i
KARAKTERISTIK SHOWCASE DENGAN FREON R-134a
DAN R-600a
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
ii
THE CHARACTERISTIC OF SHOWCASE USING R-134a
AND R-600a OF REFRIGERANT
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
Program Studi Teknik Mesin
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 20Juli 2014
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma :
Nama : Galih Aji Nugroho
Nomor Mahasiswa : 105214075
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
KarakteristikShowcasedengan Freon R-134a dan R-600a
Beserta perangkat yang diperlukan.Dengan demikian ini saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk
kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 20Juli 2014
Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Weather conditions in Indonesia is getting warmer because of global warming make increased thirst. Hence the need for engine cooling which cools drinks. Cold drinks will eliminate hunger. Showcase is a tool that serves to cool beverages such as bottled drinks, beverages packaged in plastic, and so on. Interest to study the vapor compression cycle in the showcase. The purpose of this study is: (a) Make showcase the type of engine coolant Freon R-134a variation and R-600A (b) Looking for a showcase characteristics: (1) Calculate the Qin with R-134a and R-600A. (2) Calculate Qout with R-134a and R-600A. (3) Calculating Win with R-134a and R-600A. (4) Calculate the COP and efficiency with R-134a and R-600A
Location of the study in the laboratory Sanata Dharma University in Yogyakarta. Equipment used in the study is a showcase. Limits - limits problems or assumptions - assumptions made in the study are: (a) The cycle is in use: the vapor compression cycle. (b) Showcase has major components: compressor, condenser, capillary tube, evaporator, refrigerant and cooling space. (c) used refrigerant R-134a and R-600A. (d) Power 1/10 PK showcase compressor (on the nameplate).
The results of the study provide some conclusions (a) Showcase successfully made and works well. (b) For R-134a: Energy evaporator heat absorbed at t = 300 minutes of 156.3 kJ / kg. For R-600A: Energy evaporator heat absorbed at t = 300 min at 268.2 kJ / kg (c) For R-134a: Energy condenser heat is released at t = 300 min at 204.6 kJ / kg. For R-600A: heat energy is released at t = 300 min at 333.7 kJ / kg (d) For R-134a: The work done by the compressor when t = 300 minutes at 45.9 kJ / kg. For R-600A: The work done by the compressor when t = 300 minutes for 65.63 kJ / kg (e) For R-134a: Coefficient showcase actual achievement at t = 300 minutes by 3.20. For R-600A: Coefficient showcase actual achievement at t = 300 minutes at 3.90. (f) For R-134a: Coefficient ideal showcase achievements at t = 300 min of 4.13. For R-600A: Coefficient ideal showcase achievements at t = 300 minutes at 4.88 (g) For R-134a: Efficiency showcase when the condition t = 300 minutes for 82.64%. For R-600A: Efficiency showcase when the condition t = 300 minutes for 83.62%.
viii
INTISARI
Kondisi cuaca di Indonesia yang semakin panas karena pemanasan global membuat rasa haus meningkat. Maka perlunya mesin pendingin yang berfungsi
mendinginkan minuman. Minuman yang dingin akan menghilangkan
dahaga.Showcase adalah alat yang berfungsi untuk mendinginkan minuman
seperti minuman botol, minuman dikemas dalam plastik, dan
sebagainya.Ketertarikan untuk mempelajari siklus kompresi uap pada
showcase.Tujuan penelitian ini adalah : (a)Membuat mesin pendingin jenis showcase dengan variasi freon R-134a dan R-600a (b)Mencari karakteristik showcase : (1) Menghitung Qin dengan R-134a dan R-600a. (2) Menghitung Qout
dengan R-134a dan R-600a. (3) Menghitung Win dengan R-134a dan R-600a. (4)
Menghitung COP dan Efisiensi dengan R-134a dan R-600a
Lokasi penelitian di laboratorium Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian adalah showcase. Batasan –
batasan masalah atau asumsi – asumsi yang dilakukan di dalam penelitian adalah : (a) Siklus yang di pergunakan : Siklus kompresi uap. (b) Showcasemempunyai
komponen utama : kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, refrigeran dan ruang pendinginan. (c) Refrigeran yang digunakan R-134a dan R-600a. (d) Daya kompresor showcase 1/10 PK (pada name plate).
Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) Showcase berhasil
dibuat dan bekerja dengan baik. (b) Untuk R-134a : Energi kalor yang diserap pada saat t = 300 menit sebesar 45,9 kJ/kg.Untuk R-600a : Kerja yang dilakukan kompresor pada saat t = 300 menit sebesar 65,63 kJ/kg (e) Untuk R-134a : Koefisien prestasi aktual showcase pada saat t = 300 menit sebesar 3,20. Untuk
R-600a : Koefisien prestasi aktual showcase pada saat t = 300 menit sebesar
3,90.(f) Untuk R-134a : Koefisien prestasi ideal showcase pada saat t = 300 menit
sebesar4,13. Untuk R-600a : Koefisien prestasi ideal showcase pada saat t = 300
menit sebesar 4,88 (g) Untuk R-134a : Efisiensi showcase pada saat kondisi t =
300 menit sebesar 82,64 %. Untuk R-600a : Efisiensi showcase pada saat kondisi
t = 300 menit sebesar 83,62 %.
ix
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan dan
penulisan Skripsi dengan baik.
Tujuan dari penyusunan Skripsi ini adalah untuk memenuhi persyaratan
kelulusan sarjana S1 di Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma. Judul Skripsi ini adalah Karakteristik Showcase
dengan Freon R-134a dan R-600a.
Penulis menyadari bahwa dalam mennyelesaikan penelitian dan
penyusunan Skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing
Skripsi dan Dosen Pembimbing Akademik.
3. Siti Sudarwati dan Sarijo selaku orang tua penulis serta keluarga penulis yang
membiayai kuliah dan pengerjaan Skripsi serta dukungan, kasih sayang,
fasilitas, dan semangat diberikan kepada penulis.
4. Sukardi, selaku paman penulis yang telah mengajarkan banyak hal tentang arti
sebenarnya pendidikaan sehingga penulis memilih untuk melanjutkan studi ke
x
5. Dedi Saverianus, Feteranus Andi, dan Heru Setiawan selaku sahabat dalam
pembuatan Skripsi dan yang membantu penyelesaian pengambilan data.
6. Teman – teman mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang
selalu menghibur menemani diwaktu senggang dan segala bantuannya.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan
masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya.
Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.
Terima kasih.
Yogyakarta, 5 Juni 2014
xi
DAFTAR ISI
Hal
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
xii
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 22
3.1 Persiapan ... 22
3.1.1Komponen showcase ... 22
3.1.2 Peralatan-Peralatan Pendukung Dalam ... 27
pembuatan Showcase 3.1.3 Pembuatan showcase ... 33
3.1.4 Proses pemvakuman ... 39
3.1.5 Proses pengisian refrigeran ... 41
BAB IV METODE PENELITIAN ... 42
4.8 Cara mendapatkan kesimpulan ... 47
xiii
6.2 Saran ... 73
DAFTAR PUSTAKA ... 74
LAMPIRAN
xiv Tabel 5.4 Nilai suhu evaporator dan kondensor ... 50
Tabel 5.5 Nilai Entalpi ... 50
Tabel 5.6 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran ... 52
yang diserap evaporator Tabel 5.7 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran ... 54
yang dilepas kondensor Tabel 5.8 Nilai kerja kompresor ... 56
Tabel 5.9 Koefisien prestasi aktual (COPaktual) ... 58
Tabel 5.10 Koefisien prestasi ideal (COPideal) ... 60
xvi
Gambar 3.21 Pemasangan kompresor ... 35
Gambar 3.22 Pemasangan evaporator ... 35
Gambar 3.23 Pemasangan kondensor ... 36
Gambar 3.24 Pemasangan filter di kondensor ... 36
Gambar 3.25 Pengelasanantarakompresor dengan ... 37
Kondensor Gambar 3.26 Pengelasanantara kompresor dengan ... 37
Evaporator Gambar 3.27 Pengelasanantara kompresor dengan pentil ... 38
Gambar 3.28 Showcase yang sudah jadi ... 39
Gambar 4.1 Mesin showcase ... 42
Gambar 4.2 Skematik alat penelitian showcase ... 43
Gambar 4.3 Contoh penggunaan ph diagram untuk mencari ... 46
Entalpi Gambar 5.1 Laju aliran yang diserap evaporator dengan ... 52
R-134a Gambar 5.2 Laju aliran yang diserap evaporator dengan ... 53
xvii
Gambar 5.3 Laju aliran yang dilepas kondensor dengan ... 54
R-134a
Gambar 5.4 Laju aliran yang dilepas kondensor dengan ... 55
R-600a
Gambar 5.5 Kerja yang dilakukan kompresor dengan ... 56
R-134a
Gambar 5.6 Kerja yang dilakukan kompresor dengan ... 57
R-600a
Gambar 5.7 Koefisien prestasi aktual showcase dengan
... 58
R-134a
Gambar 5.8 Koefisien prestasi aktual showcase dengan
... 59
R-600a
Gambar 5.9 Koefisien prestasi ideal showcase dengan
... 60
R-134a
Gambar 5.10 Koefisien prestasi ideal showcase dengan
... 61
R-600a
Gambar 5.11 Efisiensi showcase dengan R-134a
... 62
Gambar 5.12 Efisiensi showcase dengan R-600a
... 63
Gambar 5.13 kalor yang diserap evaporator R-134a dan ... 64
R-600
Gambar 5.14 Energi Kalor yang dilepas kondensor R-134a ... 65
dan R-600a
xviii
R-600a
Gambar 5.16 Koefisien prestasi aktual R-134a dan R-600a ... 67
Gambar 5.17 Koefisien prestasi ideal R-134a dan R-600a ... 68
Gambar 5.18 Efisiensi showcase R-134a dan R-600a
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Suhu lingkungan yang semakin panas di indonesia karena pemanasan global
membuat rasa haus meningkat terutama siang hari di musim kemarau. Ketika
musim kemarau tubuh terasa gerah karena haus, sehingga rasa haus menjadi
masalah yang sering ditemui di Indonesia. Apalagi letak Indonesia yang dilalui
garis katulistiwa membuat suhu Indonesia menjadi panas. Emisi gas buang dari
kendaraan juga merupakan faktor bertambahnya panas udara. Pada saat haus
meminum minuman dingin dapat menghilangkan gerah dalam tubuh.
Banyak jenis minuman yang bisa dikomsumsi untuk menghilangkan dahaga
tubuh, tetapi minuman yang paling digemari adalah minuman dingin. Sebab
minuman dingin bisa mendinginkan tubuh bagian dalam ketika haus apalagi
ketika cuaca panas. Banyak jenis minuman dingin yang tersedia seperti es teh, es
jeruk, es campur dan lain - lain. Untuk produk jenis es batu yang di jual di pasaran
kadang tidak baik untuk kesehatan karena prosesnya yang tidak sehat. Sebagai
contoh untuk membuat es batu biasanya menggunakan air yang belum di masak,
sehingga banyak kuman – kuman yang belum mati karena tidak melalui proses
masak.
Untuk minuman yang cocok, praktis, untuk dikonsumsi oleh masyarakat sehat
minuman gelas, minunan instan cocok untuk diminum karena simpel tinggal
membuka penutup dan siap komsumsi.
Untuk membuat minuman kemasan tetap dingin itu memerlukan alat yang
berfungsi mendinginkan tidak mencapai beku. Karena minuman yang sudah
membeku susah meminumnya sebab kandungan zat cairnya membeku. Sehingga
perlu memanasinya atau menunggu hingga cair. Dan itu membuat lama sampai
keinginan untuk minum hilang karena kelamaan menunggu.
Alat yang digunakan untuk mendinginkan minuman yang cocok adalah
showcase. Karena suhu kerja showcase tidak mencapai titik beku yaitu 2°C - 8°C.
Showcase adalah jenis pendingin yang digunakan untuk mendinginkan dan
memajang minuman, kemasan minuman dapat dilihat dari luar karena pintu
showcase transparan.
Di Indonesia showcase banyak dijumpai terutama di supermarket dan toko
-toko minuman. Peran showcase dalam mendinginkan minuman untuk di
konsumsi sudah menjadi kebiasaan sehari-hari. Minuman yang seharusnya
didinginkan menjadi awet, segar dan jika dikonsumsi lebih nikmat dibanding
tanpa pendinginan.
Mengingat pentingnya showcase dalam kehidupan sehari - hari, penulis
tertarik untuk melakukan penelitian terkait dengan showcase. Dengan
mempelajari showcase, harapannya semua pendingin yang mempergunakan siklus
1.2.Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat mesin pendingin jenis showcase dengan R-134a dan R-600a
b. Mencari karakteristik showcase :
- Menghitung Qin dengan R-134a dan R-600a.
- Menghitung Qout dengan R-134a dan R-600a.
- Menghitung Win dengan R-134a dan R-600a.
- Menghitung COPaktual dan COPideal dengan R-134a dan R-600a
- Efisiensi dengan R-134a dan R-600a
1.3.Batasan Masalah
Batasan-batasan yang diambil didalam pembuatan peralatan penelitian ini
adalah :
a. Siklus yang dipergunakan : Siklus kompresi uap.
b. Dalam showcase terdapat komponen utama yaitu : kompresor, kondensor,
pipa kapiler, evaporator, dan refrigeran
c. Volume ruang pendinginan showcase dengan ukuran 40cm x 30cm x 25cm.
d. Dinding showcase terbuat dari akrelik dan rangka showcase aluminium
e. Refrigeran yang digunakan R-134a dan R-600a.
f. Daya kompresor showcase 1/10 PK ( pada name plate) .
g. Evaporator dan kondensor yang dipergunakan adalah evaporator dan
kondensor standar yang dipergunakan pada showcase dengan daya kompresor
1.4. Manfaat
Manfaat penelitian tentang karakteristik showcase dengan Freon R-134a dan
R600a adalah :
a. Menjadi pustaka bagi pihak pembaca yang memerlukan pengetahuan yang
berhubungan dengan showcase.
b. Menambah koleksi skripsi di perpustakaan Universitas Sanata Dharma
5
bahan yang didinginkan. Contoh mesin pendingin yaitu Showcase, kulkas, freezer,
atau AC. Siklus kerja dari mesin pendingin menggunakan siklus kompresi uap.
Proses pendinginan menggunakan bahan pendingin (refrigeran). Refrigeran
bersirkulasi menyerap panas dan melepaskan kalor dengan disertai perubahan
tekanan di dalam sistem dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi, dan dari
tekanan tinggi ke tekanan rendah, begitu selanjutnya selalu bersirkulasi secara
terus menerus.
Untuk menjaga temperatur rendah pada mesin pendingin memerlukan tempat
pembuangan kalor (kondensor) dan tempat penyerapan kalor (evaporator). Siklus
kompresi uap bekerja dengan menyerap energi kalor dari ruang pendinginan yang
diperlukan untuk merubah fase refrigeran dari fase cair menjadi gas. Kalor yang
diserap di evaporator kemudian dibuang di kondensor. Proses perubahan fase dari
cair menjadi gas berlangsung pada suhu yang tetap dan berlangsung di evaporator.
Pada saat pembuaangan kalor di kondensor, selain proses penurunan suhu
refrigeran, proses juga disertai dengan proses pengembunan yang berlangsung
pada tekanan yang tetap. Prinsip kerja mesin pendingin adalah jika motor
penggerak berputar maka akan memutar kompresor. Dengan berputarnya
molekul-molekul dari refrigeran bergerak lebih cepat akibat proses kompresi. Dari
kompresor refrigeran akan mengalir menuju kondensor untuk melepaskan kalor
ke lingkungan sekitar kondensor.
Kalor dari kondensor dapat mengalir ke lingkungan di sekitar kondensor
karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. Setelah mengalami
perubahan fase dari gas menjadi cair, refrigeran keluar dari kondensor, refrigeran
kemudian mengalir menuju pipa kapiler dengan melewati filter terlebih dahulu
untuk mengalami proses penyaringan kotoran. Di pipa kapiler refrigeran
mengalami proses penurunan tekanan dan suhu. Proses di pipa kapiler
berlangsung pada entalpi yang tetap. Fase refrigeran berubah dari fase campuran
yaitu fase cair dan gas. Dari pipa kapiler, refrigeran mengalir ke evaporator.
Didalam evaporator refrigeran mengalami perubahan fase dari campuran ( cair +
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.
2.1.2 Showcase
Showcase adalah lemari pendingin minuman dalam kemasan. Secara umum
merupakan suatu mesin pendingin yang fungsinya mendinginkan minuman.
Gambar 2.1 Showcase
1. Kompresor
2. Kondensor
3. Pipa kapiler
4. Evaporator
Komponen utama dari showcase yaitu kompresor, kondensor, pipa kapiler,
evaporator, dan refrigeran sebagai fluida kerja yang bersirkulasi pada
bagian-bagian tersebut, serta beberapa peralatan tambahan : filter dan termostat.
a. Kompresor
Kompresor adalah alat yang berfungsi menaikkan tekanan refrigeran, sehingga
refrigeran dapat tersirkulasi dengan baik. Jenis kompresor yang biasa
dipergunakan pada showcase adalah kompresor hermetik. Pada kompresor
hermetik, motor listrik dan komponen – komponen yang lainnya menyatu dalam
satu rumah. Fase refrigeran ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas.
Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas lanjut. Suhu gas refrigeran keluar
dari kompresor tinggi, lebih tinggi dari suhu kerja kondenser demikian pula
dengan nilai tekanannya. Proses berlangsung secara isentropic adiabatis. Pada
proses ini entalpi refrigeran mengalami kenaikan, sebesar : ∆h = h2-h1.
b. Kondensor
Fungsi dari kondensor untuk mengubah fase gas menjadi cair. Kondensor ini
merupakan tempat pembuangan kalor. Sebagai akibat dari kehilangan kalor,
kondisi refrigeran mengalami perubahan dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh,
kemudian mengalami proses pengembunan dan berubah menjadi cair.
Berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.
c. Pipa Kapiler
Merupakan alat yang berfungsi menurunkan tekanan dan menurunkan
suhu. Pipa kapiler mempunyai diameter terkecil. Refrigeran yang mengalir di
besar, yang mengakibatkan proses penurunan tekanan. Diameter pipa kapiler yang
dipergunakan pada showcase adalah 0,026 in. Proses penurunan tekanan di dalam
pipa kapiler diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan (proses yang ideal).
Pada saat masuk pipa kapiler, fase freon cair penuh, tetapi ketika masuk
evaporator fase freon berupa campuran fase cair dan gas.
d. Evaporator
Evaporator adalah tempat penyerapan kalor dan tempat terjadinya perubahan
fase Refrigeran dari cair menjadi gas. Di dalam evaporator refrigeran mengalami
proses penguapan dari refrigeran cair menjadi gas. Panas diambil dari
lingkungannya sehingga beban yang akan didinginkan menjadi dingin. Pipa
evaporator terbuat dari tembaga karena tembaga mudah menghantar panas dengan
baik. Pada proses perubahan fase terjadi peningkatan entalpi refrigeran yang
besarnya ∆h = h1-h4. Proses penguapan freon di evaporator berlangsung pada
tekanan dan suhu yang tetap.
e. Filter
Filter adalah alat yang digunakan untuk menyaring kotoran dalam sistem agar
tidak terjadi penyumbatan pada pipa kapiler. Misalnya sisa pengelasan yang
masuk sistem, korosi pipa, kotoran, serbuk-serbuk sisa pemotongan, atau uap air.
f. Termostat
Termostat berfungsi untuk mengatur suhu ruang pendinginan. Termostat akan
mematikan kompresor apabila suhu yang didapat telah sesuai dengan pengaturan
kompresor akan mati ketika suhu ruang mencapai suhu tersebut, dan menyala lagi
jika suhu lebih tinggi dari 5°C.
2.1.3 Refrigeran
Refrigeran adalah suatu zat yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi
cair dan sebaliknya, dipakai untuk mengambil kalor dari evaporator dan
membuangnya ke kondensor.
Macam – macam refrigeran diantaranya adalah :
a. Ammonia (NH3)
Ammonia (R717) digunakan secara luas pada refregerasi yang besar (industri).
Titik didih normalnya adalah 33°C. Ammonia mempunyai karakteristik bau
meskipun pada konsentrasi yang kecil di udara. Karena efek korosi dari ammonia,
tembaga atau campuran tembaga harus tidak digunakan pada mesin-mesin dengan
ammonia.
b. Refrigeran-12
Simbolnya R-12 dan rumus kimianya CCl2F2. Refrigeran ini tidak ramah
lingkungan, R-12 mempunyai titik didih -30°C pada tekanan 1 atm. R-12 ini
sudah mulai ditinggalkan pemakaiannya karena mampu merusak lapisan ozon.
c. Refrigeran - 22
Disimbolkan R-22 rumus kimianya CHCIF2 mempunyai titik didih -41°C
Refrigeran ini di gunakan untuk menggantikan R-12. Refrigeran ini juga tidak
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
harga belinya relatif mahal. Pada saat ini refrigeran ini banyak dipergunakan.
e. Refrigeran – 600a
Simbolnya R-600a dan rumus kimianya C4H10. Disebut juga isobutana yang
memiliki karbon tersier. Bobot molekul 58.12. Refrigeran ini cukup banyak di
gunakan untuk saat ini, R-600a sebagai pengganti R-12 karena kekhawatiran akan
semakin menipisnya lapisan ozon, sebab R-12 dapat merusak ozon.
2.1.4 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 dimana 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
b. Laju Perpindahan kalor konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses transportasi energi dengan
kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan
mencampur. 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
dan konveksi paksa.
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
peroses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa
fluida untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa,blower,
kipas angin atau kompressor.
2.1.5 Siklus Kompresi Uap pada Showcase
Siklus yang dipergunakan pada mesin pendingin showcase adalah siklus
kompresi uap. Komponen utama pada showcase adalah (a) kompresor, (b)
Fluida kerja yang dipergunakan pada siklus kompresi uap adalah refrigeran.
Skematik mesin showcase siklus kompresi uap tersajikan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Skematik mesin showcase dengan siklus kompresi uap
Siklus kompresi uap jika di sajikan pada diagram P-h dan diagram T-s
seperti terjadi pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.
Proses yang terjadi pada siklus kompresi uap mesin refrigerasi :
● Proses (l -2)
Proses (l -2) adalah proses kompresi. Proses ini berlangsung di kompresor
secara isentropik adiabatik ( isoentropi atau entropi konstan ). Kondisi awal
refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah,
Gambar 2.3 Diagram P-h
Proses berlangsung secara isentropik. Temperature refrigeran ke luar dari
kompresorpun meningkat.
● Proses (2-2a)
Proses (2-2a) adalah proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung sebelum
memasuki kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar
dari kompresor membuang kalor di kondensor sehingga fasenya berubah dari gas
panas lanjut menjadi cair.
● Proses (2a -3a)
Proses (2a -3a) adalah proses pembuangan kalor ke lingkungan sekitar kondenser
pada suhu yang tetap. Di kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran
dengan udara, kalor berpindah dari refrigeran ke udara yang ada sekitar
kondensor sehingga refrigeran mengembun menjadi cair. Di kondensor terjadi
isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama). Pada kondisi ini refrigeran
dalam kondisi zat cair karena proses kondensasi.
● Proses (3a-3)
Proses (3a-3) adalah proses pendinginan lanjut. Terjadi pelepasan panas yang
lebih besar dari pada yang dibutuhkan untuk kondensasi sehingga suhu refrigeran
cair yang keluar dari kondensor lebih rendah dari suhu pengembunan dan berada
pada keadaan cair super-dingin (cair terkompresi).
● Proses (3-4)
Proses (3-4) adalah proses ekspansi. Proses ini berlangsung di pipa kapiler secara
isoentalpi (entalpi sama). Hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi
● 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.
● Proses (1a ke 1)
Proses (1a ke 1) adalah proses pemanasan lanjut. Pada proses ini temperatur
refrigeran mengalami ( super heat ). Walaupun temperatur uap refrigeran ( super
heat ) naik, tetapi tekanan tidak berubah. Sebenarnya ada perubahan sedikit
namun perubahan – perubahan ini diabaikan dalam siklus refrigerasi.
2.1.6 Perhitungan Karakteristik Showcase
Dengan diagram entalpi-tekanan, besaran yang penting dalam siklus kompresi
uap dapat diketahui. Besaran-besaran kerja kompresi, laju pengeluaran kalor,
dampak refrigerasi, koefisien prestasi (COP).
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrijeran merupakan perubahan entalpi pada
titik 1-2 di Gambar 2.3, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.1)
Win = h2– h1 , kJ/kg (2.1)
Pada persamaan (2. l) :
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser (Qout)
Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser merupakan
perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.3, perubahan entalpi tersebut dapat
dihitung dengan persamaan (2.2)
Qout = h2– h3, kJ/kg (2.2)
Pada persamaan (2.2) :
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrigeran, kJ/kg
h3 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, kJ/kg
c. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator (Qin)
Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan proses
perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.3, perubahan entalpi tersebut dapat
dihitung dengan persamaan (2.3)
Qin = h1– h4, kJ/kg (2.3)
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai
entalpi pada saat masuk kompresor, kJ/kg
h4 : 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
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.
Dampak refrijerasi dibagi kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan persamaan
(2.4)
COPaktual = Qin/Win = (h1-h4) / (h2-h1) ( 2.4)
Pada persamaan (2. 4) :
COPaktual : koefisien prestasi showcase aktual
Qin : kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
Win : kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai
entalpi pada saat masuk kompresor, kJ/kg
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, kJ/kg
h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai
entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler
e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan
persamaan (2.5).
COPideal = (273,15 + Te ) / (Tc - Te ) ( 2.5)
Pada persamaan (2.5) :
COPideal : koefisien prestasi maksimum showcase
Te : suhu evaporator, oC
Tc : suhu kondensor, oC
f. Efisiensi showcase
Efisiensi showcase dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6).
Efisiensi = COPaktual / COPideal ( 2.6)
Pada persamaan (2.6) :
COPideal : koefisien prestasi maksimum showcase
2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan
terhadap performa system 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, didalam 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
refrigerant 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 oleh beban paling tinggi ( 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) mengetahu 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 pengkodisian
udara motor penggerak kompresor berkapasitas 2HP. 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
22
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Persiapan
3.1.1 Komponen Showcase
Komponen yang digunakan didalam pembuatan Showcase adalah :
kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, filter, refrigeran R-134a, dan
refrigeran R-600a (refrigeran pengganti setelah R-134a diuji).
a. Kompresor
Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Jenis kompresor : Hermetic
Seri kompresor : BES 3011
Voltase : 220 Volt
Daya kompresor : 1/10 PK
b. Kondensor
Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Gambar 3.2 Kondensor
Jenis : Kondensor Tipe U, dengan jumlah U = 6
Diameter pipa : 0,47 cm
Bahan pipa : Besi
Jari – jari sirip : 0,5 mm
Jarak sirip : 5 mm
Panjang pipa : 6 m
c. Pipa kapiler
Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Gambar 3.3 Pipa kapiler
Panjang pipa kapiler : 1 meter
Diameter : 0,026 in
Bahan pipa kapiler : tembaga
d. Filter
Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.4 Filter
Panjang filter : 9 cm
Diameter filter : 1,5 cm
e. Evaporator
Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut :
Gambar 3.5 Evaporator
Bahan pipa evaporator : tembaga
Bahan plat evaporator : alumunium
f. Refrigeran R-134a
Refrigeran R-134a dipergunakan sebagai fluida kerja showcase. Dalam
penelitian ini dipergunakan refrigeran R-134a karena lebih ramah lingkungan
Gambar 3.6 Refrigeran R-134a
g. Refrigeran R-600a
Refrigeran R-600a digunakan sebagai variasi pengganti R-134a setelah
refrigeran R-134a selesai diuji coba. Dalam penelitian ini mempergunakan
refrigeran R-600a karena memberikan keunggulan teknik pada tekanan rendah
dan suara kompresor yang halus.
3.1.2 Peralatan-Peralatan Pendukung Dalam Pembuatan Showcase
Peralatan pendukung adalah peralatan yang digunakan untuk membantu
mempermudah pengerjaan dalam pembuatan showcase.
a. Pemotong Pipa (Tube cutter)
Sebagai alat pemotong pipa tembaga agar diperoleh hasil potongan pada
pipa lebih baik dari pada pemotongan pipa dengan gergaji karena tatal akan
masuk sedalam pipa. Dengan menggunakan tube cutter potongan lebih rapi, serta
dapat mempermudah pengelasan pada proses selanjutnya.
Gambar 3.8 Tube cutter
b. Pembengkok Pipa
Pembengkok pipa berfungsi untuk membengkokkan pipa agar tidak gepeng atau
Gambar 3.9 Pembengkok pipa
c. Manifold gauge
Berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran atau freon dalam sistem
pendinginan baik dalam saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Yang terlihat
dalam manifold gauge adalah tekanan evaporator atau tekanan hisap kompresor,
dan tekanan kondensor atau tekanan keluaran kompresor.
d. Charging manifold
Fungsinya untuk memeriksa tekanan pada saat pengisian refrigeran.
Sehingga refrigeran yang masuk sistem dapat diketahui.
Gambar 3.10 Charging manifold gauge
e. Alat las tembaga
Menambal, dan menyambung atau melepaskan sambungan pipa tembaga
pada proses pembuatan showcase.
f. Bahan las
Bahan las atau bahan tambah yang digunakan dalam penyambungan pipa
kapiler menggunakan bahan tambah perak kuningan dan borak. Untuk bahan
tambah borak digunakan jika penyambungan antara tembaga dan besi.
Penggunaan bahan tambah dikarenakan pada proses pengelasan tembaga akan
lebih merekat jika menggunakan borak sebagai pengikat dan kuningan / perak
Gambar 3.11 Alat las tembaga
Gambar 3.12 Bahan las
g. Metil
Cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran pipa kapiler.
Penggunaan sebanyak satu tutup botol metil.
h. Thermostat
Adalah alat yang digunakan untuk mengatur suhu evaporator. Jika suhu
yang diinginkan telah tercapai, maka kompresor akan mati.
Gambar 3.14 Thermostat
i. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan mesin pendingin showcase
dari gas – gas seperti udara dan uap air. Hal ini dilakukan agar tidak menggangu
proses refrigerasi. Karena uap air akan membeku dan membuat buntu pada filter,
sehingga mesin tidak dapat bekerja.
j. Aluminium batangan
Berfungsi untuk membuat rangka showcase. Rangka dibuat dari aluminium
karena aluminium tahan karat, ringan, dan cukup kuat untuk menahan komponen
Gambar 3.15 Pompa vakum
Gambar 3.16 Aluminium batangan
k. Akrilik
Akrilik digunakan sebagai tempat meletakkan evaporator. Sebagai ruang
pendinginan showcase karena warna akrilik transparan, tahan suhu rendah dan
Gambar 3.17 Lembaran akrilik
3.1.3 Pembuatan Showcase
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan showcase yaitu :
1. Mempersiapkan komponen utama pembuatan showcase seperti kompresor,
kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan refrigeran R134a, komponen
pendukung pembuatan showcase seperti aluminium batangan, akrilik, alat
pemotong pipa, pompa vakum, manifold gauge, alat las, termostat dan
alat-alat yang dipergunakan dalam pembuatan showcase.
2. Membuat kerangka showcase yang terbuat dari aluminium. Rangka ini sebagai
tempat menempelnya evaporator, kompresor, dan kondensor. Bentuk rangka
ini dapat ditunjukkan pada Gambar 3.18.
3. Pada Gambar 3.1.9 (a) menunjukkan pemasangan akrilik yang pada rangka di
5 sisi pemasangan yaitu samping kanan, samping kiri, depan, belakang dan
bawah dan Gambar 3.1.9 (b) menunjukkan hasil pemasangan akrilik di rangka.
4. Kemudian pasang penutup atas pada rangka yang sudah terpasang akrilik
Gambar 3.18 Kerangka Showcase
Gambar 3.19 Pemasangan akrilik
Gambar 3.20 Pemasangan tutup
Samping kanan
Samping kiri belakang
depan
bawah
5. Pasang kompresor pada rangka bagian atas seperti Gambar 3.21.
6. Pasang evaporator di dalam rangka seperti Gambar 3.22.
7. Pasang kondensor di bagian belakang rangka showcase seperti yang
ditunjukkan Gambar 3.23.
Gambar 3.21 Pemasangan kompresor
Gambar 3.23 Pemasangan kondensor
8. Pasang filter di kondensor dan pipa kapiler dengan cara di las
Gambar 3.24 Pemasangan filter di kondensor
9. Terapkan juga potongan pipa kapiler dengan panjang kira-kira 10 cm pada
lubang out filter yang sudah dilas dengan kondensor.
11.Kemudian las pipa tekan kompresor dengan kondensor.
Gambar 3.25 Pengelasan antara kompresor dengan kondensor.
12.Sambungkan pipa penghubung antara pipa hisap (2) kompresor dengan
evaporator dan dilas.
13.Setelah itu, las pentil dengan pipa hisap (1) kompresor seperti Gambar 3.27
Gambar 3.27 Pengelasan antara kompresor dengan pentil.
14.Pemasangan alat ukur tekanan untuk high pressure dipasang diantara
kompresor-kondensor dan diantara kondensor-filter, sedangkan untuk low
pressure diantara kompresor-evaporator dan diantara evaporator-pipa kapiler.
Pemasangan dilas pada sambungan yang sudah dipersiapkan untuk sambungan
alat ukur.
15.Pasang thermostat pada showcase, dan juga kabel yang terhubung antara
thermostat dengan kompresor.
Gambar 3.28 Showcase yang sudah jadi.
3.1.4 Proses Pemvakuman
Agar showcase dapat digunakan, perlu dilakukan dan dibutuhkan beberapa
proses, yaitu proses pemetilan dan pemvakuman. Langkah-langkah tersebut yaitu :
a. Pengisian Metil
Pemberian metil pada pipa kapiler yang telah dipasang / dilas pada
evaporator, dengan cara yaitu :
1. Hidupkan kompresor dan tutup pentil tersebut.
2. Kemudian tuang metil kira-kira 1 tutup botol metil.
3. Berikan 1 tutup botol metil tersebut pada ujung pipa kapiler, yang kemudian
akan dihisap oleh pipa kapiler tersebut untuk membersihkan atau memastikan
bahwa tidak ada kotoran yang tersumbat di dalam pipa kapiler.
b. Pemvakuman
Merupakan proses untuk menghilangkan udara yang terjebak dalam
rangkaian, dengan cara :
1. Persiapkan charging manifold terlebih dahulu, dengan 1 selang yang
berwarna biru (low pressure), yang dipasang pada pentil yang sudah dipasang
dopnya, dan 1 selang berwarna merah ( high pressure ), yang dipasang pada
tabung freon.
2. Pada saat pemvakuman, kran charging manifold terbuka, dan kran tabung
freon tertutup.
3. Kemudian nyalakan kompresor, dan secara otomatis udara yang terjebak
dalam rangkaian akan keluar lewat potongan pipa kapiler pada yang telah
dilas dengan lubang out filter.
4. Pastikan bahwa udara yang terjebak telah habis dengan cara menggunakan
korek api yang telah dinyalakan dan ditaruh di depan ujung potongan pipa
kapiler.
5. Selain itu juga, pada jarum pressure gauge akan menunjukan angka yang
negatif ( secara maksimal ).
3.1.5 Proses Pengisian Refrigeran
Setelah selesai pemetilan dan pemvakuman proses terakhir pembuatan alat
adalah pengisian refrigeran. Pengisian refrigeran dapat dilakukan dengan cara
sebagai berikut :
a. Buka pentil yang sudah terpasang di pipa hisap kompresor, dan hubungkan
dengan 1 selang yang berwarna biru (low pressure), yang dipasang pada
pentil yang sudah dipasang dopnya, dan 1 selang berwarna merah ( high
pressure ), yang dipasang pada tabung yang berisi freon.
b. Pada kondisi ini kran pada tabung refrigeran masih dalam keadaan tertutup.
c. Putar kran pada tabung refrigeran secara perlahan sambil menghidupkan
kompresor sehingga tekanan pada charging manifold naik.
d. Tunggu hingga tekanan yang ditunjukkan charging manifold pada tekanan 10
psig.
e. Setelah tekanan tercapai tutup kran pada tabung refrigeran dan tutup pentil
yang terpasang di kompresor.
42
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Obyek yang Diteliti
Obyek yang diteliti adalah mesin showcase. Gambar 4.1 memperlihatkan
mesin showcase yang dijadikan obyek penelitian.
4.2 Skematik Alat Penelitian
Skematik mesin showcase yang diteliti tersaji pada Gambar 4.2
(a)
(b)
Gambar 4.2 Skematik alat penelitian showcase
Titik 1 : Posisi termokopel sebelum masuk kompresor.
Titik 3 : Posisi termokopel sebelum masuk pipa kapiler
Titik A : Posisi alat ukur tekanan sebelum kompresor
Titik B : Posisi alat ukur tekanan setelah kompresor
4.3 Alat Bantu penelitian
a. Termometer dan Termokopel
Termometer berfungsi untuk mengukur suhu atau temperatur pada saat
pengujian. Termokopel berfungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk
mengubah perbedaan suhu menjadi perubahan tegangan..
b. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam
pengujian.
c. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk menentukan banyaknya air yang di masukkan
kedalam botol untuk diuji.
d. Pemanas air
Pemanas air digunakan untuk mengkalibrasi termometer yang akan
digunakan untuk pengujian. Kalibrasi bertujuan agar data yang didapat sesuai.
4.4 Alur Penelitian
Proses penelitian berlangsung selama 5 jam per hari, dan berlangsung
selama 5 kali. Setelah selesai 5 kali percobaan showcase diganti refrigeran dan
diuji kembali selama 5 jam per hari selama 5 kali. Data yang keseluruhan yang
4.5 Variasi penelitian
Variasi penelitian adalah jenis refrigeran, yaitu R-134a dan R-600a. Untuk
pertama showcase dialiri refrigeran R-134a dan diuji sebanyak 5 kali dalam 5 hari.
Kemudian refrigeran diganti denga R-600a diuji dengan cara yang sama.
4.6 Cara mendapatkan data
Sebelum mengambil data pastikan bahwa termometer sudah dikalibrasi.
Selanjutnya cara mendapatkan data melalui proses sebagai berikut :
a. Mengecek kebocoran refrigeran pada showcase, jika tekanan high pressure
dan low pressure turun sampai 0 psi berarti bocor dan harus diisi refigeran
lagi.
b. Mengisi botol kemasan 500 ml dengan air dan ditaruh di ruang pendinginan
showcase.
c. Memasang kabel termokopel di ruang pendinginan, evaporator, kondensor,
pipa masuk kompresor, pipa keluar kondensor,dan dalam botol uji.
d. Setelah tahap a,b, dan c selesai hidupkan showcase.
e. Yang perlu dicatat dalam pengambilan data yaitu :
T1 : Suhu refrigeran saat masuk kompresor, ( °C)
T3 : Suhu refrigeran di kondensor, ( °C)
P1 : Tekanan refrigeran masuk kompresor, Bar
P2 ; Tekanan refrigeran keluar kompresor, Bar
Proses pengambilan data diukur tiap 30 menit. Pengambilan data berhenti setelah
4.7 Cara mengolah data
Prosedur mengolah data sebagai berikut :
a. Data yang diperoleh dari penelitian dibuat tabel dan grafik agar mempermudah
pemahaman mengenai siklus kompresi uap dari R-600a dan R134a.
b. Data mentah yang didapat digunakan untuk mencari entalpi dari ph diagram.
Gambar 4.3 Contoh penggunaan ph diagram untuk mencari entalpi.
c. Setelah entalpi diketahui entalpi digunakan untuk mengetahui karakteristik
dari showcase dengan cara menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor,
kalor yang diserap evaporator, kerja yang dilakukan kompresor, COP, dan
efisiensi dari mesin showcase tersebut.
Pengambilan kesimpulan didapatkan dari pengolahan data, dan tidak terlepas
dari tujuan penelitian yang telah dibuat di Bab I. Tujuan penelitian harus terjawab
48
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN
5.1. Hasil Penelitian
a. Nilai Tekanan
Hasil penelitian untuk nilai tekanan masuk kompresor dan keluar kompresor yang
di untuk R-134a dan R-600a disajikan pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor R-134a dan R-600
No t
b. Nilai Suhu Masuk Kompresor dan Keluar Kompresor
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kompresor dan keluar kompresor untuk
Tabel 5.2 Nilai suhu masuk kompresor dan keluar kompresor
c. Nilai Suhu Masuk Pipa Kapiler dan Keluar Pipa Kapiler
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk pipa kapiler dan keluar pipa kapiler
untuk R-134a dan R-600a disajikan pada Tabel 5.3.
Tabel 5.3 Nilai suhu masuk pipa kapiler dan keluar pipa kapiler
d. Nilai Suhu Evaporator dan Kondensor
Hasil penelitian untuk nilai suhu evaporator dan kondensor untuk 134a dan
R-600a disajikan pada Tabel 5.4.
Tabel 5.4 Nilai suhu evaporator dan kondensor
No t
Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg)
h1 h2 h3 h4 h1 h2 h3 h4
1 30 417 469 260 260 575 649 301 301
Lanjutan Tabel 5.5 Nilai Entalpi
No t ( menit)
R-134a R-600a
Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg)
h1 h2 h3 h4 h1 h2 h3 h4
a. Perhitungan energi kalor yang diserap evaporator (Qin)
Jumlah energi kalor yang diserap evaporator dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (2.3) yaitu Qin = h1 – h4, kJ/kg. Sebagai contoh perhitungan untuk Qin
diambil data pada menit ke 270 dengan refrigeran R-134a ( data nilai entalpi
untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5.5).
Qin = h1– h4 (kJ/kg)
= ( 418-261) kJ/kg
Tabel 5.6 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
Gambar 5.2 Laju aliran yang diserap evaporator dengan R-600a
b. Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor (Qout)
Jumlah energi kalor yang dilepas kondensor dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (2.2) yaitu Qout = h2– h3, kJ/kg. Sebagai contoh perhitungan untuk Qin
diambil data pada menit ke 270 dengan refrigeran R-134a ( data nilai entalpi
untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5.5).
Tabel 5.7 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor
disajikan dalam bentuk grafik dan hasilnya seperti terlihat pada Gambar 5.3 untuk
refrigeran R-134a dan Gambar 5.4 untukrefrigeran R-600a.
Gambar 5.4 Laju aliran yang dilepas kondensor dengan R-600a
c. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor (Win) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan ( 2.1 )
yaitu Win = h2– h1, kJ/kg. Sebagai contoh perhitungan untuk (Win) diambil data
pada menit ke 270 dengan refrigeran R-134a ( data nilai entalpi untuk perhitungan
Tabel 5.8 Nilai kerja kompresor
Dari Tabel 5.8 Kerja kompresor dapat disajikan dalam bentuk grafik dan hasilnya
seperti terlihat pada Gambar 5.5 untuk refrigeran R-134a dan Gambar 5.6 untuk
refrigeran R-600a.
Gambar 5.6 Kerja yang dilakukan kompresor dengan R-600a
d. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)
Koefisien prestasi aktual (COPaktual) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan ( 2.4 ) yaitu COPaktual = Qin/Win = (h1-h4) / (h2-h1). Sebagai contoh
perhitungan untuk (COPaktual) diambil data pada menit ke 270 dengan refrigeran
R-134a ( data nilai entalpi untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5. 5).
Tabel 5.9 Koefisien prestasi aktual (COPaktual)
Dari Tabel 5.9 Koefisien prestasi aktual (COPaktual) dapat disajikan dalam bentuk
grafik pada Gambar 5.7 untuk refrigeran R-134a dan Gambar 5.8 untukrefrigeran
R-600a.
Gambar 5.7 Koefisien prestasi aktual showcase dengan R-134a COPaktual= 0,0001t + 3,176
Gambar 5.8 Koefisien prestasi aktual showcase dengan R-600a
e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal (COPideal) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
( 2.5 ) yaitu COPideal = (273,15 + Te ) / (Tc - Te ). Sebagai contoh perhitungan
untuk (COPideal) diambil data pada menit ke 270 dengan refrigeran R-134a ( data
nilai suhu untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5.4).
COPideal = (273,15 + Te ) / (Tc - Te )
= (273,15 + (-17))/(45-(-17))
= 4,13
COPaktual= 0,0001t + 3,875
Tabel 5.10 Koefisien prestasi ideal (COPideal)
refrigeran R-134a dan Gambar 5.10 untuk refrigeran R-600a.
Gambar 5.10 Koefisien prestasi ideal showcase dengan R-600a
g. Efisiensi showcase (%)
Efisiensi showcase dapat dihitung dengan dengan menggunakan persamaan ( 2.6 )
yaitu Efisiensi = COPaktual / COPideal. Sebagai contoh perhitungan untuk
efisiensi showcase pada menit ke 270 dengan refrigeran R-134a (data nilai COP
untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5.9 dan 5.10).
Tabel 5. 11 Perhitungan efisiensi showcase
Gambar 5.11 untuk refrigeran R-134a dan Gambar 5.12 untuk refrigeran R-600a.
Gambar 5.12 Efisiensi showcase dengan R-600a
5.2 Pembahasan
Hasil penelitian untuk energi kalor yang diserap evaporator persatuan
massa refrigeran pada waktu t = 30 menit sampai t = 300 menit disajikan pada
Gambar 5.1 dan Gambar 5.2. Jika energi kalor yang diserap evaporator Qin
dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat persamaan sebagai berikut : Qin =
0,003t + 155,4 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit sampai t=300 menit
dengan refrigeran R-134a). Qin = -0,016t + 273( berlaku untuk kondisi waktu t =
30 menit sampai t=300 menit dengan refrigeran R-600a). Pada gambar 5.13
menunjukkan grafik perbandingan antara R-134 dan R-600a pada proses
penyerapan kalor di evaporator. Nilai kalor yang diserap evaporator R-600a lebih
Gambar 5.13 Energi kalor yang diserap evaporator R-134a dan R-600a
R-600a kalor yang diserap 269 kJ/kg -274 kJ/kg lebih unggul dari R-134a
dengan kalor yang diserap 154 kJ/kg - 157 kJ/kg karena entalpi pada titik 4 di
R-600a lebih tinggi yaitu 301 kJ/kg -304 dibanding R-134 yang hanya memiliki 260
kJ/kg 263 kJ/kg dan entalpi pada titik 1 di R600a lebih tinggi yaitu 571 kJ/kg
-575 kJ/kg dibanding R-134 yang hanya memiliki 417 kJ/kg - 418 kJ/kg. (nilai
entalpi dan nilai kalor yang diserap dapat dilihat di Tabel 5.6)
Hasil penelitian untuk energi kalor yang dilepas kondensor persatuan
massa refrigeran pada waktu t = 30 menit sampai t = 300 menit disajikan pada
Gambar 5.3 dan Gambar 5.4. Jika energi kalor yang dilepas kondensor Qout
dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat persamaan sebagai berikut : Qout =
-0,008t + 204,6 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit sampai t=300 menit
dengan refrigeran R-134a). Qout = -0,033t + 343,7 ( berlaku untuk kondisi waktu t
dilepas kondensor R-600a lebih tinggi dibanding R-134a dengan selisih keduanya
131 kJ/kg sampai 136 kJ/kg.
Gambar 5.14 Energi Kalor yang dilepas kondensor R-134a dan R-600a
R-600a dengan kalor yang dilepas kondensor 333 kJ/kg - 348 kJ/kg lebih unggul
dari R-134a dengan kalor yang dilepas kondensor 200 kJ/kg - 209 kJ/kg karena
entalpi pada titik 3 di R-600a lebih tinggi yaitu 301 kJ/kg -305 dibanding R-134
yang hanya memiliki 260 kJ/kg - 263 kJ/kg dan entalpi pada titik 2 di R-600a
lebih tinggi yaitu 638 kJ/kg - 648 kJ/kg dibanding R-134 yang hanya memiliki
461 kJ/kg - 469 kJ/kg. (nilai entalpi dan nilai kalor yang dilepas dapat dilihat di
Tabel 5.7). Pada ph diagram proses pendinginan lanjut kurang karena kondensor
kurang panjang sehingga lebih baik jika kondensor lebih panjang dari 6 m
sehingga pendinginan lanjut maksimal.
Hasil penelitian untuk kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa
5.5 dan Gambar 5.6. Jika kerja yang dilakukan kompresor Win dinyatakan
terhadap waktu t maka akan didapat persamaan sebagai berikut : Win = -0,011t +
49,2 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit sampai t=300 menit dengan
refrigeran R-134a). Win = -0,017t+ 70,73 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30
menit sampai t=300 menit dengan refrigeran 600a). Nilai kerja kompresor
R-600a lebih tinggi dibanding R-134a dengan selisih keduanya 19 kJ/kg sampai 32
kJ/kg.
Gambar 5.15 Kerja kompresor R-134a dan R-600a
600a dengan nilai kerja kompresor 65 kJ/kg - 75 kJ/kg lebih unggul dari
R-134a dengan nilai kerja kompresor 43 kJ/kg - 52 kJ/kg karena entalpi pada titik 1
di R-600a lebih tinggi yaitu 571 kJ/kg - 575 dibanding R-134 yang hanya
memiliki 417 kJ/kg - 418 kJ/kg dan entalpi pada titik 2 di R-600a lebih tinggi
yaitu 638 kJ/kg - 648 kJ/kg dibanding R-134 yang hanya memiliki 461 kJ/kg -
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi aktual pada waktu t = 30 menit
sampai t = 300 menit disajikan pada Gambar 5.7 dan Gambar 5.8. Jika koefisien
prestasi aktual COPaktual dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat
persamaan sebagai berikut : COPaktual = 0,000t + 3,176 ( berlaku untuk kondisi
waktu t = 30 menit sampai t=300 menit dengan refrigeran R-134a). COPaktual =
0,000t + 3,875 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit sampai t=300 menit
dengan refrigeran R-600a). Gambar 5.16 menunjukkan koefisien performa aktual
perbandingan R-134a dengan R-600a.
Gambar 5.16 Koefisien prestasi aktual R-134a dan R-600a
R-600a dengan koefisien prestasi aktual 3,6 - 4,15 lebih unggul dari R-134a
dengan koefisien prestasi aktual 3,02 - 3,63 karena kalor yang diserap di R-600a
lebih tinggi yaitu 267 kJ/kg – 274 kJ/kg dibanding R-134 yang hanya memiliki
– 75 kJ/kg dibanding R-134 yang hanya memiliki 43 kJ/kg - 52 kJ/kg. (nilai
koefisien prestasi aktual dapat dilihat di Tabel 5.9)
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi ideal pada waktu t = 30 menit
sampai t = 300 menit disajikan pada Gambar 5.9 dan Gambar 5.10. Jika koefisien
prestasi ideal COPideal dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat persamaan
sebagai berikut : COPideal = 4,13 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit
sampai t=300 menit dengan refrigeran R-134a). COPideal = -8.10-5t + 4,884
( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit sampai t=300 menit dengan refrigeran
600a). Gambar 5.17 menunjukkan koefisien performa ideal perbandingan
R-134a dengan R-600a
Gambar 5.17 Koefisien prestasi ideal R-134a dan R-600a
R-600a dengan koefisien prestasi ideal 4,5 - 5,08 lebih unggul dari R-134a
dengan koefisien prestasi ideal 4,13 karena suhu evaporator di R-600a lebih
lebih tinggi yaitu 43°C - 47°C dibanding R-134 yang hanya memiliki 45°C. (nilai
suhu dan nilai koefisien ideal dapat dilihat di Tabel 5.4 dan Tabel 5.10)
Hasil penelitian untuk efisiensi showcase pada waktu t = 30 menit sampai
t = 300 menit disajikan pada Gambar 5.11 dan Gambar 5.12. Jika efisiensi
showcase ṁ dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat persamaan sebagai
berikut : η = 0,019t + 76,94 ( berlaku untuk kondisi waktu t = 30 menit sampai
t=300 menit dengan refrigeran R-134a). η = 0,013t + 79,72 ( berlaku untuk
kondisi waktu t = 30 menit sampai t=300 menit dengan refrigeran R-600a).
Gambar 5.18 menunjukkan efisiensi showcase perbandingan 134a dengan
R-600a
Efisiensi R-600a lebih tinggi dari R-134a karena koefisien prestasi ideal dan
koefisien prestasi aktual lebih tinggi R-600a. Gambar 5.21 membuktikan bahwa
71
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Hasil penelitian yang telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik
showcase dengan freon R-134a dan R-600a memberikan beberapa kesimpulan :
a. Showcase sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik.
b. Untuk R-134a : Energi kalor yang diserap evaporator pada saat t = 300 menit
sebesar 156,3 kJ/kg, untuk saat t = 30 menit sampai t = 300 menit Qin dapat
dinyatakan dengan persamaan Qin = 0,003t + 155,4, berlaku untuk 30 ≤ t ≤ 300.
Untuk R-600a : Energi kalor yang diserap evaporator pada saat t = 300 menit
sebesar 268,2 kJ/kg, untuk saat t = 30 menit sampai t = 300 menit Qin dapat
dinyatakan dengan persamaan Qin = -0,016t + 273, berlaku untuk 30 ≤ t ≤ 300
c. Untuk R-134a : Energi kalor yang dilepas kondensor pada saat t = 300 menit
sebesar 204,6 kJ/kg, untuk saat t = 30 menit sampai t = 300 menit Qout dapat
dinyatakan dengan persamaan Qout = -0,008t + 204,6, berlaku untuk 30 ≤ t ≤
300 Untuk R-600a : Energi kalor yang dilepas pada saat t = 300 menit sebesar
333,7 kJ/kg, untuk saat t = 30 menit sampai t = 300 menit Qout dapat
dinyatakan dengan persamaan Qout = -0,033t + 343,7, berlaku untuk 30 ≤ t ≤
300
d. Untuk R-134a : Kerja yang dilakukan kompresor pada saat t = 300 menit
sebesar 45,9 kJ/kg, untuk saat t = 30 menit sampai t = 300 menit Win dapat
