HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data
Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan
menggambarkannya pada diagram p-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada
penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap
titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb.
No Waktu (menit) h1 (Btu/lb) h2 (Btu/lb) h3 (Btu/lb) h4 (Btu/lb) 1 30 117 140 40 40 2 60 117 140 40 40 3 90 117 142 40 40 4 120 117 142 40 40
No Waktu (menit) h1 (Btu/lb) h2 (Btu/lb) h3 (Btu/lb) h4 (Btu/lb) 5 150 117 142 40 40
Dalam perhitungan, besar entalpi (h) harus dalam satuan Standar
Internasional yaitu kJ/kg (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg). Besar nilai konversi entalpi
setiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 4.3.
Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg.
No Waktu (menit) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) 1 30 272,142 325,64 93,04 93,04 2 60 272,142 325,64 93,04 93,04 3 90 272,142 330,292 93,04 93,04 4 120 272,142 330,292 93,04 93,04 5 150 272,142 330,292 93,04 93,04
Contoh untuk menentukan besaran nilai nilai entalpi dapat dilihat dari
diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran R 134a. Dari diagram dapat dilihat
nilai h2 saat menit ke 60 adalah 140 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h harus dalam kJ/kg jadi nilai h2 = 140 Btu/lb = 325,64 kJ/kg (140 Btu/lb x 2,326 kJ/kg).
Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeranR 134a diambil dari data menit (t) ke 60.
Keterangan dari diagram P-hpada Gambar 5.2 :
h1= 272,142 kJ/kg
h2 = 325,64 kJ/kg
h3 = 93,04 kJ/kg
h4 = 93,04 kJ/kg
a) Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran.(Win)
Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang
dihasilkan oleh chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.3) :
Win = h2-h1
= 325,64 kJ/kg – 272,142 kJ/kg
Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 53,50 kJ/kg (pada saat
t=60 menit)
b) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Qout)
Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.4) :
Qout = h2-h3
= 325,64 kJ/kg – 95,04 kJ/kg
= 232,6 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 232,6
kJ/kg (pada saat t=60 menit)
c) Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.5) :
Qin = h1-h4
= 272,142 kJ/kg – 93,04 kJ/kg
= 179,102 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 179,102
d) COP aktual
COPaktual dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari mesin chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6) :
COPaktual =
==
= 3,3
Maka COP aktual chest freezer sebesar 3,3 (pada saat t=60 menit)
e) COP ideal
Untuk menghitung performance ideal pada chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat menggunakan persamaan (2.7)
COP ideal =
=
= 4,2
f) Efisiensi (η)
Untuk mendapatkan efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8)
Efisiensi η = x 100%
η = x 100%
η = 80%
Maka efisiensi ηchest freezer sebesar 80% (pada saat t=60 menit)
g) Laju aliran massa refrigeran (
Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung
dengan persamaan (2.9)
=
=
= 0,0043 kg/s
Maka laju aliran massa chest freezer sebesar 0,0043 kg/s (pada saat t=60 menit) 4.3. Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 0 menit sampai (t) 150
menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin), COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran massa dari chest freezer disajikan pada Tabel 5.4 dan 5.5
Tabel 5.4.Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer No Waktu (t) (menit) Kerja Kompresor (Win) (kJ/kg)
Kalor yang diserap evaporator (Qin)
(kJ/kg)
Kalor yang dilepas evaporator (Qout) (kJ/kg) COP aktual 1 30 53 179 232 3,3 2 60 53 179 232 3,3 3 90 58 179 273 3,08 4 120 58 179 273 3,08 5 150 58 179 273 3,08
Tabel 5.5. Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer
No Waktu (t)
(menit) COP ideal Efisiensi (η) massa, Laju aliran (kg/s) 1 30 4,2 80% 0,0043 2 60 4,2 80% 0,0043 3 90 4,1 75% 0,0041 4 120 4,1 75% 0,0041 5 150 4,1 75% 0,0041 5.4. Pembahasan
Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, dan COP dari mesin pendingin dengan pemansan lanjut dan pendinginan lanjut dari
waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil
perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.6, Gambar 5.7, Gambar
5.8, Gambar 5.9, Gambar 5.10, Gambar 5.11, Gambar 5.12.
Gambar 5.6 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dan waktu
Gambar 5.6 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran
(Win) dari waktu ke waktu. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran terendah sebesar 53,5kJ/kg dan nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran
tertinggi sebesar 58,15 kJ/kg dan rata-rata nilai kerja kompresor persatuan massa
refrigeran dari t = 30 menit sampai t = 150 menit sebesar 55,36 kJ/kg. Kerja
kompresor berubah pada menit ke-90, hal ini kemungkinan terjadi karena
timbulnya bunga es diawal masuk pipa evaporator. Es yang menebal kemudian
menghambat aliran udara. Pada akhirnya refrigeran cair yang tidak berevaporasi
di evaporator kemudian masuk ke jalur pipa suction dan bisa sampai ke kompresor. Hal ini ditandai dengan bunga es yang muncul disekitar bagian
Gambar 5.7 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dan waktu.
Gambar 5.7 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran
yang diserap evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai kalor terendah yang diserap evaporator adalah 179,020 kJ/kg dan nilai kalor tertinggi yang diserap
evaporator adalah sebesar 179,102 kJ/kg dan rata-rata nilai kalor persatuan massa
refrigeran yang diserap adalah sebesar 179,052 kJ/kg. Pengambilan data yang
dilakukan pada suhu ruang (300C), membuat kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator cenderung kosntan dan dinding evaporator yang terlapisi
oleh uap air yang membeku mengakibatkan kalor persatuan massa yang diserap
Gambar 5.8 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dan waktu
Gambar 5.8 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran
yang dilepas evaporator (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai kalor persatuan massa refrigeran terendah yang diserap evaporator adalah 232,60 kJ/kg dan nilai kalor
persatuan massa refrigeran tertinggi yang diserap evaporator adalah sebesar
273,25 kJ/kg dan rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap
adalah sebesar 256,991 kJ/kg. Nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor berubah pada menit ke-90. Hal ini sesuai dengan perubahan yang
terjadi pada kompresor. Karena semakin besar kerja kompresor persatuan massa,
maka semakin besar pula kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
Gambar 5.9 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu Gambar 5.9 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi (COP) aktual dari waktu ke waktu. Nilai COP aktual terendah adalah 3,08 dan nilai COP aktual tertinggi adalah sebesar 3,3 dan rata-rata nilai COP aktual adalah sebesar 3,17. Perubahan kerja kompresor juga berpengaruh pada koefisien prestasi COPaktual.
Sehingga unjuk kerja yang terjadi pada mesin chest freezer menurun pada menit ke-90.
Gambar 5.10 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi COPideal dari waktu ke waktu. Nilai COP ideal terendah adalah 4,1 dan nilai COP ideal tertinggi adalah sebesar 4,2 dan rata-rata nilai COP ideal adalah sebesar 4,14. Perubahan yang terjadi pada kompresor yang diikuti koefisien prestasi aktual juga mengakibatkan perubahan nilai nilai COP ideal.
Gambar 5.11 Hubungan efisiensi dan waktu
Gambar 5.11 memperlihatkan efisiensi dari waktu ke waktu. Nilai efisiensi
terendah adalah 0,75 dan nilai efisiensi tertinggi adalah sebesar 0,8 dan rata-rata
efisiensi adalah sebesar 1,45. Perubahan kerja kompresor yang semakin berat oleh
karena transfer kalor yang terjadi dihalangi oleh butiran air yang membeku,
sistem perpipaan yang di”bending” secara manual sehingga ada kemungkinan
aliran refrigeran pada pipa tidak sempurna dan ruang pendingin (cool box) yang
terbuat dari sterofoam masih memiliki cacat / lubang kecil sebagai jalan bagi pipa
menyebabkan efisiensi mesin chest freezer tidak dapat 100% dan bahkan menurun pada menit ke-90 karena pengaruh kerja kompresor.
Gambar 5.12 Hubungan laju aliran massa refrigeran dan waktu
Gambar 5.12 memperlihatkan laju aliran massa dari waktu ke waktu. Nilai
laju aliran massa terendah adalah 0,0041 kg/s dan nilai laju aliran masa tertinggi
adalah sebesar 0,043 kg/s dan rata-rata laju aliran massa adalah sebesar 0,0042
kg/s. Tertutupnya evaporator oleh butiran air yang membeku, mengakibatkan laju
aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi.
Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa, uap air yang membeku dan menebal
pada bagian dalam evaporator dapat menghalangi transfer kalor.Sehingga uap air
yang membeku menghalangi kinerja kompresor sehingga kerja kompresor
semakin berat. Serta berdampak pula pada kalor yang dilepas kondensor persatuan
massa menjadi lebih besar, tetapi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
cenderung konstan. Dan juga hal ini mengakibatkan menurunnya koefisien
efisiensi. Menurunnya efisiensi ini juga dipengaruhi banyak hal seperti bending
pada pipa tembaga yang dilakukan secara manual dan cenderung tidak sempurna
dapat membuat aliran refrigeran tidak optimal. Dan hal ini juga mempengaruhi
