeran masuk ke pipa kapiler, untuk mendapatkan data suhu refrigeran sebelum masuk pipa kapiler.
e. Setelah semua alat ukur terpasang, nyalakanlah mesin pendingin minumannya untuk melakukan pengambilan data-data.
f. Data-data yang dicatat yaitu :
Tbeban : suhu beban pendinginan, (°C)
T1 : suhu refrigeran sebelum masuk ke kompresor, (°C)
T3 : suhu refrigeran sebelum masuk pipa kapiler, (°C)
P1 : tekanan randah refrigeran sebelum masuk kompresor, (psi)
(72)
Pengambilan data dilakukan 5 kali dengan waktu dan hari yang berbeda. Data diambil setiap 10 menit dengan total waktu selama 130 menit.Tabel pengisian data disajikan pada Tabel 4.1
Tabel 4.1 Tabel pengambilan data Waktu
(t) (Menit)
Tekanan (psi) Suhu (°C) P1 P2 T1 T3
Truang pendingin
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
(73)
4.7 Cara Mengolah Data dan Pembahasan
Cara yang digunakan unuk mengolah data dan pembahasan yaitu :
a. Menghitung rata-rata data yang sudah di dapat ( P1, P2, T1, T3,Truang pendingin)
dari hasil penelitian 1, 2, 3, 4, dan 5.
b. Sesudah diperoleh rata-rata dari datanya, selanjutnya menggambar siklus kompresi uap pada p-h diagram.
c. Dari hasil gambar siklus kompresi uap pada p-h diagram diperoleh nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu kondensor, dan suhu evaporator.
d. Setelah nilai entalpi didapat, lalu digunakan untuk mengetahui karakteristik dari mesin pendingin minuman yang diteliti dengan cara mengitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, laju aliran massa refrigeran, COPaktual, COPideal, dan efisiensi dari
mesin pendingin minuman dengan dua evaporator tersebut.
e. Hasil-hasil dari perhitungan untuk karakteristik mesin pendingin minuman dengan dua evaporator digambarkan dalam bentuk grafik untuk mempermudah pembahasan. Pembahasan yang dilakukan terhadap grafik mengacu juga pada tujuan penelitian.
(74)
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan & Saran
Dari hasil perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan, akan diperoleh suatu kesimpulan pada penelitian ini. Kesimpulan merupakan intisari dari pembahasan, yang harus sesuai dengan tujuan penelitian yang dilakukan. Saran ditulis dan diberikan agar pelaksanaan penelitian untuk masa-masa yang akan datang, dapat berjalan lebih baik. Saran juga berupa masukkan-masukkan terhadap pelaksanaan penelitian agar diperoleh hasil yang lebih baik.
(75)
55
BAB V
HASIL PENELITIAN,
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitian
Dari penelitian yang telah dilakukan terhadap mesin pendingin minuman dengan dua evaporator rangkaian seri, diperoleh nilai rata-rata tekanan refrigeran masuk kompresor (P1), tekanan refrigeran keluar kompresor (P2), suhu refrigeran
masuk kompresor (T1), suhu refrigeran keluar kondensor (T3), dan suhu udara di
dalam ruang pendinginan (Truang pendingin). Data hasil penelitian tersaji di dalam
Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (psi) menggunakan kipas pendingin kondensor
No
waktu Tekanan Suhu
(t) (psi) °C
Menit P1 P2 T1 T3 Truang pendingin
1 0 0 0 0 0 0
2 10 7,8 168,2 17,16 40,78 8,8 3 20 8,6 169 17,18 41,24 2,1 4 30 9,4 172,4 15,48 41,56 0,7 5 40 9,2 172 15,74 41,02 0,4 6 50 9,8 178,4 13,6 42,26 0 7 60 9,6 182,6 14,08 43,22 0 8 70 10 182 15,68 44,22 -0,3 9 80 9,2 176,4 15,74 42,7 -0,5 10 90 9,6 180 15,14 42,76 -0,7 11 100 9,6 180 15,78 42,82 -0,8 12 110 9,2 173 13,38 41,32 -1,2 13 120 9,4 178,8 16,68 43,4 -1,2 14 130 9,6 176,8 14,82 43,26 -1,2
(76)
Tabel 5.2 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) menggunakan kipas pendingin kondensor
No
waktu Tekanan Suhu
(t) (MPa) °C
Menit P1 P2 T1 T3 Truang pendingin
1 0 0 0 0 0 0
2 10 0,05 1,2 17,16 40,78 8,8 3 20 0,06 1,2 17,18 41,24 2,1 4 30 0,06 1,2 15,48 41,56 0,7 5 40 0,06 1,2 15,74 41,02 0,4 6 50 0,07 1,2 13,6 42,26 0 7 60 0,07 1,3 14,08 43,22 0 8 70 0,07 1,3 15,68 44,22 -0,3 9 80 0,06 1,2 15,74 42,7 -0,5 10 90 0,07 1,2 15,14 42,76 -0,7 11 100 0,07 1,2 15,78 42,82 -0,8 12 110 0,06 1,2 13,38 41,32 -1,2 13 120 0,06 1,2 16,68 43,4 -1,2 14 130 0,07 1,2 14,82 43,26 -1,2
Tabel 5.3 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (psi) tidak menggunakan kipas pendingin kondensor.
No
waktu
Tekanan (psi) Suhu °C (t)
Menit P1 P2 T1 T3 Truang pendingin
1 0 0 0 0 0 0
2 10 5,2 160 1,36 22,56 8,5 3 20 5,8 180 -0,54 15,1 3,8 4 30 7,6 181 -9,44 20,68 2,5 5 40 7,4 185 -7,7 20,96 2,5 6 50 8,2 191 -8,66 19,78 2,1 7 60 8,4 195 -6,08 19,92 1,7 8 70 9 194 -7,72 19,42 1,7 9 80 9,2 195 -7,28 19,36 1,7
10 90 9 190 -5,9 19,8 1,7
11 100 9,4 194 -6,5 18,78 1,4 12 110 9,4 196 -5,2 18,02 1,2 13 120 9,6 198 -4,86 18,64 0,7 14 130 9,6 201 -2,5 18,46 0,7
(77)
Tabel 5.4 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) tidak menggunakan kipas pendingin kondensor.
No
waktu
Tekanan (MPa) Suhu °C (t)
Menit P1 P2 T1 T3 Truang pendingin
1 0 0 0 0 0 0
2 10 0,04 1,1 1,36 22,56 8,5 3 20 0,04 1,2 -0,54 15,1 3,8 4 30 0,05 1,3 -9,44 20,68 2,5 5 40 0,05 1,3 -7,7 20,96 2,5 6 50 0,06 1,3 -8,66 19,78 2,1 7 60 0,06 1,3 -6,08 19,92 1,7 8 70 0,06 1,3 -7,72 19,42 1,7 9 80 0,06 1,3 -7,28 19,36 1,7 10 90 0,06 1,3 -5,9 19,8 1,7 11 100 0,06 1,3 -6,5 18,78 1,4 12 110 0,06 1,4 -5,2 18,02 1,2 13 120 0,07 1,4 -4,86 18,64 0,7 14 130 0,07 1,4 -2,5 18,46 0,7
Keterangan Tabel 5.2 dan Tabel 5.4 :
P1 = Tekanan refrigeran masuk kompresor (MPa).
P2 = Tekanan refrigeran keluar kompresor (MPa).
T1 = Suhu refrigeran masuk kompresor (C).
T3 = Suhu refrigeran keluar kondensor (C).
Truang pendingin = Suhu udara di dalam ruang pendinginan (C).
Tekanan yang dicantumkan dalam Tabel 5.2 dan Tabel 5.4 adalah tekanan absolut.
(78)
Dari hasil menggambar siklus kompresi uap pada P-h diagram, diperoleh nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu evaporator (Te) dan suhu kondensor (Tc), yang datanya
disajikan pada Tabel 5.5 yang menggunakan kipas pendingin kondesor dan Tabel 5.6 yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor.
Tabel 5.5 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Suhu (°C)
(menit) h1 h2 h3 h4 Te Tc
1 10 387 458 261 261 -41 42
2 20 382 449 264 264 -37 42
3 30 382 449 264 264 -37 42
4 40 382 449 264 264 -37 42
5 50 388 450 264 264 -34 42
6 60 388 448 265 265 -34 43
7 70 388 448 265 265 -34 43
8 80 382 449 264 264 -37 42
9 90 388 450 264 264 -34 42
10 100 388 450 264 264 -34 42
11 110 382 449 264 264 -37 42
12 120 382 449 264 264 -37 42
(79)
Tabel 5.6 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Suhu (°C)
(menit) h1 h2 h3 h4 Te Tc
1 10 379 449 259 259 -45 41
2 20 378 450 261 261 -45 42
3 30 382 452 266 266 -41 46
4 40 382 452 266 266 -41 46
5 50 385 449 265 265 -37 46
6 60 385 449 265 265 -37 46
7 70 385 449 265 265 -37 46
8 80 385 449 285 265 -37 46
9 90 385 449 265 265 -37 46
10 100 385 449 265 265 -37 46
11 110 386 450 264 269 -37 48
12 120 387 451 270 270 -34 48
13 130 387 451 270 270 -34 48
5.2 Perhitungan
a. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win).
Kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win) dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (5.1). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Win diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.5.
Win = h2– h1 (kJ/kg) ... (5.1)
= (449-382) kJ/kg = 67 kJ/kg
(80)
Tabel 5.7 Kerja kompresor (Win) dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas
pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Menggunakan Win Kipas (menit) h2 h1
1 10 458 387 71
2 20 449 382 67
3 30 449 382 67
4 40 449 382 67
5 50 450 388 62
6 60 448 388 60
7 70 448 388 60
8 80 449 382 67
9 90 450 388 62
10 100 450 388 62
11 110 449 382 67
12 120 449 382 67
13 130 450 388 62
Tabel 5.8 Kerja kompresor (Win) dari waktu ke waktu yang tidak menggunakan
kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg)
Win
Tidak Menggunakan
kipas (menit) h2 h1
1 10 449 379 70
2 20 450 378 72
3 30 452 382 70
4 40 452 382 70
5 50 449 385 64
6 60 449 385 64
7 70 449 385 64
8 80 449 385 64
9 90 449 385 64
10 100 449 385 64
11 110 450 386 64
12 120 451 387 64
(81)
Dari Tabel 5.7 Win dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas pendingin
kondensor, dan Tabel 5.8 yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti tersaji pada Gambar 5.2.
Gambar 5.1 Win dari waktu ke waktu
Pada Gambar 5.1 Win yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan kipas
dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda namun yang tidak menggunakan kipas lebih terlihat stabil dari yang menggunakan kipas.
50 55 60 65 70 75
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Win
(
k
J/k
g)
Menit (t)
Menggunakan Kipas Tidak Menggunakan Kipas
(82)
b. Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout).
Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan (5.2). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Qout diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.7.
Qout = h2– h3 (kJ/kg) ... (5.2)
= (449-264) kJ/kg
= 185 kJ/kg
Tabel 5.9 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout) yang
menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Qout (menit) h2 h3
1 10 458 261 197
2 20 449 264 185
3 30 449 264 185
4 40 449 264 185
5 50 450 264 186
6 60 448 265 183
7 70 448 265 183
8 80 449 264 185
9 90 450 264 186
10 100 450 264 186 11 110 449 264 185 12 120 449 264 185 13 130 450 264 186
(83)
Tabel 5.10 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout) tidak
menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Qout (menit) h2 h3
1 10 449 259 190
2 20 450 261 189
3 30 452 266 186
4 40 452 266 186
5 50 449 265 184
6 60 449 265 184
7 70 449 265 184
8 80 449 265 184
9 90 449 265 184
10 100 449 265 184 11 110 450 264 186 12 120 451 270 181 13 130 451 270 181
Dari Tabel 5.9 nilai Qout dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas
pendingin kondensor, dan Tabel 5.10 nilai Qout dari waktu ke waktu yang
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti tersaji pada Gambar 5.2.
Gambar 5.2 Qout dari waktu ke waktu 180
185 190 195 200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Qou t ( k J/k g) Menit (t) Menggunakan Kipas Tidak Menggunakan Kipas
(84)
Pada Gambar 5.2 Qout yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan
kipasdari waktu ke waktu telihat sama sama stabil.
c. Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin).
Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) dapat
dihitung dengan menggunakan Persamaan (5.3). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Qin diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.9.
Qin = h1– h4 (kJ/kg) ... (5.3)
= (382-264) kJ/kg
= 118 kJ/kg
Tabel 5.11 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) yang
menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Qin (menit) h1 h4
1 10 387 261 126
2 20 382 264 118
3 30 382 264 118
4 40 382 264 118
5 50 388 264 124
6 60 388 265 123
7 70 388 265 123
8 80 382 264 118
9 90 388 264 124
10 100 388 264 124 11 110 382 264 118 12 120 382 264 118 13 130 388 264 124
(85)
Tabel 5.12 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) yang
tidak menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Entalpi (kJ/kg) Qin (menit) h1 h4
1 10 379 259 120
2 20 378 261 117
3 30 382 266 116
4 40 382 266 116
5 50 385 265 120
6 60 385 265 120
7 70 385 265 120
8 80 385 265 120
9 90 385 265 120
10 100 385 265 120 11 110 386 269 117 12 120 387 270 117 13 130 387 270 117
Dari Tabel 5.11 nilai Qin dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas
pendingin kondensor, dan Tabel 5.12 nilai Qin dari waktu ke waktu yang tidak
menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 5.3.
Gambar 5.3 Qin dari waktu ke waktu 110
115 120 125 130
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Qi n ( k J/k g) Menit (t) Menggunakan Kipas Tidak Menggunakan Kipas
(86)
Pada Gambar 5.3 Qin yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan kipas
dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda dan stabil.
d. Laju aliran massa refrigeran (ṁ).
Laju aliran massa refrigeran (ṁ) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (5.4). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.11.
ṁ = Daya / Win = (V.I/1000) / Win ... (5.4)
= (220 V. 0,9 A / 1000) / (67 kJ/kg) = (198 Watt /1000) / (67 kJ/kg) = (0,198 kJ/detik) / (67 kJ/kg) = 0,00296 kg/detik = 2,96 gr/detik
Tabel 5.13 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Daya Win ṁ
(menit) (kJ/detik) (kJ/kg)
1 10 0,198 71 0,00279 2 20 0,198 67 0,00296 3 30 0,198 67 0,00296 4 40 0,198 67 0,00296 5 50 0,198 62 0,00319 6 60 0,198 60 0,00330 7 70 0,198 60 0,00330 8 80 0,198 67 0,00296 9 90 0,198 62 0,00319 10 100 0,198 62 0,00319 11 110 0,198 67 0,00296 12 120 0,198 67 0,00296 13 130 0,198 62 0,00319
(87)
Tabel 5.14 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor
No
Waktu
t Daya Win ṁ
(menit) (kJ/detik) (kJ/kg) (kg/detik) 1 10 0,198 70 0,00283 2 20 0,198 72 0,00275 3 30 0,198 70 0,00283 4 40 0,198 70 0,00283 5 50 0,198 64 0,00309 6 60 0,198 64 0,00309 7 70 0,198 64 0,00309 8 80 0,198 64 0,00309 9 90 0,198 64 0,00309 10 100 0,198 64 0,00309 11 110 0,198 64 0,00309 12 120 0,198 64 0,00309 13 130 0,198 64 0,00309
Dari Tabel 5.13 nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas pendingin kondensor dan Tabel 5.14 nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) dari waktu ke waktu yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti tersaji pada Gambar 5.4.
(88)
Gambar 5.4 ṁ dari waktu ke waktu
Pada Gambar 5.4 ṁyang menggunakan kipas dan yang tidak menggunakan kipas dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda namun yang tidak menggunakan kipas lebih terlihat stabil dari yang menggunakan kipas.
e. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)mesin pendingin.
Koefisien prestasi aktual (COPaktual) mesin pendingin dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (5.5). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai COPaktual diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.13.
COPaktual = Qin/Win = (h1-h4)/(h2-h1) ... (5.5)
= (118/67) = (382-264)/(449-382) kJ/kg = 1,76 kJ/kg
0,0025 0,0027 0,0029 0,0031 0,0033 0,0035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
ṁ kg
/d
eti
k
Menit (t)
Menggunakan Kipas
Tidak
Menggunakan Kipas
(89)
Tabel 5.15 Nilai COPaktual mesin pendingin yang menggunakan kipas pendingin
kondensor
No
Waktu
t Qin Win COP
aktual
(menit) (kJ/kg) (kJ/kg)
1 10 126 71 1,77
2 20 118 67 1,76
3 30 118 67 1,76
4 40 118 67 1,76
5 50 124 62 2,00
6 60 123 60 2,05
7 70 123 60 2,05
8 80 118 67 1,76
9 90 124 62 2,00
10 100 124 62 2,00 11 110 118 67 1,76 12 120 118 67 1,76 13 130 124 62 2,00
Tabel 5.16 Nilai COPaktual mesin pendingin yang tidak menggunakan kipas
pendingin kondensor
No
Waktu
t Qin Win COPaktual
(menit) (kJ/kg) (kJ/kg)
1 10 120 70 1,71
2 20 117 72 1,63
3 30 116 70 1,66
4 40 116 70 1,66
5 50 120 64 1,88
6 60 120 64 1,88
7 70 120 64 1,88
8 80 120 64 1,88
9 90 120 64 1,88
10 100 120 64 1,88 11 110 117 64 1,83 12 120 117 64 1,83 13 130 117 64 1,83
(90)
Dari Tabel 5.15 nilai COPaktual mesin pendingin dari waktu ke waktu yang
menggunakan kipas pendingin kondensor dan Tabel 5.16 nilai COPaktual mesin
pendingin dari waktu ke waktu yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 5.5.
Gambar 5.5 COPaktual mesin pendingin dari waktu ke waktu
Pada Gambar 5.5 COPaktual yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan
kipas dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda namun yang tidak menggunakan kipas lebih terlihat stabil dari yang menggunakan kipas.
f. Koefisien prestasi ideal (COPideal) mesin pendingin.
Koefisien prestasi ideal (COPideal) mesin pendingin dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (5.6). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai COPideal diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.15.
COPideal = (Te )/(Tc- Te) ... (5.6)
= (236)/(315-236) = 236/79 = 2,99 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
COP a k tu a l Menit (t) Menggunakan Kipas Tidak Menggunakan Kipas
(91)
Tabel 5.17 Nilai COPideal mesin pedingin yang menggunakan kipas
pendingin kondensor
No
Waktu
t Suhu (K) COP
ideal
(menit) Te Tc
1 10 232 315 2,80
2 20 236 315 2,99
3 30 232 315 2,80
4 40 236 315 2,99
5 50 232 315 2,80
6 60 236 316 2,95
7 70 232 316 2,76
8 80 236 315 2,99
9 90 232 315 2,80
10 100 236 315 2,99 11 110 232 315 2,80 12 120 236 315 2,99 13 130 232 315 2,80
Tabel 5.18 Nilai COPideal mesin pedingin yang tidak menggunakan kipas
pendingin kondensor
No
Waktu
t Suhu (K) COPideal (menit) Te Tc
1 10 228 314 2,65
2 20 228 315 2,62
3 30 232 319 2,67
4 40 232 319 2,67
5 50 236 319 2,84
6 60 236 319 2,84
7 70 236 319 2,84
8 80 236 319 2,84
9 90 236 319 2,84
10 100 236 319 2,84 11 110 236 321 2,78 12 120 239 321 2,91 13 130 239 321 2,91
(1)
105
Lampiran 2.8. Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 80 menit
(2)
106
Lampiran 2.9. Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 90 menit
(3)
107
Lampiran 2.10. Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 100 menit
(4)
108
Lampiran 2.11. Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 110 menit.
(5)
109
Lampiran 2.12. Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 120 menit
(6)
110
Lampiran 2.13. Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 130 menit