Perbandingan COP dan efisiensi mesin pendingin refrigeran sekunder antara refrigeran primer R-134a dengan R-404a.

INTISARI

Mesin pendingin banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis. Mesin pendingin dapat dijumpai pada setiap rumah tangga, supermarket, penginapan, perkantoran, rumah sakit, perindustrian, tempat-tempat hiburan dan sarana transportasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin sekunder

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan variabel bebas yaitu refrigeran R-134a dan R-404a dan variabel terikat nilai Qin, Qout, Win, COP dan efisiensi mesin pendingin. Prinsip kerja mesin pendingin dibuat sesuai dengan siklus kompresi uap. Pengujian dilakukan di Laboraturium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Objek dalam penelitian ini adalah mesin pendingin refrigeran primer 134a dan mesin pendingin refrigeran primer R-404a dengan masing-masing mesin pendingin menggunakan refrigeran sekunder

ethyleneglycol.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kerja kompresor R-404a lebih besar dibandingkan dengan R-134a, kalor yang dilepas kondensor R-134a lebih besar dari pada R-404a, kalor yang diserap evaporator R-134a lebih besar daripada R-404a, COP (Coefficient of Performance) aktual R-134a lebih besar daripada R-404a dengan COPaktual tertinggi R-134a didapat 3,002 dan R-404a didapat 2,343, COP (Coefficient of Performance) ideal R-134a lebih besar daripada R-404a dengan COPideal tertinggi R-134a didapat 3,901 dan R-404a didapat 3,434 dan efisiensi dari mesin pendingin 134a lebih besar daripada R-404a dengan efisiensi tertinggi R-134a didapat 78,70% dan R-R-404a didapat 68,69%.

ABSTRACT

Cooling machines are widely used in daily life, especially in the tropical Country. Cooling Machine can be found in every household, supermarkets, lodging, offices, hospitals, industrial, entertainment venues and transportation. The aims of this research is to investigate the characteristic of the secondary refrigerant cooling machine.

This research is an experimental research with the independent variables are the refrigerant R-134a and refrigerant R-404a and the dependent variable are Qin, Qout, Win, COP, and the cooling machine efficiency. The working principle of the cooling machine obey the vapor compression cycle. The research is conducted in Energy Conversion Laboratory Sanata Dharma University Yogyakarta. The object of this study are the engine primary coolant R-134a and engine primary coolant R-404a with each primary refrigerant machine using a secondary refrigerant: ethyleneglycol.

The results of this reseach show that the R-404a compressor work is greater than 134a, the heat released condensor 134a is greater than the R-404a, the heat absorbed by the evaporator R-134a is greater than R-R-404a, COP (Coefficient of performance) actual R-134a is greater than R-404a with the highest R-134a COPaktual obtained 3.002 and R-404a obtained 2,343, COP

(Coefficient of performance) ideal of R-134a is greater than R-404a with the highest R-134a COPideal obtained 3.901 and R-404a obtained 3,434 and efficiency

of the engine coolant 134a is greater than 404a with the highest efficiency R-134a obtained 78.70% and R-404a obtained 68.69%.

Keywords: secondary refrigerant cooling machine, COP, the vapor compression cycle.

i

PERBANDINGAN COP DAN EFISIENSI

MESIN PENDINGIN REFRIGERAN SEKUNDER ANTARA

REFRIGERAN PRIMER R-134a DENGAN R-404a

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

LORENTIUS NICO ADVERY NIM: 105214025

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2014

ii

A COMPARISON COP AND COOLING MACHINE

EFFICIENCY OF SECONDARY REFRIGERANT IN

PRIMARY REFRIGERANT R134a AND R404a

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By:

LORENTIUS NICO ADVERY Student Number : 105214025

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

The fruit of Silence is prayer. The fruit of Prayer is faith. The fruit of Faith is love. The fruit of Love is service. The fruit of Service is Peace

– Mother Theresa-

Ketika kamu berada di tengah, jangan putus asa karena kamu sama dekatnya ke atas dan ke bawah.

Setiap pertanyaan yang dapat dijawab harus dijawab atau setidaknya ditanggapi. Hal-hal yang tidak logis harus dipertanyakan begitu muncul. Jawaban yang salah

harus diperbaiki. Jawaban yang benar harus diteguhkan.

–Erudite-

Kupersembahkan karya ini untuk:

Tuhan Yesus Juruselamat dan pedoman hidupku

Orangtuaku tersayang dengan segala hal terbaik yang diberikan padaku

Maria Gabriela Roswita yang telah menerimaku apa adanya dan menyemangatiku

viii

INTISARI

Mesin pendingin banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis. Mesin pendingin dapat dijumpai pada setiap rumah tangga, supermarket, penginapan, perkantoran, rumah sakit, perindustrian, tempat-tempat hiburan dan sarana transportasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin sekunder

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan variabel bebas yaitu refrigeran R-134a dan R-404a dan variabel terikat nilai Qin, Qout, Win, COP dan efisiensi mesin pendingin. Prinsip kerja mesin pendingin dibuat sesuai dengan siklus kompresi uap. Pengujian dilakukan di Laboraturium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Objek dalam penelitian ini adalah mesin pendingin refrigeran primer 134a dan mesin pendingin refrigeran primer R-404a dengan masing-masing mesin pendingin menggunakan refrigeran sekunder

ethyleneglycol.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kerja kompresor R-404a lebih besar dibandingkan dengan R-134a, kalor yang dilepas kondensor R-134a lebih besar dari pada R-404a, kalor yang diserap evaporator R-134a lebih besar daripada R-404a, COP (Coefficient of Performance) aktual R-134a lebih besar daripada R-404a dengan COPaktual tertinggi R-134a didapat 3,002 dan R-404a didapat 2,343, COP (Coefficient of Performance) ideal R-134a lebih besar daripada R-404a dengan COPideal tertinggi R-134a didapat 3,901 dan R-404a didapat 3,434 dan efisiensi dari mesin pendingin 134a lebih besar daripada R-404a dengan efisiensi tertinggi R-134a didapat 78,70% dan R-R-404a didapat 68,69%.

ix

ABSTRACT

Cooling machines are widely used in daily life, especially in the tropical Country. Cooling Machine can be found in every household, supermarkets, lodging, offices, hospitals, industrial, entertainment venues and transportation. The aims of this research is to investigate the characteristic of the secondary refrigerant cooling machine.

This research is an experimental research with the independent variables are the refrigerant R-134a and refrigerant R-404a and the dependent variable are Qin, Qout, Win, COP, and the cooling machine efficiency. The working principle of the cooling machine obey the vapor compression cycle. The research is conducted in Energy Conversion Laboratory Sanata Dharma University Yogyakarta. The object of this study are the engine primary coolant R-134a and engine primary coolant R-404a with each primary refrigerant machine using a secondary refrigerant: ethyleneglycol.

The results of this reseach show that the R-404a compressor work is greater than 134a, the heat released condensor 134a is greater than the R-404a, the heat absorbed by the evaporator R-134a is greater than R-R-404a, COP (Coefficient of performance) actual R-134a is greater than R-404a with the highest R-134a COPaktual obtained 3.002 and R-404a obtained 2,343, COP

(Coefficient of performance) ideal of R-134a is greater than R-404a with the highest R-134a COPideal obtained 3.901 and R-404a obtained 3,434 and efficiency

of the engine coolant 134a is greater than 404a with the highest efficiency R-134a obtained 78.70% and R-404a obtained 68.69%.

Keywords: secondary refrigerant cooling machine, COP, the vapor compression cycle.

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat

dan rahmat-Nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik

dan lancar.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana

pada Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan

skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan

terima kasih kepada:

1. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

2. A. Prasetyadi, S.Si., M. Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

3. Seluruh Laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma.

4. Seluruh Staf dan Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan

memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……… i

TITLE PAGE ………. ii

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

HALAMAN PENGESAHAN ... ………... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ……….. vii INTISARI ………. vii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ………... x

DAFTAR ISI ……….. xii

DAFTAR GAMBAR …………...……….. xv

DAFTAR TABEL ...………. xix

DAFTAR LAMPIRAN ... xx

BAB I PENDAHULUAN ……….. 1

1.1 Latar Belakang ……….. 1

1.2 Perumusan Masalah ………... 3

1.3 Tujuan ………... 3

1.4 Batasan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin …………... 4

xiii

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ..…………. 6

2.1 Dasar Teori ……… 6

2.1.1 Definisi Mesin Pendingin ... 6

2.1.2 Refrigeran ... 16

2.1.3 Laju Perpindahan Kalor ... 20

2.1.4 Siklus Kompresi Uap pada Mesin Pendingin ... 21

2.1.5 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin ... 25

2.2 Tinjauan Pustaka ... 29

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 31

3.1. Komponen Mesin Pendingin ... 31

3.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin ... 36

3.3. Pembuatan Mesin Pendingin ... 44

3.4. Pengisian Metil ... 49

3.5. Proses Pemvakuman ... 50

3.6. Proses Pengisian Refrigeran ... 52

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 53

4.1 Jenis Penelitian ... 53

4.2 Objek Penelitian ... 53

4.3 Skema Penelitian ... 55

4.4 Skema Pengambilan Data Penelitian ... 57

4.5 Alat Bantu Penelitian ... 59

4.6 Cara Mendapatkan Data ... 61

xiv

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 64

BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN ... 65

5.1 Hasil Pengambilan Data ... 65

5.1.1 Pengambilan Data Refrigeran R-134a ... 65

5.1.2 Pengambilan Data Refrigeran R-404a ... 68

5.2 Perhitungan ... 70

5.2.1 Kerja Kompresor persatuan Massa Refrigeran ... 71

5.2.2 Energi Kalor persatuan Massa Refrigeran yang Dilepas Kondensor ... 73

5.2.3 Energi Kalor persatuan Massa Refrigeran yang Diserap Evaporator ... 75

5.2.4 Koefisien Prestasi Aktual ... 77

5.2.5 Koefisien Prestasi Ideal ... 79

5.2.6 Efisiensi Mesin Pendingin ... 81

5.2.7 Laju Aliran Massa Refrigeran ... 83

5.2.8 Daya Aktual Kompresor ... 85

5.3 Pembahasan ... 87

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 91

6.1 Kesimpulan ... 91

6.2 Saran ... 92

DAFTAR PUSTAKA ... 94

xv

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kompresor semihermetik ... 8

Gambar 2.2.a Kompresor hermetik ... 9

Gambar 2.2.b Kompresor hermetik ... 9

Gambar 2.3 Kompresor open type ... 10

Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat ... 11

Gambar 2.5 Kondensor mobil ... 11

Gambar 2.6 Pipa kapiler dan hand valve ... 12

Gambar 2.7 Automatic expansion valve ... 13

Gambar 2.8 Thermostatic expansion valve ... 13

Gambar 2.9 Evaporator dengan permukaan datar, evaporator pipa- pipa dan evaporator dengan sirip ... 14

Gambar 2.10 Jenis-jenis filter ... 15

Gambar 2.11 Thermostat ... 16

Gambar 2.12 Siklus Kompresi Uap ... 21

Gambar 2.13 Diagram P-h ... 22

Gambar 2.14 Diagram T-s ... 23

Gambar 3.1 Kompresor ... 31

Gambar 3.2 Kondensor ... 32

Gambar 3.3 Pipa kapiler ... 33

Gambar 3.4 Evaporator ... 33

xvii

Gambar 3.6 Tabung Refrigeran R-134a ... 35

Gambar 3.7 Tabung Refrigeran R-404a ... 35

Gambar 3.8 Ethylene glycol ... 36

Gambar 3.9 Tube cutter ... 37

Gambar 3.10 Pembengkok pipa ... 37

Gambar 3.11 Pelebar Pipa ... 38

Gambar 3.12 Manifold gauge ... 39

Gambar 3.13 Manifold gauge ... 39

Gambar 3.14 Charging manifold gauge ... 40

Gambar 3.15 Gas dan alat las tembaga ... 40

Gambar 3.16 Perak, kuningan dan boraks ... 41

Gambar 3.17 Metil ... 42

Gambar 3.18 Pompa vakum ... 43

Gambar 3.19 Meja kayu dan komponen mesin pendingin ... 43

Gambar 3.20 Toples ... 44

Gambar 3.21 Isolasi pipa jenis superlon ... 44

Gambar 3.22 Pembuatan evaporator ... 45

Gambar 3.23 Pemasangan kondensor, stoples evaporator dan kompresor ... 46

Gambar 3.24 Penyambungan pipa T dengan pipa input dan pipa output kompresor ... 47

Gambar 3.25 Penyambungan pipa T dengan pipa kondensor ... 47

xviii

Gambar 3.27 Proses Pemvakuman ... 51

Gambar 4.1 Mesin pendingin ... 54

Gambar 4.2 Bagian-bagian mesin pendingin ... 54

Gambar 4.3 Skema pembuatan dan penelitian mesin pendingin ... 56

Gambar 4.4 Skema pengambilan data penelitian mesin pendingin ... 57

Gambar 4.5 Termometer ruangan ... 59

Gambar 4.6 Thermocouple dan penampil suhu digital APPASI ... 60

Gambar 4.7 Clamp meter ... 60

Gambar 4.8 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi.. 63

Gambar 5.1 Grafik hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dengan waktu ... 72

Gambar 5.2 Grafik hubungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dengan waktu ... 74

Gambar 5.3 Grafik hubungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dengan waktu ... 76

Gambar 5.4 Grafik hubungan koefisien prestasi aktual dengan waktu 78 Gambar 5.5 Grafik hubungan koefisien prestasi ideal dengan waktu 80 Gambar 5.6 Grafik hubungan efisiensi mesin pendingin dengan waktu ... 82 Gambar 5.7 Grafik hubungan laju aliran massa refrigeran mesin pendingin dengan waktu ... 84

Gambar 5.8 Grafik hubungan daya aktual kompresor mesin pendingin dengan waktu ... 86

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tabel Pengambilan Data Suhu dan Data Tekanan dalam Satuan

Waktu ... ₆₂

Tabel 5.1 Hasil pengambilan data refrigeran R-134a ... 65

Tabel 5.2 Data untuk mencari nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a ... 66

Tabel 5.3 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-134a ... 67

Tabel 5.4 Hasil pengambilan data refrigeran R-404a ... 68

Tabel 5.5 Data untuk mencari nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-404a ... 69

Tabel 5.6 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor refrigeran R-404a ... 70

Tabel 5.7 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ... 72

Tabel 5.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran ... 74

Tabel 5.9 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran ... 76

Tabel 5.10 Koefisien prestasi aktual ... 78

Tabel 5.11 Koefisien prestasi ideal ... 80

Tabel 5.12 Efisiensi ( ɳ ) mesin pendingin ... 82

Tabel 5.13 Laju aliran massa refrigeran ( ṁ ) mesin pendingin ... 84

xx

LAMPIRAN

Lampiran 1. P-h diagram menit ke-30 refrigeran R-134a ... 96

Lampiran 2. P-h diagram menit ke-60 refrigeran R-134a ... 97

Lampiran 3. P-h diagram menit ke-90 refrigeran R-134a ... 98

Lampiran 4. P-h diagram menit ke-120 refrigeran R-134a ... 99

Lampiran 5. P-h diagram menit ke-150 refrigeran R-134a ... 100

Lampiran 6. P-h diagram menit ke-180 refrigeran R-134a ... 101

Lampiran 7. P-h diagram menit ke-210 refrigeran R-134a ... 102

Lampiran 8. P-h diagram menit ke-240 refrigeran R-134a ... 103

Lampiran 9. P-h diagram menit ke-270 refrigeran R-134a ... 104

Lampiran 10. P-h diagram menit ke-300 refrigeran R-134a ... 105

Lampiran 11. P-h diagram menit ke-330 refrigeran R-134a ... 106

Lampiran 12. P-h diagram menit ke-360 refrigeran R-134a ... 107

Lampiran 13. P-h diagram menit ke-390 refrigeran R-134a ... 108

Lampiran 14. P-h diagram menit ke-420 refrigeran R-134a ... 109

Lampiran 15. P-h diagram menit ke-30 refrigeran R-404a ... 110

Lampiran 16. P-h diagram menit ke-60 refrigeran R-404a ... 111

Lampiran 17. P-h diagram menit ke-90 refrigeran R-404a ... 112

Lampiran 18. P-h diagram menit ke-120 refrigeran R-404a ... 113

Lampiran 19. P-h diagram menit ke-150 refrigeran R-404a ... 114

Lampiran 20. P-h diagram menit ke-180 refrigeran R-404a ... 115

xxi

Lampiran 22. P-h diagram menit ke-240 refrigeran R-404a ... 117

Lampiran 23. P-h diagram menit ke-270 refrigeran R-404a ... 118

Lampiran 24. P-h diagram menit ke-300 refrigeran R-404a ... 119

Lampiran 25. P-h diagram menit ke-330 refrigeran R-404a ... 120

Lampiran 26. P-h diagram menit ke-360 refrigeran R-404a ... 121

Lampiran 27. P-h diagram menit ke-390 refrigeran R-404a ... 122

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman dan bertambahnya penduduk,

berbagai kebutuhan manusia yang digunakan untuk menunjang kenyamanan

hidupnya semakin meningkat. Segala macam kebutuhan mereka penuhi dengan

memanfaatkan teknologi yang ada, untuk menunjang kenyamanan hidupnya.

Kebutuhan yang digunakan untuk menunjang kenyamanan hidup manusia di

antaranya adalah kebutuhan mesin pendingin yang banyak dijumpai pada setiap

rumah tangga, supermarket, penginapan, perkantoran, rumah sakit, perindustrian,

tempat-tempat hiburan dan didalam peralatan transportasi. Mesin pendingin dapat

digunakan untuk berbagai macam fungsi yaitu: untuk menyimpan bahan makanan

agar tidak cepat membusuk atau basi, untuk mendinginkan udara dalam ruangan

agar menjadi sejuk, untuk menyimpan minuman agar dingin saat diminum dan

membekukan air agar menjadi es sebagai bahan untuk melepas dahaga.

Semakin berkembangnya teknologi, semakin banyak penemuan mesin

pendingin modern yang lebih canggih. Berbagai macam model mesin pendingin

yang dikembangkan dan digunakan di kehidupan sehari-hari juga semakin

bervariasi yaitu: refrigerator, freezer, chest freezer, dispenser, chiller, ice maker, cold storage, showcase, air conditioner (AC) dan lain-lainnya.

Refrigerator atau kulkas banyak digunakan orang untuk mendinginkan sayuran, buah-buahan, telur, minuman dan berbagai macam makanan lainnya.

Kulkas juga digunakan untuk membekukan air dan daging, sesuai dengan variasi

kapasitas tempat pendinginan pada kulkas. Jika pada kulkas tidak terdapat variasi

yang digunakan untuk membekukan, maka kulkas tersebut tidak dapat digunakan

untuk membekukan air dan daging. Kulkas biasanya banyak dimanfaatkan dalam

rumah tangga karena dapat membantu ibu rumah tangga untuk menyimpan

persediaan makanan sehari-hari, sehingga tidak perlu berbelanja persediaan

makanan yang mudah basi setiap hari.

Freezer atau mesin pembeku hampir sama dengan kulkas dapat digunakan untuk membekukan, namun kapasitas mesin pembeku lebih besar dan suhunya

lebih rendah dan biasanya digunakan untuk membekukan air dan daging sehingga

awet serta dapat bertahan lama. Peralatan trasportasi seperti pembawa es krim dan

berbagai alat trasportasi lainnya juga memanfaat mesin pembeku ini, sehingga

membantu dan mempermudah pengiriman jenis-jenis makanan yang perlu

dibekukan. Selain untuk membekukan dalam kapasitas besar, mesin pembeku

juga dapat digunakan untuk membekukan air menjadi es sesuai dengan kapasitas

yang diinginkan dan seandainya ingin membuat es dengan kapasitas kecil dapat

menggunakan ice maker.

Air Conditioner (AC) digunakan untuk mendinginkan udara dalam suatu ruangan agar lebih baik dan lebih nyaman ditempati. Kondisi udara yang nyaman

dilihat dari berbagai faktor meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan kecepatan

udara yang dialirkan dalam ruangan. AC juga dapat digunakan dalam suatu alat

dengan nyaman. Alat transportasi yang memanfaatkan AC yaitu: mobil, bus,

kereta api, kapal dan pesawat.

Melihat latar belakang kebutuhan mesin pendingin yang sangat di butuhkan

untuk kepentingan manusia dalam kehidupan sehari hari, penulis tertarik untuk

mendalami mesin pendingin dengan melakukan pembuatan dan penelitian tentang

mesin pendingin. Diharapkan hasil penelitian dapat memberikan manfaat yang

banyak bagi para peneliti mesin pendingin kompresi uap.

1.2. Perumusan Masalah

Rumusan dari penelitian adalah:

a. Berapakah kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran?

b. Berapakah kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran?

c. Seberapa besarkah kerja kompresor persatuan massa refrigeran?

d. Berapakah nilai COP dari mesin pendingin refrigeran sekunder dengan

refrigeran primer yang menggunakan R-134a dan R-404a? Dan seperti apakah

perbandingan efisiensi dari kedua mesin pendingin tersebut?

1.3. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Membuat mesin pendingin refrigeran sekunder.

b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin refrigeran sekunder yang telah

dibuat:

1. Menghitung kalor yang diserap evaporator perasatuan massa refrigeran (Qin)

2. Menghitung kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)

4. Mengetahui dan membandingkan nilai COP dari mesin pendingin refrigeran

sekunder dengan refrigeran primer yang menggunakan R-134a dan R-404a.

5. Mengetahui dan membandingkan efisiensi dari mesin pendingin refrigeran

sekunder dengan refrigeran primer yang menggunakan R-134a dan R-404a.

1.4. Batasan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin

Batasan-batasan yang diambil dalam pembuatan mesin pendingin :

a. Kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah hermetik yang

mempunyai spesifikasi daya 124 watt, arus listrik 0.92 ampere, beda potensial

220 VAC, frekuensi 50/60 Hz dan 1 phase.

b. Evaporator yang digunakan mesin pendingin adalah pipa berbahan tembaga

berdiameter 0,25 inch (6,35 mm) dan panjang 8 m.

c. Kondensor yang digunakan mesin pendingin adalah kondensor standar 12 U.

d. Pipa kapiler yang digunakan terbuat dari tembaga, berdiameter 0,026 inch

(0,66 mm) dan panjang 2 m.

e. Filter yang digunakan memiliki 1 lubang masuk dan 2 lubang keluar.

f. Beban pendinginan yang digunakan pada penelitian ini adalah air dengan

volume 0,5 liter.

g. Refrigeran sekunder yang digunakan adalah ethylene glycol. h. Refrigeran primer yang digunakan adalah R-134a dan R-404a.

i. Tempat refrigeran sekunder mempunyai kapasitas 5 liter dan di isolasi dengan

udara setebal 3 cm.

j. Menggunakan low pressure gauge kapasitas tekanan 0 psi hingga 250 psi dan menggunakan high pressure gauge kapasitas 0 psi hingga 500 psi.

k. Tekanan refrigeran primer R-134a dan R-404a pada saat pengisian adalah 5

psig.

1.5. Manfaat

Manfaat penelitian mesin pendingin refrigeran sekunder dengan refrigeran

primer yang menggunakan R134a dan R404a ini adalah:

a. Dapat memberikan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan tentang

mesin pendingin.

b. Dapat memberikan hasil penelitian yang dapat digunakan sebagai referensi

pustaka bagi peneliti-peneliti yang hendak meneliti dan mengembangkan

6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin yang di dalamnya terdapat siklus refrigeran,

sehingga terjadi perubahan suhu dan tekanan. Mesin pendingin berguna untuk

untuk menurunkan suhu dari bahan yang didinginkan. Proses perubahan suhu dan

tekanan terjadi di dalam siklus saat mesin pendingin bekerja. Mesin pendingin

menggunakan bahan pendingin (refrigeran) yang memiliki siklus dalam proses

kerjanya menyerap panas dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan

rendah dan tekanan tinggi dalam bagian komponen tertentu pada mesin pendingin.

Sirkulasi siklus tersebut terjadi berulang ulang. Refrigeran yang digunakan mesin

pendingin jumlahnya tetap, namun yang berubah hanya bentuknya.

Siklus kerja yang sering digunakan dalam kehidupan sehari hari adalah

mesin pendingin dengan siklus kompresi uap. Prinsip kerja mesin pendingin

adalah jika motor penggerak berputar maka akan memutar kompresor.

Beroperasinya kompresor membuat suhu maupun tekanan refrigeran menjadi

naik, hal ini disebabkan molekul-molekul dari refrigeran bergerak lebih cepat

akibat proses kompresi. Kompresor mengkompresi refrigeran menuju kondensor

untuk melepaskan kalor ke lingkungan sekitar kondensor. Kalor dari kondensor

dapat mengalir ke lingkungan di sekitar kondensor karena suhu kondensor lebih

cair, refrigeran keluar dari kondensor, refrigeran kemudian mengalir menuju pipa

kapiler dengan melewati filter terlebih dahulu untuk mengalami proses

penyaringan kotoran. Refrigeran di dalam pipa kapiler mengalami proses

penurunan suhu dan tekanan. Proses di pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang

tetap. Fase refrigeran berubah dari fase campuran yaitu fase cair dan gas. Setelah

melewati pipa kapiler, refrigeran mengalir ke evaporator, refrigeran mengalami

perubahan fase dari campuran (cair dan gas) menjadi gas semuanya. Proses

perubahan fase ini dapat terjadi karena adanya kalor yang mengalir dari

lingkungan sekitar evaporator ke dalam evaporator. Kalor dapat mengalir karena

suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu kerja evaporator. Keluar dari evaporator,

refrigeran dihisap kembali ke kompresor dan siklus kompresi berlangsung

kembali seperti semula.

Komponen utama mesin pendingin dengan siklus kompresi uap terdiri dari

kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, beberapa peralatan tambahan

filter dan thermostat. 1. Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan

rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus mengkompresi

refrigeran sehingga terjadi sirkulasi atau perputaran refrigeran yang mengalir di

dalam pipa-pipa mesin pendingin. Jenis kompresor yang sering dipakai pada

mesin pendingin adalah kompresor hermetik yang merupakan kompresor torak

(reciprocating compressor) yang digerakkan oleh motor listrik. Jenis kompresor torak lainnya yaitu kompresor semi hermetik dan kompresor open type.

Kompresor torak dapat dilihat pada Gambar 2.1.Motor penggerak kompresornya

berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup, bersatu dengan kompresor.

Motor penggerak langsung memutarkan poros kompresor, sehingga jumlah

putaran kompresor sama dengan jumlah putaran motornya. Kompresor bekerja

secara dinamis menghisap sekaligus mengkompresi refrigeran sehingga terjadi

sirkulasi refrigeran mengalir dalam pipa-pipa mesin pendingin. Fase yang terjadi

ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas yang keluar

kompresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar dari

kompresor lebih tinggi dari suhu kerja kondensor.

Gambar 2.2.a Kompresor hermetik

Gambar 2.3 Kompresor open type

2. Kondensor

Kondensor adalah alat yang berfungsi sebagai tempat pengembunan atau

kondensasi refrigeran. Dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses

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

berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh. Proses pengembunan

refrigeran dari kondisi panas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada

tekanan tetap. Saat kedua proses tersebut berlangsung, kondensor membuang

kalor dalam bentuk panas ke lingkungan sekitar. Jenis kondensor yang sering

dipakai dalam kapasitas kecil adalah kondensor dengan bentuk jari-jari penguat,

pendinginnya, kondensor berpendinginan udara (air cooled condenser), kondensor berpendinginan air (water cooled condenser) serta kondensor berpendinginan udara dan air (evaporative condenser). Umumnya kondensor yang dipakai dalam mesin pindingin adalah kondensor dengan pipa jari-jari penguat berpendinginan

udara, sedangkan untuk mesin AC menggunakan jenis pipa bersirip. Gambar 2.4

menunjukkan jenis kondensor dengan jari-jari penguat.

Gambar 2.4 Kondensor dengan jari-jari penguat

3. Pipa kapiler

Menurut Stocker dan Jones (1989), pipa kapiler merupakan salah satu alat

ekspansi. Alat ini mempunyai dua kegunaan, yaitu menurunkan tekanan refrigeran

cair dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler umumnya

mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 m, dengan diameter dalam 0,5 hingga 2

mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler terjadi pernurunan tekanan

refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses

penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung pada entalpi konstan

atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam fase

cair penuh. Saat masuk ke dalam evaporator, refrigeran dalam fase cair dan gas.

Jenis alat ekspansi lainnya yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan,

yaitu hand valve, AXV (automatic expansion valve), TXV (thermostatic expansion valve). Katup ekspansi jenis AXV dan TXV biasanya digunakan pada unit mesin pendingin berkapasitas besar dan berkapasitas sedang.

Gambar 2.7 Automatic expansion valve

4. Evaporator

Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau

dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan

energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu

berupa benda-benda yang ada di dalam evaporator mesin pendingin. Hal tersebut

terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur

sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan

refrigeran di evaporator berlangsung dalam tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai

jenis evaporator yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa

dengan sirip, pipa-pipa dan permukaan datar.

Gambar 2.9 Evaporator dengan permukaan datar, evaporator pipa-pipa dan evaporator dengan sirip

5. Filter

Filter adalah alat yang berguna untuk menyaring kotoran yang terbawa

saat proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, bahan pendingin yang

membawa kotoran akan tersaring dan kemudian bahan pendingin yang telah

melewati filter menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat

berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk

menyebabkan sistem menjadi tidak bekerja. Oleh sebab itu filter di tempatkan

sebelum pipa kapiler.

Gambar 2.10 Jenis-jenis filter

6. Thermostat

Thermostat adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lamanya kompresor berhenti dan

mengatur kerja kompresor. Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut ditempatkan pada ruang mesin

pendingin (ruang evaporator) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.

Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku (dalam evaporator sudah mencapai suhu yang ditentukan),

maka cairan dalam tabung thermostat akan beku. Cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir

ke pipa kapiler yang kosong. Ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan

menekannya sehingga kontak sakelar akan membuka dengan demikian terputuslah

hubungan listrik dari PLN. Terputusnya arus listrik maka kompresor akan

evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku, fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sakelar kontak

sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN.

Kompresor akan bekerja kembali dan demikian berturut -turut kerja thermostat.

Gambar 2.11 Thermostat

2.1.2 Refrigeran

Refrigeran atau bahan pendingin adalah fluida atau zat yang digunakan

dalam mesin pendingin untuk menghisap panas dari suatu tempat atau suatu benda

(Gunawan,1988). Refrigeran pada mesin pendingin berperan penting untuk

penyerapan panas melalui proses perubahan fase refrigeran dari cair ke gas

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

cair (kondensasi). Refrigeran dalam mesin pendingin akan mengalami perubahan

fase dari cair ke gas dan setelah melewati beberapa proses akan kembali lagi ke

kondisi awalnya yaitu cair.

Secara umum pemilihan refrigeran untuk suatu keperluan tergantung dari

sifat-sifat refrigeran itu sendiri, bukan hanya pada kemampuannya membuang

beracun atau tidak beracun, mudah terbakar, densitas, viskositas (kekentalan) dan

mudah didapat. Sifat refrigeran yang aman merupakan sarat utama yang harus

diperhatikan pada saat memilih refrigeran. Sifat aman yang menjadi acuan adalah

tidak dapat atau tidak mudah terbakar, tidak meledak dan tidak beracun baik

dalam keadaan murni maupun setelah bercampur dengan air. Refrigeran tidak

tidak bereaksi dengan oli pelumas, tidak bereaksi dengan material dari

komponen-komponen atau pipa, tidak bereaksi dengan uap air pada temperatur rendah, jika

terjadi kebocoran tidak berkontaminasi dengan bahan makanan maupun produk

yang disimpan.

Setiap refrigeran memiliki batasan tekanan dan suhu tertentu, batasan ini

berupa titik yang disebut tekanan kritis dan temperatur kritis. Lewat dari batas

tekanan kritis, refrigeran tetap berbentuk cairan walaupun panas terus menerus

diberikan. Setiap refrigeran yang melebihi batas temperatur temperatur kritis tidak

dapat berwujud cairan, tidak lagi tergantung tekanan yang bekerja yang berkerja

pada refrigeran.

Refrigeran adalah suatu zat yang mudah diubah bentuknya dari gas

menjadi cair dan sebaliknya, dipakai untuk mengambil kalor dari evaporator dan

membuang membuang kalor tersebut di kondensor. Refrigeran yang digunakan

dalam masyarakat digolongkan dalam tiga bagian, yaitu:

1. HFC (Hydro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat digunakan untuk menggantikan posisi Freon karena tidak menggunakan atom chlor (Cl) yang tidak merusak lapisan ozon. HFC terdiri dari hidrogen, flourin dan

2. HCFC (Hydro Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat merusak lingkungan karena mengandung jumlah minimal klorin. HCFC

terdiri dari hidrogen, klorin, fluorin dan karbon.

3. CFC (Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran paling berbahaya terhadap lapisan ozon karena jumlah kaporitnya tinggi. CFC mengandung

klorin, fluoro dan karbon.

Secara umum refrigeran dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Refrigeran primer

Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan sebagai fluida

kerja mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap. Refrigeran

primer yang digunakan dalam penelitian ini adalah R-134a dan R-404a

sebagai variasi refrigeran.

2. Refrigeran sekunder

Refrigeran sekunder adalah fluida yang didinginkan oleh mesin

pendingin langsung, yang kemudian refrigeran ini mendinginkan objek yang

ingin didinginkan. Refrigeran sekunder tidak mengalami perubahan fase,

tetapi dapat mengalami perubahan suhu saat menyerap kalor. Fluida yang

digunakan biasanya larutan dengan titik beku di bawah 0oC. Refrigeran

sekunder yang digunakan dalam penelitian ini adalah ethylene glycol. Beberapa jenis-jenis refrigeran dan sifat-sifatnya:

a. Ammonia (NH3)

Ammonia (R717) merupakan refrigeran yang digunakan secara luas pada

dan titik bekunya -78°C. Ammonia mudah terbakar jika bercampur udara pada

konsentrasi tertentu (sekitar 1 volume ammonia dengan 2 volume udara) terutama

jika bercampur dengan oksigen. Refrigeran ini memiliki sifat yang beracun

sehingga memerlukan sistem pemipaan yang kuat.

b. Refrigeran-12

R-12 (CCl2F2) mempunyai titik didih -30oC digunakan pada

industri-industri, sistem komersial, lemari es, pendingin air, mesin es krim dan lain-lain.

Jenis refrigeran ini tidak beracun, tidak mudah meledak atau terbakar, mudah larut

dengan air dan tidak menyebabkan karat. Refrigeran ini dapat berbahaya jika

konsentrasinya melebihi kandungan oksigen, sehingga dapat merusak lapisan

ozon.

c. Refrigeran - 22

R-22 (CHIF2) mempunyai titik didih -41°C Refrigeran ini di gunakan

untuk menggantikan R-12. Refrigeran ini juga tidak ramah lingkungan, sehingga

tidak dipakai lagi karena juga merusak lapisan ozon.

d. Refrigeran - 134a

Refrigeran ini dilambangkan R-134a rumus kimianya CH3CHF2F. R134a

pada tekanan 101,3 kPa mempunyai titik didih – 26,2 °C dan memiliki titik beku – 96,6 C. Refrigeran ini memiliki tekanan kritis 4,06 MPa dan temperatur kritis

101,10 C. Refrigeran ini memiliki kelebihan tidak mudah terbakar, tidak merusak

ozon, memiliki kestabilan yang tinggi, dan ramah lingkungan. Kelemahan R-134a

e. Refrigeran - 404a

Refrigeran ini dilambangkan R-404a rumus kimianya CHF2CF3. R404a

mempunyai titik didih – 47,8 °C. Refrigeran ini memiliki kelebihan tidak merusak ozon. Kelemahan R-134a harga belinya relatif mahal dan mudah terbakar. Pada

saat ini refrigeran ini banyak dipergunakan.

2.1.3 Laju Perpindahan Kalor

Laju perpindahan kalor pada mesin pendingin terdiri atas dua jenis yaitu

laju perpindahan kalor konduksi dan laju perpindahan kalor konveksi.

a. Laju perpindahan kalor konduksi

Laju perpindahan kalor secara konduksi adalah proses di mana kalor

mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah di dalam satu

medium yang diam (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang

berlainan yang bersinggungan secara langsung.

b. Laju perpindahan kalor konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses transportasi energi

dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan

mencampur. Perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (cair atau gas)

yang digunakan untuk mengalirkan kalor. Konveksi sangat penting sebagai

mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.

Perpindahan kalor secara konveksi terbagi menjadi dua cara, yaitu konveksi bebas

1. Konveksi bebas

Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir pada

proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralatan dari luar,

fluida mengalir karena ada perbedaan massa jenis. Pada umumnya perbedaan

massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu.

2. Konveksi paksa

Perpindahan kalor konveksi paksa terjadi ketika fluida yang mengalir pada

proses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa fluida

untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa, blower, kipas

angin atau kompresor.

2.1.4 Siklus Kompresi Uap pada Mesin Pendingin

Sistem refrigerasi yang umum digunakan adalah sistem refrigerasi dengan

siklus kompresi uap. Komponen utama yang ada dalam siklus kompresi uap

adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi evaporator dan filter sebagai

komponen tambahan.

Tahapan siklus pendingin kompresi uap terdiri dari proses kompresi,

kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Skema mesin pendingin siklus kompresi uap

Gambar 2.12 Siklus Kompresi Uap

Siklus kompresi uap jika di sajikan pada diagram P-h dan diagram T-s

seperti pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Diagram T- s

Proses yang terjadi pada siklus kompresi uap mesin refrigerasi yaitu:

a. Proses l-2

Proses l-2 adalah proses kompresi. Proses ini berlangsung di kompresor

secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan). Kompresor

menghisap refrigeran kemudian mengkompresikan refrigeran menuju kondensor.

Kondisi awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap panas lanjut

bertekanan rendah, setelah dikompresi refrigeran menjadi uap panas lanjut

bertekanan tinggi.

b. Proses 2-2a

Proses 2-2a adalah proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung

suhu di sebabkan karenan proses pembuangan kalor dari refrigeran ke udara. Fase

refigeran berubah dari gas panas lanjut ke uap jenuh. Proses penurunan suhu

berlangsung pada tekanan tetap pada tekanan kerja kondensor (P2).

c. Proses 2a-3a

Proses 2a-3a adalah proses kondensasi. Pada proses ini terjadi

pembuangan kalor ke lingkungan sekitar kondensor pada tekanan dan suhu yang

tetap. Terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan udara di luar kondensor,

kalor berpindah dari refrigeran ke udara yang ada di sekitar kondensor sehingga

refrigeran mengembun menjadi cair. Fase refrigeran berubah dari gas jenuh

menjadi cair jenuh.

d. Proses 3a-3

Proses 3a-3 adalah proses pendinginan lanjut. Pada proses ini terjadi

pelepasan panas dari refrigeran ke udara di luar kondensor setelah refrigeran pada

kondisi cair jenuh, sehingga sehingga refrigeran yang keluar dari kondensor

suhunya lebih rendah dari suhu pengembunan. Fase refrigeran pada keadaan cair.

Proses berlangsung pada tekanan tetap dan pada tekanan tinggi (P2). Dengan

kondisi refrigeran yang cair saat keluar dari kondensor maka refrigeran akan

dapat mudah masuk pipa kapiler, karena pipa kapiler mempunyai diameter yang

sangat kecil. Tujuan pendinginan ini agar refrigeran yang masuk ke pipa kapiler

benar-benar dalam keadaan cair.

e. Proses 3-4

Proses 3-4 adalah proses ekspansi. Proses ini berlangsung di pipa kapiler

tetapi terjadi penurunan tekanan dan penurunan temperatur. Fase berlangsung dari

fase cair menjadi campuran (cair + gas).

d. Proses 4-1a

Proses 4-1a adalah proses evaporasi. Proses ini berlangsung di evaporator

secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Refrigeran dalam wujud

cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan sekitar/media yang

didinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas jenuh bertekanan rendah.

e. Proses 1a-1

Proses 1a-1 adalah proses pemanasan lanjut. Pada proses ini refrigeran

mengalami kenaikan suhu. Fase refrigeran berubah dari uap jenuh ke uap panas

lanjut. Proses berlangsung pada tekanan tetap, pada tekanan rendah P1. Tujuan

dari pemanasan lanjut ini supaya refrigeran yang masuk ke kompresor

benar-benar dalam keadaan gas.

2.1.5 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin

Diagram tekanan-entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk

menganalisa unjuk kerja mesin pendingin yang meliputi kerja kompresor, energi

yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, COPaktual, COPideal dan

efisiensi.

a. Kerja kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi

pada diagram P-h titik 1-2 di Gambar 2.13, yang dapat dihitung dengan

Persamaan (2.1).

dengan Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h2 adalah

nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) dan h1 adalah nilai entalpi

refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).

b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor

merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.13, perubahan entalpi

tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).

, (2.2)

dengan Qout adalah energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa

refrigeran (kJ/kg), h3 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

dan h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).

c. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin)

Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan

proses perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.13, perubahan entalpi tersebut

dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

, (2.3)

dengan Qin adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa

refrigeran (kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau

sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg) dan h4 adalah nilai

entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar

dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang

d. Koefisien Prestasi / Coefficient Of Performance (COP)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah pembanding antara

panas yang dilepaskan dari ruang yang didinginkan dengan kerja yang disalurkan.

Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi, yang

dapat dihitung dengan persamaan (2.4).

, (2.4)

dengan COPaktual adalah koefisien prestasi mesin pendingin, Qin adalah kalor yang

diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg), Win adalah kerja yang

dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi

refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk

kompresor (kJ/kg), h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor

(kJ/kg), h4 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan

nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler

berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4=h3 (kJ/kg).

e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)

Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan

Persamaan (2.5).

, (2.5)

dengan COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin, Te adalah

f. Efisiensi mesin pendingin (ɳ)

Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(2.6).

, (2.6)

dengan COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin dan

COPaktual adalah koefisien prestasi mesin pendingin.

g. Laju aliran massa refrigeran

Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.7).

, (2.7)

dengan ṁ adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s), I adalah arus listrik (A), V adalah voltase (watt) dan Win adalah kerja yang dilakukan kompresor (J/kg).

h. Daya aktual kompresor (P)

Daya aktual kompresor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

(2.8)

, (2.8)

dengan P adalah daya kompresor (J), I adalah arus listrik (A) dan V adalah

2.2 Tinjauan Pustaka

Anwar (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan

terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan : (a)

membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendinginan

meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin

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

batasan-batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu

60, 100, 200, 300, dan 400 watt, di dalam ruang pendingin (b) data dianalisis

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

dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi

refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan: (a)

peningkatan beban pendinginan menyebabkan koefisien prestasi system pendingin

akan membentuk kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30

menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64 (c) waktu

pendinginan diperoleh paling lama pada bola lampu 400 watt.

Indriyanto (2013) telah melakukan penelitian Karakteristik mesin kulkas

dengan panjang pipa kapiler 175 cm. Penelitian tersebut bertujuan: (a) : membuat

kulkas (b) mengetahui kerja kompresor kulkas (c) mengetahui kerja yang diserap

evaporator (c) mengetahui kalor yang di lepas kondensor (e) mengetahui COP.

Penelitian ini memberikan hasil. (a) kulkas ini dapat bekerja dengan baik mampu

mampu membuang kalor, kinerja kerja kompresor yang stabil, (c) rata-rata COP

yang kurang irit yaitu sebesar 2.20.

Leo (2013) telah melakukan penelitian tentang mesin pendingin air dengan

siklus kompresi uap. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas tentang beban

pendinginan air terhadap kinerja sistem mesin pendinginan (b) menghitung

koefisien prestasi mesin pendingin. Penelitian ini dilakukan dengan

batasan-batasan sebagai berikut: (a) refrigeran yang digunakan R134a (b) menggunakan

motor penggerak kompresor berkapasitas 1/8 PK. Dari hasil penelitian

didapatkan: (a) rata-rata mesin pendingin prestasi kerjanya sebesar 5,1 dengan

COP yang sebesar itu berarti kinerja mesin pendingin cukup irit (b) kalor yang di

serap evaporator, kalor yang di buang kondensor, kerja kompresor yang sama

pada mesin pendingin pada umumnya.

Willis (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran

R22 dan R134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a)

menghitung potensi kerja refrigeran R22 yang dibandingkan dengan refrigeran

R134a (b) membahas refrigeran yang lebih ramah lingkungan antara R22 dengan

R134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a)

refrigeran yang digunakan R22 dan R134a (b) menggunakan mesin pengkondisian

udara motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari hasil penelitian

didapatkan: (a) refrigeran R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari R134a,

tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran R134a lebih ramah lingkungan, tetapi

31

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1.Komponen Mesin Pendingin

Komponen yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin adalah

kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, filter, refrigeran R-134a, dan

refrigeran R-404a (sebagai refrigeran pembanding R-134a).

a. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Gambar 3.1. Kompresor

Jenis kompresor : Hermetic

Seri kompresor : AE 1340 DB

Voltase : 220 V

Daya kompresor : 124 W

Frekuensi : 50/60 Hz dan 1 phase.

b. Kondensor

Spesifikasi kondensor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Gambar 3.2. Kondensor

Jenis kondenser : Tipe 12 U

Bahan pipa : Besi

Bahan sirip : Baja

Diameter pipa : 0,47 cm

Diameter sirip : 0,5 mm

Jarak sirip : 5 mm

c. Pipa Kapiler

Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

Gambar 3.3. Pipa kapiler

Panjang pipa kapiler : 2 m

Diameter dalam : 0,026 in (0,66 mm)

Bahan pipa kapiler : tembaga

d. Evaporator

Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Bahan pipa evaporator: tembaga

Diameter pipa : 0,25 inch (6,35 mm)

Panjang pipa : 8 m

Kaleng : terbuat dari besi diameter 22 cm dengan tinggi 27 cm

Wadah : kapasitas 10 liter dan kapasitas 5 liter

e. Filter

Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.5. Filter

Panjang filter : 10 cm

Diameter : 1,5 cm

Bahan : tembaga

Tipe : 3 lubang dengan 1 lubang masuk dan 2 lubang keluar

f. Refrigeran R-134a

Refrigeran R134a digunakan sebagai fluida kerja mesin pendingin. Dalam

penelitian ini menggunakan refrigeran R134a karena lebih ramah lingkungan

Gambar 3.6. Tabung Refrigeran R-134a

g. Refrigeran R-404a

Refrigeran R-404a digunakan sebagai variasi pembanding R-134a setelah

refrigeran R-134a selesai di uji coba. Refrigeran R-404a memiliki keunggulan

teknik yaitu pada tekanan rendah dapat menghasilkan suhu yang jauh lebih rendah

dibandingkan refrigeran R-134a, hal ini terlihat dari karakteristik grafik P-h

diagram R-134a dan R-404a yang ada.

h. Ethylene glycol

Ethylene glycol adalah cairan anti beku yang digunakan sebagai refrigeran sekunder atau refigeran kedua. Empat liter Ethylene glycol dituangkan dalam toples evaporator yang memponyai kapasitas 5 liter.

Gambar 3.8. Ethylene glycol

3.2.Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin

Peralatan pendukung digunakan untuk membantu mempermudah

pengerjaan dalam pembuatan mesin pendingin. Berikut beberapa peralatan

pendukung pembuatan mesin pendingin:

a. Pemotong Pipa (Tube cutter)

Tube cutter adalah alat yang dapat digunakan untuk memotong pipa tembaga. Memotong pipa tembaga dengan tube cutter lebih mudah dan dapat menghasilkan potongan yang rapi dibandingkan dengan memotong pipa

menggunakan gergaji. Sebaiknya saat memotong pipa tembaga jangan sampai ada

kotoran atau serpihan masuk dalam pipa tembaga.

Gambar 3.9. Tube cutter

b. Pembengkok Pipa

Pembengkok pipa adalah alat yang digunakan untuk membengkokkan pipa

agar tidak gepeng atau rusak.

Gambar 3.10. Pembengkok pipa

c. Pelebar Pipa (Flaring Tool)

Pelebar pipa adalah alat yang digunakan untuk mengembangkan atau

memperbesar ujung diameter pipa. Ukuran dari diameter alat pelebar pipa

bervariasi tergantung dari kebutuhan. Pipa tembaga diperbesar ujungnya bertujuan

untuk mempermudah proses penyambungan pipa menggunakan las. Sebagai contoh

2 buah pipa memiliki diameter yang sama, salah satu pipa dilebarkan ujungnya

pipa dipasangkan mempermudah pengelasan dan menghasilkan sambungan yang

kuat dan maksimal.

Gambar 3.11. Pelebar Pipa

d. Manifold gauge :

Manifold gauge adalah alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran atau freon dalam sistem pendinginan baik saat pengisian refrigeran

maupun pada saat mesin pendingin beroprasi. Manifold gauge yang dipakai untuk pembuatan alat ini adalah jenis single manifold gauge. Pembuatan alat ini menggunakan 2 jenis single manifold gauge yaitu dua manifold gauge low pressure

untuk tekanan rendah dan dua manifold gauge high pressure untuk tekanan tinggi.

Manifold gauge low pressure diletakkan pada output pipa kapiler atau input evaporator dan ouput evaporator atau input kompresor. Manifold gauge high pressure diletakkan pada output kompresor atau input kondensor dan ouput kondensor atau input filter.

Gambar 3.12. Manifold gauge

Gambar 3.13. Manifold gauge

e. Charging manifold gauge

Charging manifold gauge adalah alat yang berfungsi untuk memeriksa tekanan proses vakum, saat mengisi atau membuang refrigeran. Sehingga pada saat pengisian refrigeran dari tabung yang disalurkan melalui charging manifold menuju kedalam sistem mesin pendingin dapat dikontrol sesuai dengan ukuran dan variasi tekanan yang diinginkan. Proses vakum membutuhkan charging manifold untuk membuang refrigeran yang ada dalam sistem mesin pendingin menuju keluar lingkungan menggunakan pompa vakum. Nilai tekanan yang dicapai saat vakum menunjukkan kurang dari 0 psig.

Gambar 3.14. Charging manifold gauge

f. Alat las tembaga

Alat las tembaga digunakan untuk menyambung komponen-komponen

utama mesin pendingin. Komponen disambung berdasarkan susunan yang sesuai

dengan penempatan atau urutan yang benar. Selain untuk menyambung, alat las

tembaga juga dapat digunakan untuk menambal bagian pengelasan yang bocor.

g. Bahan las

Bahan las yang digunakan untuk menyambung pipa-pipa mesin pendingin

yaitu perak, kuningan dan boraks. Penggunaan bahan las kuningan dan boraks

diperlukan untuk menyambung tembaga dengan besi agar hasilnya lebih maksimal.

Penyambungan pipa kondensor dengan pipa kompresor dan filter menggunakan

bahan las kuningan dan boraks karena perbedaan jenis bahan pipa. Pipa kondensor

terbuat dari besi sedangkan filter terbuat dari bahan tembaga. Kondensor diberi

tabahan sambungan pipa tembaga dan kemudian disambungkan dengan pipa

kompresor yang terbuat dari besi.

Gambar 3.16. Perak, kuningan dan boraks

h. Metil

Metil adalah cairan yang digunakan untuk membersihkan saluran-saluran

pipa setelah seluruh proses penyambungan pipa mesin pendingin selesai. Metil

dimasukan melalui pipa kapiler yang akan disambung dan dilas dengan filter.

Kompresor dalam keadaan hidup saat memasukan metil. Penggunaan metil cukup

Gambar 3.17. Metil

i. Pompa vakum

Pompa vakum adalah alat yang digunakan untuk mengosongkan refrigeran,

udara dan uap air yang terjebak dalam rangkaian sistem mesin pendingin. Alat ini

bekerja menghisap refrigeran, udara dan uap air yang ada dalam rangkaian sistem,

kemudian dibuang keluar kelingkungan sekitar. Saat akan mengisi atau mengganti

refigeran, sistem mesin pendingin harus terlebih dahulu divakum supaya refrigeran

dan udara yang ada dalam sistem dapat dikeluarkan. Pemvakuman dilakukan

sampai tekanan didalam sistem mesin pendingin kurang dari 0 psig. Proses

pemvakuman sebelum memasukan refrigeran harus dilakukan supaya tidak ada

udara yang masuk kedalam sistem mesin pendingin. Mesin pendingin akan

tersumbat jika terdapat udara didalam sistem, hal ini karena udara yang

mengandung uap air dapat membeku didalam sistem ketika mesin pendingin

bekerja. Uap air yang membeku dan berlebihan pada sistem pendinginan dapat

Gambar 3.18. Pompa vakum

j. Meja kayu

Meja kayu digunakan untuk menempatkan mesin pendingin. Mesin

pendingin ditempatkan pada meja supaya lebih mudah dipindah-pindah.

Gambar 3.19. Meja kayu dan komponen mesin pendingin

k. Toples plastik

Toples plastik digunakan sebagai tempat evaporator dan isolasi udara.

Terdapat dua jenis ukuran, toples plastik ukuran besar kapasitas 10 liter dan toples

plastik ukuran sedang kapasitas 5 liter. Toples ukuran besar digunakan untuk isolasi

udara, sedangkan toples ukuran sedang digunakan sebagai tempat pipa evaporator

Gambar 3.20. Toples

i. Isolasi pipa

Isolasi pipa digunakan untuk mengisolasi saluran pipa tembaga sebelum

masuk kedalam evaporator dan sesudah evaporator.

Gambar 3.21. Isolasi pipa jenis superlon

3.3.Pembuatan Mesin Pendingin

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin yaitu:

1. Mempersiapkan komponen utama pembuatan mesin pendingin seperti

kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator, refrigeran R-134a,

refrigeran R-404a, komponen pendukung pembuatan mesin pendingin seperti

alat pemotong pipa, pembengkok pipa, pelebar pipa, alat las, pompa vakum,

gauge, meja kayu, toples dan alat-alat lain yang dipergunakan dalam pembuatan mesin pendingin.

2. Membuat evaporator dengan udara sebagai isolasinya. Evaporator dibuat dari

lilitan pipa tembaga yang ditempatkan dalam toples plastik kapasitas 5 liter.

Evaporator dimasukan dalam toples plastik kapasita 10 liter dengan tujuan

supaya evaporator dapat terisolasi dengan menggunakan udara. Pembuatan

evaporator lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.22.

Gambar 3.22. Pembuatan evaporator

3. Mengebor meja kayu untuk memasang kondenser, kompresor dan toples

evaporator. Memasang kondenser di bagian samping meja kayu, kemudian

memasang kompresor dan toples evaporator di atas meja kayu. Kompresor

diletakan dekat kondensor. Lebih jelasnya pemasangan kondenser dan toples

Gambar 3.23. Pemasangan kondensor, toples evaporator dan kompresor

4. Setelah kondensor, kompresor dan toples evaporator terpasang, langkah

selanjutnya menyambung komponen utama mesin pendingin dengan

menggunakan alat las. Komponen yang disambung dengan menggunakan las

yaitu kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator, manifold gauge low pressure, dan manifold gauge high pressure.

5. Menyambung pipa input (suction tube) dan pipa output (discharge tube) kompresor denganpipa betuk T untuk penempatan manifold gauge, sambungan pipa kondensor dan sambungan pipa evaporator. Proses penyambungan dengan

menggunakan las, namun dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai

penghubung antara kompresor dengan pipa bentuk T. Pipa bentuk T mempunyai

perbedaan material, pipa input (suction tube) dan pipa output (discharge tube) kompresor terbuat dari besi sedangkan pipa bentuk T terbuat dari tembaga.

Proses penyambungan komponen ini membutuhkan bahan bantu boraks yang

berfungsi sebagai bahan katalis dalam proses pengelasan karena perbedaan

karakteristik material, dengan demikian saluran pipa input (suction tube) dan pipa output (discharge tube) kompresor dapat tersambung dengan baik dan tidak

bocor. Bahan yang digunakan pada pengelasan atau penyambungan ini

menggunakan bahan perak dan kuningan.

Gambar 3.24. Penyambungan pipa T dengan pipa input dan pipa output kompresor

6. Mengelas pipa T dari saluran output (discharge tubel) dengan pipa kondensor. Pengelasan ini membutuhkan tambahan pipa tembaga karena pipa kondensor

yang akan disambung berada di bagian atas. Katalis boraks dan bahan las

kuningan kembali digunakan untuk mengelas pipa sambungan dari pipa T

menuju kondensor, karena pipa kondensor terbuat dari besi. Pengelasan pipa T

dengan pipa sambungan kondensor dapat dilihat pada gambar 3.25.

7. Menambahkan dan mengelas pipa T di bagian ouput kondensor untuk dudukan

manifold gauge high pressure. Pengelasan di bagian ini membutuhkan kembali katalis boraks dan bahan las kuningan.

8. Mengelas pipa output kondensor dengan input filter.

9. Mengelas salah satu ouput filter dengan pipa kapiler.

10.Menambahkan pipa seukuran pipa kapiler di bagian output filter yang masih

berlubang.

11.Mengelas output pipa kapiler dengan pipa input evaporator.

12.Menambahkan pipa T dan mengelas pipa tersebut di bagian input toples

evaporator.

13.Mengelas pipa output pipa evaporator dengan pipa T yang tersambung dengan

pipa input (suction tube) kompresor.

14.Menyiapkan dua manifold gauge low pressure, dan dua manifold gauge high pressure pada 4 pipa T yang telah terpasang.

15.Menempatkan dan mengelas dua manifold gauge low pressure dibagian pipa T input evaporator atau output pipa kapiler dan di bagian pipa T output evaporator atau input kompresor.

16.Menempatkan dan mengelas dua manifold gauge high pressure dibagian pipa T input pipa kondensor atau output pipa kompresor dan di bagian pipa T output

pipa kondensor atau input filter.

Gambar 3.26. Mesin Pendingin 3.4.Pengisian Metil

Pengisian metil pada rangkaian sistem mesin pendingin bertujuan untuk

membersihkan saluran-saluran pipa setelah seluruh proses penyambungan pipa

mesin pendingin selesai dan memastikan bahwa tidak ada kotoran yang tersumbat

di dalam pipa kapiler. Saluran pipa dalam sistem pendingin harus dalam keadaan

bersih supaya mesin pendingin dapat bekerja maksimal. Pemberian metil pada

rangkaian sistem mesin pendingin dilakukan dengan cara berikut, yaitu:

1. Melepas input pipa kapiler yang terhubung filter.

2. Menghidupkan kompresor sehingga input pipa kapiler menghisap udara dari luar

dan dikeluarkan lewat filter.

4. Menunggu beberapa saat kira-kira metil sudah tersebar ke seluruh pipa saluran

mesin pendingin.

5. Mematikan kompresor dan mengelas kembali input pipa kapiler dengan ouput

filter.

3.5.Proses Pemvakuman

Proses pemvakuman bertujuan untuk mengosongkan refrigeran, udara dan

uap air yang terjebak dalam rangkaian sistem mesin pendingin. Alat ini bekerja

menghisap refrigeran, udara dan uap air yang ada dalam rangkaian sistem,

kemudian dibuang keluar kelingkungan sekitar. Langkah-langkah proses

pemvakuman pada rangkaian mesin pendingin dilakukan dengan cara berikut:

1. Mempersiapkan pompa vakum, charging manifold gauge dan tabung refrigeran yang akan digunakan terlebih dahulu.

2. Terdapat tiga selang pada charging manifold gauge warna biru, kuning dan merah. Namun saat proses pengisian terdapat masalah pada charging manifold gauge dibagian selang warna biru tutupnya aus dan tidak bisa di pkai, sehingga diganti dengan selang lain yang masih bisa dipakai.

3. Menghubungkan selang merah katup merah charging manifold gauge high pressure merah ke pompa vakum.

5. Menghubungkan selang kuning katup biru charging manifold gauge low pressure ke pentil pipa kompresor.

6. Menghidupkan pompa vakum, kemudian membuka kedua katup merah dan

katup biru sehingga refrigeran, udara dan uap air terhisap keluar melalui pompa

vakum.

7. Memantau tekanan pada seluruh manifold gauge dan charging manifold gauge. Proses pemantauan dilakukan sampai seluruh tekanan pada manifold gauge dan

charging manifold gauge menunjukan kurang dari 0 Psig.

8. Menutup katup merah charging manifold gaugehigh pressure dan mematikan pompa vakum setelah seluruh tekanan pada rangkaian sistem mesin pendingin

menunjukkan tekanan kurang dari 0 Psig dan negatif secara maksimal.

Gambar 3.27. Proses Pemvakuman

Setelah proses pemvakuman rangkaian sistem mesin pendingin, proses

berikutnya adalah pengisian refrigeran. Charging manifold gauge yang masih terpasang tetap digunakan untuk mengisi refrigeran. Proses pengisian dilakukan

dengan cara berikut:

1. Menutup katup merah charging manifold gauge high pressure yang menghubungkan selang ke pompa vakum.

2. Membuka katup biru charging manifold gauge low pressure yang menghubungkan selang ke pentil kompresor.

3. Menghidupkan kompresor.

4. Membuka katup tabung refrigeran secara perlahan, sehingga refrigeran terhisap

kompresor dan menyalurkan refrigeran ke seluruh rangkaian sistem mesin

pendingin.

5. Selama proses pengisian refrigeran, katup tabung refrigeran dibuka dan ditutup

perlahan sambil melihat tekanan manifold gauge yang menjadi acuan utama tekanan pengisian refrigeran.

6. Proses pengisian refrigeran dilakukan sesuai dengan acuan yang diinginkan.

7. Menutup katup tabung refrigeran dan menutup katup biru charging manifold gauge low pressure setelah didapat tekanan yang sesuai dengan yang diinginkan.

8. Melepas selang yang terhubung pada pentil dan menutup pentil kembali.

53

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Jenis Penelitian

Proses penelitian dilakukan dengan pengambilan data secara langsung

terhadap alat yang sudah dibuat, sehingga metode penelitian yang digunakan adalah

metode eksperimental. Hasil dari penelitian berupa data angka yang akan diolah

menjadi grafik dengan memperhatikan beberapa variabel, yaitu :

1. Variabel bebas

Variabel bebas adalah variabel yang dapat diubah dalam penelitian.

Penelitian ini menggunakan dua macam variabel bebas yaitu refrigeran R-134a

dan refrigeran R-404a.

2. Variabel terikat

Variabel terikat adalah variabel yang hasilnya tergantung oleh variabel

bebas. Saat penelitian berlangsung akan didapatkan data dan diolah kemudian

dilakukan pembahasan. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah nilai Qin,

Qout, Win, COP dan efisiensi mesin pendingin.

4.2 Objek Penelitian

Objek yang diteliti dalam penelitian ini adalah mesin pendingin antara

refrigeran primer R-134a dan R-404a dengan refrigeran sekunder ethylene glycol. Mesin pendingin yang diteliti dapat dilihat pada Gambar 4.1. Gambar 4.2

Gambar 4.1 Mesin pendingin

Pada Gambar 4.2 menunjukkan bagian-bagian mesin pendingin, yaitu bagian : A : Kompresor

B : Kondensor C : Filter D : Pipa kapiler

E : Evaporator secara keseluruhan

a : Pipa hisap (discharge tube) untuk memasukan refrigeran b : Pembatas arus

c : Pipa hisap (discharge tube) untuk menyalurkan refrigeran dari evaporator ke kompresor

d : Pipa tekan (suction tube) untuk menyalurkan refrigeran dari kompresor ke kondensor

e & f : High pressure gauge

g & s : Low pressure gauge

h : Ethylene glycol

i, j & n : Udara k : Gabus l & q : Kayu

m : Tutup evaporator (plastik) o : Lilitan pipa evaporator p : Air 500 ml (Beban)

r : Isolasi pipa tembaga (superlon)

4.3 Skema Penelitian

Mempersiapkan terlebih dahulu skema penelitian, sebelum mengambil data

pada mesin pendingin. Skema penelitian ini dapat mempermudah jalannya proses

penelitian mesin pendingin. Gambar 4.3 memperlihatkan skema pembuatan dan

Gambar 4.3 Skema pembuatan dan penelitian mesin pendingin

Mulai

Menyiapkan komponen-komponen mesin pendingin

Pembuatan alat mesin pendingin

Tidak baik

Persiapan pengambilan data Uji

coba

Baik

Pengambilan data penelitian pada alat mesin pendingin

Pengolahan data dan pembahasan

Mendapatkan kesimpulan

4.4 Skema Pengambilan Data Penelitian

Skema pengambilan data penelitian menunjukkan penempatan susunan alat

bantu yang digunakan untuk pengambilan data pada mesin pendingin. Skema

pengambilan data penelitian mesin pendingin dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Peralatan tambahan yang digunakan dalam pengambilan data adalah termometer

digital, termometer ruangan, thermocouple, tang amper dan stopwatch.

Gambar 4.4 Skema pengambilan data penelitian mesin pendingin

Pada Gambar 4.4 Menunjukkan pengambilan data penelitian dari mesin pendingin.

Bagian-bagian yang diperlukan dalam pengambilan data penelitian adalah sebagai

a. Thermocouple dan penampil suhu digital (T1)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu refrigeran masuk kompresor.

b. Thermocouple dan penampil suhu digital (T3)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu refrigeran keluar kondensor.

c. Thermocouple dan penampil suhu digital (T5)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu

ethylene glycol.

d. Thermocouple dan penampil suhu digital (T6)

Thermocouple dan penampil suhu digital ini digunakan untuk mengukur suhu beban pendinginan.

e. Termometer ruangan (T7)

Termometer ruangan ini digunakan untuk mengukur suhu ruangan.

f. Low pressure gauge (P1)

Low pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan masuk kompresor. g. High pressure gauge (P2)

High pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan keluar kompresor. h. High pressure gauge (P3)

High pressure gauge ini digunakan untuk mengukur tekanan keluar kondensor. i. Low pressure gauge (P4)

4.5 Alat Bantu Penelitian

Peralatan tambahan yang dibutuhkan untuk mendapatkan data penelitian

adalah termometer ruangan, tang amper, stopwatch, thermocouple dan penampil suhu digital.

a. Termometer ruangan

Termometer ruangan digunakan untuk mengukur suhu ruangan.

Gambar 4.5 Termometer ruangan

g

b. Thermocouple dan penampil suhu digital

Thermocouple digunakan untuk mengukur perubahan suhu atau temperatur pada saat pengambilan data. Prinsip kerjanya pada ujung thermocouple diletakkan atau ditempelkan pada bagian yang akan diukur suhunya, kemudian menyalakan

penampil suhu digital untuk mengetahui nilai suhu pada bagian yang diteliti dan

ingin diketahui suhunya. Bagian yang diambil datanya dengan mengunakkan

thermocouple dan penampil suhu digital yaitu suhu refrigeran masuk kompresor (T1), suhu refrigeran keluar kondensor (T3), suhu ethylene glycol (T5), suhu beban pendinginan atau air (T6)

Gambar 4.6. Thermocouple dan penampil suhu digital APPASI

c. Clamp meter

Clamp meter digunakan untuk mengetahui nilai arus yang dikonsumsi

kompresor pada saat pengambilan data.

Gambar 4.7. Clamp meter

d. Pemanas air (heater)

Pemanas air digunakan untuk memanaskan air sampai mendidih. Air yang

sudah mendidih setelah dipanaskan, digunakan untuk mengkalibrasi thermocouple

yang akan digunakan untuk pengujian. Kalibrasi bertujuan untuk mengetahui nilai

koreksi thermocouple dengan acuan suhu air mendidih sama dengan 100oC pada tekanan 1 atm.

e. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk waktu acuan pengambilan data setiap beberapa

menit sekali.

g. Gelas ukur

Gelas ukur digunakan untuk menentukan volume air yang di masukkan

kedalam botol untuk diuji.

4.6 Cara Mendapatkan Data

Pengambilan data dilakukan dengan mencatat data langsung dari

pengukuran. Langkah-langkah pengambilan data adalah sebagai berikut :

1. Pengambilan data diawali dengan menyiapkan alat mesin pendingin

2. Mengkalibrasi termometer yang digunakan untuk mengukur suhu.

3. Menyiapkan stopwatch, tang amper, termometer ruangan, dan termometer

digital.

4. Memasang thermocouple pada titik-titik yang akan diambil datanya.

5. Mencatat terlebih dahulu suhu dan tekanan setiap titik pengambilan data pada

menit ke 0.

6. Menghidupkan kompresor mesin pendingin dan stopwatch secara bersamaan.

7. Mencatat data pengamatan yang ditunjukkan langsung pada penampil suhu

digital thermocouple, termometer ruangan, clamp meter dan pressure gauge setiap 30 menit sekali selama 7 jam dalam sehari.

8. Pengujian dilakukan selama 3 hari untuk setiap refrigeran R-134a dan refrigeran

Data yang diukur saat pengambilan data dalam penelitian ini dapat dilihat

pada Tabel 4.1 berikut :

Tabel 4.1. Tabel Pengambilan Data Suhu dan Data Tekanan dalam Satuan Waktu

No Waktu T1 T3 T5 T6 T7 P1 P2 P3 P4 I Menit (o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (}o_{C) (Psig) (Psig) (Psig) (Psig) (A)} 1 ₀ 2 ₃₀ 3 ₆₀ 4 ₉₀ 15 ₄₂₀

Keterangan :

a. P1 adalah tekanan (low pressure gauge) refrigeran input kompresor. b. P2 adalah tekanan (high pressure gauge) refrigeran output kompresor. c. P3 adalah tekanan (high pressure gauge) refrigeran output kondensor. d. P4 adalah tekanan (low pressure gauge) refrigeran input evaporator. e. T1 adalah suhu pipa input kompresor.

f. T3 adalah suhu pipa output kondensor.

g. T5 adalah suhu beban berupa air.

h. T6 adalah suhu refrigeran sekunder ethylene glycol. i. T7 adalah suhu ruangan atau udara sekitar T7.

j. I adalah arus listrik.

Untuk data tekanan terdiri dari dua jenis yaitu tekanan tinggi dan tekanan

rendah. Tekanan refrigeran tinggi ditunjukkan pada high pressure gauge (P2, P3) dan tekanan refrigeran rendah di tunjukkan pada low pressure gauge (P1, P4). Hasil

tersebut dipakai untuk mendapatkan rata-rata tekanan tinggi refrigeran (P1’) dan rata-rata tekanan rendah refrigeran (P2’).

4.7 Cara Mengolah Data

Data diperoleh dari hasil pengamatan langsung saat penelitian. Hasil

pencatatan data dimasukkan ke dalam tabel perhitungan. Berikut langkah-langkah

pengolahan data :

a. Memasukan data yang sudah diperoleh dari pengujian ke dalam tabel.

b. Menggunakan data yang sudah ada untuk menggambarkan siklus kompresi uap

pada P-h diagram, sesuai dengan refrigeran yang digunakan. Gambar 4.8

merupakan contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi.

Gambar 4.8. Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi.

c. Mendapatkan nilai entalpi h1, h2, h3, h4, suhu kondensor dan suhu evaporator dari

119

Lampiran 24. P-h diagram menit ke-300 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

120

Lampiran 25. P-h diagram menit ke-330 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

121

Lampiran 26. P-h diagram menit ke-360 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

122

Lampiran 27. P-h diagram menit ke-390 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

123

Lampiran 28. P-h diagram menit ke-420 refrigeran R-404a

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

124

BIOGRAFI PENULIS

Penulis memiliki nama lengkap Lorentius Nico Advery, dilahirkan di Kulon Progo, 14 Agustus 1992 dan merupakan putra sulung Bapak Paulus Mujiran dari dua bersaudara. Menempuh pendidikan di TK Maria Purworejo (1996-1998), SD Sd Negeri Piji Purworejo (1998-2004, SMP Negeri 17 Purworejo (2004-2007), SMA Negeri 3 Purworejo (2007-2010), dan sekarang sedang menempuh pendidikan perguruan tinggi di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kegiatan perkuliahan penulis aktif dalam berbagai kegiatan softskill di antaranya adalah menjadi Panitia Pergelaran Sendratari “Dewi Sri” 2011, Panitia PINISI 2012, menjadi peserta lolos seleksi Program Kreativitas Mahasiswa Pengabdian Masyarakat DIKTI tahun 2012. Penulis juga telah mengikuti beberapa kegiatan lainnya yaitu Pendidikan Pengguna Tingkat Lanjut “Program Literasi Informasi”, Pendidikan Etika Pengguna Perputakaan “Aku Bangga Menjadi Pengguna Yang Beretika”, Matemacinta 2012, dan Seminar “Who Are You, Give bor Be Given”.

Penulis berpengalaman sebagai asisten praktikum Metrologi pada Tahun Akademik 2013/2014.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI