KARAKTERISTIK FREEZER DENGAN PENDINGINAN LANJUT DAN PEMANASAN LANJUT DENGAN DAYA KOMPRESOR 115 WATT, PANJANG PIPA KAPILER 160 CM SKRIPSI

(1)

i

KARAKTERISTIK FREEZER DENGAN PENDINGINAN

LANJUT DAN PEMANASAN LANJUT DENGAN DAYA

KOMPRESOR 115 WATT, PANJANG PIPA KAPILER 160 CM

SKRIPSI

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

Diajukan oleh

THOMAS DWI SANTOSO

NIM : 105214079

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

CHARACTERISTIC OF FREEZER WITH SUB-COOLING

AND SUPER HEATING USING A 115 WATT POWER

COMPRESSOR AND 160 CM LONG CAPILLARY PIPE

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

THOMAS DWI SANTOSO

Student Number : 105214079

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

ABSTRAK

Mesin pendingin khususnya freezer mempunyai fungsi yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan manusia pada jaman sekarang ini. Baik sebagai keperluan rumah tangga maupun industri. Freezer dapat berfungsi sebagai pengawet berbagai jenis bahan makanan seperti, daging, makanan kaleng, dan sebagainya. Tujuan penelitian ini adalah : (a) Membuat freezer dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dengan daya 1/6 HP, panjang pipa kapiler 160 cm. (b) Mengetahui karakteristik freezer dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut: (1) laju aliran kalor yang diserap evaporator (2) laju aliran kalor yang dilepas oleh kondensor (3) Kerja kompresor (4) COP aktual freezer (5) COP ideal freezer (6) efisiensi freezer (7) laju aliran massa refrigeran.

Lokasi penelitian di laboratorium Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian adalah Freezer. Batasan batasan atau asumsi asumsi yang dilakukan di dalam penelitian adalah : (a) menggunakan kompresor dengan daya 115 watt (2) menggunakan evaporator standar yang dipergunakan pada freezer berdaya 115 watt (c) panjang pipa kapiler 160 cm (4) menggunakan kondensor standar yang dipergunakan pada freezer berdaya 115 watt. Variasi pada penelitian ini adalah beban pendinginan 0,25 liter, 0,5 liter dan 0,75 liter.

Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) Energi kalor yang diserap evaporator dinyatakan dengan persamaan Qin= Qin= -0,0001(t)2 + 0,125(t) + 164,0 (berlaku untuk t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (b) Energi kalor yang dilepas kondensor dinyatakan dengan persamaan Qout= -0,0001(t)2 + 0,124(t) + 205,87 (berlaku untuk untuk t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (c) Kerja yang dilakukan kompresor dinyatakan dengan persamaan Win= 0,00002(t)2 - 0,001(t) + 41,85 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (d) Koefisien prestasi aktual freezer COPaktual dinyatakan dengan persamaan COPaktual= -0,000005(t)2 + 0,003(t) + 3,927 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (e) Koefisien prestasi ideal freezer COPideal dinyatakan dengan persamaan COPideal= -0,00000003(t)2 - 0,003(t) + 10,57 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (f) Laju aliran massa refrigeran dinyatakan dengan persamaan m = 0,000000009(t)2 - 0,000008(t)+ 0,011 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). (g) Efisiensi freezer dinyatakan dengan persamaan Efisiensi = -0,00004(t)2 + 0,043(t) + 37,35 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter).

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat

rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan

menyusun Skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib untuk menyelesaikan

pendidikan dan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Adapun

judul Skripsi ini adalah “ Karakteristik Freezer dengan Pendinginan Lanjut dan

Pemanasan Lanjut dengan Daya Kompresor 115 watt, Panjang Pipa Kapiler 160

cm “.

Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tidak akan terwujud tanpa adanya

bantuan dari berbagai pihak, baik langsung maupun tidak langsung. Dalam

kesempatan ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si,M.Sc, selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. P K. Purwadi, MT, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Seluruh dosen di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

4. Seluruh staf sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

5. Marjiono dan Theresia Sri Mardhiati, selaku orang tua yang senantiasa

(9)

(10)

x

DAFTAR ISI

hal

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xviii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1. 1 Latar Belakang ... 1

1. 2 Tujuan ... 3

1. 3 Batasan Masalah ... 4

1. 4 Manfaat ... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TUJUAN PUSTAKA ... 6

2. 1 Dasar Teori ... 6

2. 1. 1 Freezer ... 6

(11)

xi

Freezer

2. 1. 3 Evaporator ... 11

2. 1. 4 Kompresor ... 13

2. 1. 5 Kondensor ... 15

2. 1. 6 Pipa Kapiler ... 16

2. 1. 7 Thermostat ... 17

2. 1. 8 Filter ... 19

2. 1. 9 Perhitungan Karakteristik Freezer ... 19

2. 2 Tinjauan Pustaka ... 22

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 25

3. 1 Persiapan Pembuatan Freezer ... 25

3. 1 .1 Persiapan Pembuatan Freezer ... 25

3. 1. 2 Peralatan Pendukung Pembuatan Freezer ... 29

3. 1 .3 Langkah – langkah Pembuatan Freezer ... 33

BAB IV METODE PENELITIAN ... 40

4. 1 Mesin yang Diteliti ... 40

4. 2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti ... 41

4. 3 Alat Bantu Penelitian ... 42

4. 4 Beban Pendinginan ... 46

4. 5 Variasi Penelitian ... 47

(12)

xii

4. 7 Cara Mengolah Data ... 48

5. 8 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 49

BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 50

5. 1 Hasil Penelitian ... 50

5. 2 Perhitungan ... 56

5. 3 Pembahasan ... 78

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 82

6. 1 Kesimpulan ... 82

6. 2 Saran ... 84

(13)

xiii

LAMPIRAN ... hal

(14)

xiv

Gambar 2. 19 Thermostat dalam keadaan tersambung ... 18

Gambar 2. 20 Thermostat ... 19

(15)

xv

Gambar 3. 10 Alat las dan bahan tambahan las (perak dan tembaga)

Gambar 3. 16 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor ... 35

Gambar 3. 17 Proses pengelasan kondensor dengan filter ... 35

Gambar 3. 18 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler ... 36

Gambar 3. 19 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator ... 37

(16)

xvi

Gambar 4. 3 Skematik mesin pendingin freezer dengan posisi alat ukur tekanan

Gambar 5. 1 Laju aliran kalor yang diserap evaporator dengan beban pendinginan 0,25 liter ... 58

Gambar 5. 4 Laju aliran kalor yang dilepas kondensor dengan beban pendinginan 0,25 liter. ... 61

Gambar 5. 7 Kerja yang dilakukan kompresor dengan beban pendinginan 0,25 liter. ... 64

Gambar 5. 8 Kerja yang dilakukan kompresor dengan beban pendinginan 0,5 liter ... 65

Gambar 5. 9 Kerja yang dilakukan kompresor dengan beban pendinginan 0,75 liter. ... 65

Gambar 5. 10 Koefisien prestasi aktual freezer dengan beban pendinginan 0,25 liter. ... 67

(17)

xvii

beban pendinginan 0,5 liter.

Gambar 5. 12 Koefisien prestasi aktual freezer dengan beban pendinginan 0,75 liter.

... .68

Gambar 5. 13 Koefisien prestasi ideal freezer dengan beban pendinginan 0,25 liter.

... 70

... 71

Gambar 5. 16 Laju aliran masaa refrigeran freezer dengan beban pendinginan 0,25 liter.

... 73

... 74

Gambar 5. 19 Efisiensi freezer dengan beban pendinginan 0,25 liter.

... 76

... 77

(18)

xviii

DAFTAR TABEL

Hal Tabel 4. 1 Beban pendinginan yang dipergunakan sebagai

variasi penelitian

... 47

Tabel 4. 2 Cara mencatat hasil pengukuran suhu ... 47

Tabel 4. 3 Cara mencatat hasil pengukuran tekanan ... 48

Tabel 5. 1 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar Kompresor beban pendinginan 0,25 liter ... 50

Tabel 5. 2 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar kompresor beban pendinginan 0,5 liter ... 51

Tabel 5. 3 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar kompresor beban pendinginan 0,75 liter ... 51

Tabel 5. 4 Nilai suhu masuk kompresor dan keluar kompresor ... 52

Tabel 5. 5 Nilai suhu masuk pipa kapiler dan keluar pipa kapiler ... 53

Tabel 5. 6 Nilai Suhu masuk evaporator dan keluar evaporator ... 54

Tabel 5. 7 Nilai suhu evaporator dan kondensor ... 55

Tabel 5. 8 Nilai entalpi ... 56

Tabel 5. 9 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) ... 57

Tabel 5. 10 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout) ... 60

Tabel 5. 11 Kerja kompresor ... 63

Tabel 5. 12 Koefisien prestasi aktual freezer (COPaktual) ... 66

Tabel 5. 13 Perhitungan koefisien prestasi ideal (COPideal) ... 69

(19)

xix

(20)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1

.

1. Latar Belakang

Pada jaman sekarang mesin pembeku dan mesin pendingin sangat luas

dipergunakan. Salah satu alat yang berguna untuk mendinginkan dan

membekukan bahan makanan atau benda lain adalah freezer. Freezer dapat

dipergunakan untuk mendinginkan dan membekukan air, es krim, daging,

obat-obatan, makanan kaleng, mayat, ikan laut, dll. Seiring berjalannya waktu

kebutuhan akan alat pendingin semakin meningkat dan semakin banyak

dipergunakan. Selain dipergunakan di rumah tangga freezer juga dipergunakan di

hotel-hotel, rumah sakit, supermarket, rumah pengalengan ikan, dan dipergunakan

di industri.

Ada berbagai macam jenis mesin pendingin dengan fungsi yang

berbeda-beda. Kulkas mempunyai fungsi menyegarkan buah-buahan dan sayur-sayuran

yang biasa dipergunakan di rumah tangga. Coldstorage mempunyai fungsi untuk

membekukan daging, yang biasa dipergunakan di hotel-hotel, gudang rabat.

Showcase mempunyai fungsi untuk mendinginkan minuman kaleng ataupun

minuman plastik, yang biasa dipergunakan di supermarket, toko-toko klontong,

dll. Mesin pendingin mayat mempunyai fungsi untuk menjaga mayat supaya tidak

cepat membusuk yang biasa dipakai di rumah sakit. AC split dan AC window

mempunyai fungsi untuk mendinginkan udara ruangan, yang bisa menjaga suhu

(21)

window dan AC split umumnya dipergunakan di rumah tangga, villa dan hotel.

Chiller mempunyai fungsi untuk mendinginkan air dan berperan sebagai alat

pengkondisian udara dalam ruangan, yang biasa dipergunakan di perkantoran

besar, gedung – gedung bertingkat, hotel-hotel, rumah sakit dan industri.

Berbagai macam mesin pendingin tersebut sudah tidak asing lagi ditelinga

masyarakat dikarenakan fungsi dan kegunaanya yang sangat bermanfaat. Hampir

sebagian besar mesin pendingin tersebut menggunakan siklus kompresi uap dalam

pembuatan dan perancangannya, dan freon berfungsi sebagai fluida yang

digunakan. Freon digunakan sebagai fluida kerja pada siklus kompresi uap ini

karena freon dapat mendidih pada suhu yang rendah. Berikut ini adalah gambar

macam – macam mesin pendingin :

Gambar 1.1 Water cooled chiller Gambar 1.2 Air cooled chiller

(22)

Gambar 1.5 Cold storages Gambar 1.6 Kulkas

Gambar 1.7 Mesin pendingin jenazah

Dari berbagai penjelasan di atas penulis tertarik untuk mengenal lebih dalam

tentang mesin pendingin. Penulis berkeinginan untuk melakukan penelitian

tentang freezer yang dapat mewakili semua jenis mesin pendingin yang

menggunakan siklus kompresi uap.

1.2. Tujuan

Tujuan dari penelitian tentang freezer dengan mempergunakan siklus

kompresi uap ini adalah :

a. Membuat freezer dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut dengan

(23)

b. Mengetahui karakteristik freezer dengan pendinginan lanjut dan pemanasan

lanjut dengan daya kompresor 115 watt, panjang pipa kapiler 160 cm:

1. Laju aliran kalor yang diserap evaporator.

2. Laju aliran kalor yang dilepas kondenser.

3. Kerja kompresor

4. COPaktual freezer.

5. COPideal freezer.

6. Efisiensi freezer.

7. Laju aliran massa refrigeran.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini

adalah :

a. Menggunakan kompresor dengan daya 115 watt.

b. Menggunakan evaporator standar yang dipergunakan pada freezer berdaya

115 watt.

c. Panjang pipa kapiler 160 cm.

d. Menggunakan kondenser standar yang dipergunakan pada freezer berdaya

115 watt.

1.4. Manfaat

Manfaat penelitian tentang peralatan mesin pendingin dengan

mempergunakan siklus kompresi uap ini adalah :

a. Dapat menjadi pedoman dan acuan bagi peneliti lain yang ingin meneliti

(24)

(25)

6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar teori

2.1.1 Freezer

Freezer adalah alat pembeku yang bekerja dengan mengambil atau menyerap

panas dari kompartemen atau lingkungan sekitarnya. Panas yang terus menerus

diambil akan menurunkan suhu dan membuat benda didalamnya menjadi beku.

Frezeer menggunakan fluida kerja yang disebut refrigeran untuk mengambil

panas. Refrigeran yang paling umum digunakan adalah freon. Namun sekarang

secara bertahap freon telah diganti dengan bahan lain yang lebih ramah terhadap

lingkungan.

Freezer bekerja dengan mengambil panas dilingkungan sekitar evaporator.

Proses diawali dengan refrigeran dalam bentuk gas masuk ke kompresor sehingga

suhu refrigeran menjadi sangat panas. Gas panas bergerak melalui kondensor dan

mulai didinginkan. Hal ini menyebabkan gas berubah menjadi cair. Gas dipaksa

menuju pipa kapiler atau katup expansi dalam bentuk cair. Pipa kapiler memiliki

diameter yang sangat kecil yang ketika refrigeran melalui pipa tersebut akan

berubah menjadi kabut yang sangat dingin. Saat melewati evaporator kabut

refrigeran mulai menguap dan berubah kembali menjadi gas. Suhu kabut

refrigeran bisa mencapai -27 derajat celcius dan menyerap kalor yang ada dalam

evaporator. Sebagai akibat suhu refrigeran akan kembali naik karena membawa

keluar panas yang diserap dalam evaporator. Refrigran kemudian dikirim kembali

(26)

Gambar 2.1 Freezer

Berikut jenis – jenis freezer yang banyak digunakan:

 Chest Freezer

Chest Freezer merupakan jenis freezer yang berbentuk seperti peti. Alat ini mempunyai suhu kerja antara -20˚ C sampai -38˚ C.

Gambar 2. 2 Chest Freezer  Cold Storages

Cold Storages merupakan jenis freezer yang dipergunakan untuk membekukan daging dan bahan makanan lainnya. Masalah yang sering

(27)

Gambar 2. 3 Cold Storages  Belt Freezer

Belt Freezer merupakan jenis freezer yang bekerja dengan cara menyemprotkan udara dingin atau nitrogen cair yang diarahkan langsung ke

arah belt atau konveyor secara berlawanan arah yang dapat mengurangi

kehilangan panas selama proses evaporasi. Belt Freezer bekerja pada suhu

-10˚ C sampai -30˚ C.

Gambar 2. 4 Belt Freezer  Scared Surface Freezer

Scraped Surface Freezer digunakan untuk mendinginkan makanan yang berbentuk cair atau semi cair. Alat ini memiliki desain yang mirip dengan alat

(28)

refrigeran lain. Dalam industri es krim rotor menggenai makanan beku dari

dinding freezer dan secara simultan mengalirkan udara ke dalam freezer. Alat

ini bekerja pada suhu -4˚ C sampai -7˚ C.

Gambar 2. 5 Scraped Surface Freezer

2.1.2 Siklus Kompresi Uap sebagai Dasar Kerja Freezer

Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak

digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, pipa

kapiler atau katup expansi, dan kondensor. Keempat komponen tersebut

melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus kompresi uap.

(29)

Gambar 2. 7 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T - s

Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap:

a. Proses kompresi (1 – 2), proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik

adiabatik. Kondisi awal refrigerant pada saat masuk di kompresor adalah uap

jenuh bertekanan rendah, setelah dikompresi refrigerant menjadi uap

bertekanan tinggi. Oleh karena proses ini dianggap isentropik, maka temperatur

ke luar kompresor pun meningkat.

b. Proses penurunan suhu (2 – 3), proses kondensasi (3 – 4) dan proses

pendinginan lanjut (4 – 5) proses ini berlangsung di kondensor. Refrigeran

yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar dari kompresor membuang

kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di

kondensor terjadi penukaran kalor antara refregeran dengan udara, sehingga

panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dan akhinya refrigeran

mengembun manjadi cair. Proses pendinginan lanjut betujuan untuk

mengkondisikan refrigeran benar – benar berwujud cair sebelum masuk pipa

(30)

c. Proses ekspansi (5 – 6), proses ini berlangsung di pipa kapiler atau katup

expansi secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi

terjadi penurunan tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan

tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice

yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.

d. Proses evaporasi (6 – 7), proses ini berlangsung di evaporator secara isobaris.

Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari

lingkungan sekitar / media yang didinginkan sehingga wujudnya berubah

menjadi gas bertekanan rendah.

e. Proses pemanasan lanjut (7 – 1) dengan proses pemanasan lanjut ini di

harapkan refrigeran yang masuk kompresor benar – benar berwujud gas.

2.1.3 Evaporator

Evaporator adalah jaringan atau bentuk pipa yang dikonstruksikan

sedemikian rupa dengan berbagai macam bentuk. Fungsi sebagai alat yang

bekerja untuk menyerap kalor dilingkungan sekitarnya, karena kalor diserap

evaporator maka suhu disekitar evaporator akan menjadi rendah . Pipa evaporator

ada yang terbuat dari bahan tembaga, besi aluminium atau dari kuningan.

(31)

Evaporator dibagi menjadi 3 kategori tergantung pada media atau bahan yang

akan didinginkan:

a. Air cooled evaporator adalah Evaporator yang mendinginkan udara secara langsung. Udara yang didinginkan ini didistribusikan melalui sistem distribusi

udara. Pada evaporator ini, refrigeran mengalir didalam pipa – pipa logam dan

udara mengalir diluarnya. Sistem pendistribusian udara tersebut dilakukan

dengan pemasangan kipas angin (blower).

Gambar 2. 9 Air cooled evaporator

b. Liquid cooled evaporator adalah Evaporator yang berfungsi mendinginkan air sampai suhu tertentu dan di pompa ke AHU ( Air Handling unit ), FCU ( Fan Coil Unit ), atau tipe – tipe pemakaian lain. Sistem ini biasanya digunakan dalam unit – unit sistem tata udara yang berkapasitas besar.

(32)

c. Standard evaporator adalah Evaporator yang biasa digunakan pada freezer umumnya.

Gambar 2. 11 Standard evaporator

2.1.4 Kompresor

Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya

dinamis atau bergerak, yakni menghisap sekaligus memompa udara sehingga

terjadilah sirkulasi udara yang mengalir dari pipa – pipa mesin pendingin.

Ada 3 macam kompresor yang biasa digunakan dalam mesin pendingin saat

ini, yaitu kompresor bertorak, kompresor sentrifugal, dan kompresor rotary,

selanjutnya dari macam – macam kompresor tersebut dibagi dalam 3 kategori,

yaitu:

a. Kompresor jenis terbuka ( Open type compressor ), jenis kompresor ini terpisah dari tenaga penggeraknya, dan masing – masing bergerak sendiri

dalam keadaan terpisah. Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik.

Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli

dari luar dipasang pada ujung poros tersebut. Puli pada kompresor berfungsi

sebagai roda gaya yang digunakan sebagai daun kipas untuk mendinginkan

kondenser dan kompresor sendiri. Karena ujung poros engkol keluar dari

rumah kompresor, maka harus diberi pelapis agar refrigeran tidak bocor keluar.

(33)

1. Putaran kompresor dapat diubah dengan cara mengganti diameter puli.

2. Ketinggian minyak pelumas dapat diketahui dengan mudah.

3. Jika terjadi kerusakan dapat dengan mudah diketahui dan melakukan

penggantian komponen.

4. Pada daerah yang belum tersedia listrik, kompresor dapat bekerja dengan

sumber tenaga listrik lain seperti mesin diesel.

Kerugian kompresor jenis terbuka adalah :

1. Harga lebih mahal.

2. Bentuknya besar dan berat.

3. Memerlukan ruang yang besar.

b. Kompresor jenis hermatik ( Hermatic type compressor ), jenis kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam satu rumahan yang

tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari kompresor sehingga

putaran motor penggerak sama dengan kompresor.

Keuntungan dari kompresor hermatik adalah :

1. Bentuknya kecil dan harganya relatif terjangkau.

2. Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingan rendah.

3. Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran.

4. Tidak memerlukan ruang penempatan yang besar.

Kerugian dari kompresor hermatik adalah :

1. Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui.

2. Kerusakan yang terjadi di dalam kompresor susah diketahui sebelum rumah

(34)

3. Digunakan pada mesin pendingin yang berkapasitas kecil.

Gambar 2. 12 Kompresor jenis hermatik

c. Kompresor jenis semi hermatik ( Semi hermatic type compressor ), jenis kompresor yang motor penggerak serta kompresornya berada dalam satu

rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor

digerakkan oleh motor penggerak dengan sebuah poros penghubung antara

motor penggerak dengan kompresor.

Gambar 2. 13 Kompresor jenis semi hermatik

2.1.5 Kondensor

Kondensor adalah alat yang mempunyai fungsi mengkondensasi bahan

pendinginan gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Refrigeran yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan

(35)

kondensor akan mengalami pengembunan. Dari sini refrigeran yang sudah

mengembun akan menjadi cair dan mengalir menuju pipa evaporator. Ada 3 jenis

kondensor berdasarkan media pendinginan, yaitu:

a. Air cooled condenser : Kondensor yang menggunakan udara sebagai pendinginnya.

Gambar 2. 14 Air cooled condenser

b. Water cooled condenser : Kondensor yang menggunakan air sebagai pendinginnya.

Gambar 2. 15 Water cooled condenser

c. Standard condenser : Kondensor yang dipergunakan pada freezer standar

(36)

2.1.6 Pipa Kapiler

Pipa kapiler adalah suatu pipa pada mesin pendingin yang mempunyai

diameter yang paling kecil jika dibandingkan pipa – pipa lainnya. Jika pada

evaporator pipanya mempunyai diameter 5/16 inci, maka untuk pipa kapiler

berdiameter 0,026 atau 0,031 inci. Kerusakan mesin pendingin biasanya dijumpai

pada pipa kapiler ini, jika tidak bocor mungkin tersumbat. Pipa kapiler

mempunyai fungsi menurunkan tekanan dan mengatur cairan refrigeran yang

mengalir dari kondensor menuju evaporator.

Gambar 2. 17 Pipa Kapiler

2.1.7 Thermostat

Thermostat adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas

suhu dalam ruang evaporator, mengatur lamanya kompresor berhenti dan

mengatur untuk menjalankan kompresor bekerja. 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

(37)

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 saklar akan membuka dengan demikian terputuslah hubungan

listirk dari PLN. Dengan terputusnya arus listrik maka kompresor akan berhenti

bekerja dalam waktu yang relative lama dan apabila ruang pendingin atau

evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku, fluida dalam thermostat akan

menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada saklar kontak sehingga

saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN. Kompresor

akan bekerja kembali dan demikian berturut – turut kerja thermostat.

Gambar 2.18 Thermostat dalam keadaan putus

(38)

Gambar 2. 20 Thermostat

2.1.8 Filter

Filter adalah alat yang mempunyai fungsi menyaring kotoran – kotoran yang

berbentuk padat yang terbawa refrigeran yang berasal dari sistem itu sendiri atau

dari kotoran sisa pemotongan pipa tembaga pada proses pengelasan, dapat juga

dari korosi saluran pipa. Filter dipasang pada daerah bertekanan tinggi pada ujung

pipa kondensor yang menuju pipa kapiler dengan tujuan jika ada kotoran atau

udara yang terjebak dalam siklus tersebut akan tersaring terlebih dahulu agar pipa

kapiler tidak tersumbat.

(39)

2.1.9 Perhitungan Karakteristik Freezer

Dengan bantuan diagram entalpi – tekanan, entalpi atau nilai ( h ) dalam

siklus kompresi uap sehingga dapat diketahui, kerja kompresor, energi kalor yang

diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondesor dan koefisien prestasi

(COP)

1. Kerja Kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi dari

titik 1 ke 2 (lihat Gambar 2. 1), yang dapat dihitung dengan persamaan (2. 1).

Win = h2 – h1, kJ/kg (2. 1)

Pada persamaan (2. 1):

Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg

h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg 2. Energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor (Qout)

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor merupakan

perubahan entalpi pada titik 2 ke 3 (lihat Gambar 2. 1), perubahan tersebut dapat

dihitung dengan persamaan (2. 2).

Qout = h2 – h5, kJ/kg (2. 2)

Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kJ/kg

h3 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg

(40)

3. Energi kalor yang yang diserap oleh evaporator (Qin)

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator merupakan

proses perubahan entalpi pada titik 4 ke 1 (lihat Gambar 2. 1), perubahan entalpi

tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2. 3).

Qin = h1– h6, 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 tetap maka nilai h4=h3, kJ/kg

4. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan persamaan

(2. 4).

COPaktaul : koefisien prestasi freezer

Qin : kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg

Win : kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg

(41)

Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan

COPideal : koefisien prestasi maksimum freezer Te : suhu evaporator, 0C

Tc : suhu kondensor, 0C 6. Efisiensi freezer

Efisiensi freezer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2. 6).

)

COPideal : koefisien prestasi maksimum freezer

COPaktual : koefisien prestasi freezer 7. Laju aliran massa refrigeran

Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2. 7).

m : laju aliran massa refrigeran, kg/menit

beban pendinginan : beban kerja yang diserap evaporator, kj/menit

(42)

2. 2 Tinjauan Pustaka

Anwar, K (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 pendingin

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 dianalisi

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 sistem 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 beban pendingin yang paling tinggi (bola

lampu 400 watt).

Handoyo, EA dan Lukito, A (2002) telah melakukan penelitian tentang

analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas

pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler pada line suction (b) menghitung

performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan.

Penelitian ini dilakukan dengan batasan – batasan sebagai berikut : (a) mesin

(43)

air. Dari hasil penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan pada line suction dapat meningkatkan nilai COP freezer (b) waktu pendinginan tidak banyak perubahan.

Wilis, GR (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran

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

menghitung prestasi 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 dengan 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

(44)

25

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Persiapan Pembuatan Freezer

3.1.1 Komponen Utama Freezer

Komponen utama freezer yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah

kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan refrigeran R134a.

a. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang dioergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut :

Gambar 3. 1 Kompresor

Jenis kompresor : Hermatic

Seri kompresor : Model BES45H

Voltase : 220 volt

Arus : 0,88 A

(45)

b. Kondensor

Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut :

Gambar 3. 2 Kondensor

Jenis : kondensor tipe U, dengan jumlah U = 9

Panjang pipa : 900 cm

Diameter pipa : 0,47 cm

Bahan pipa : Besi

Bahan sirip : Baja

Diameter sirip : 0,2 cm

Jarak antar sirip : 0,45 cm

c. Pipa kapiler

Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

(46)

Gambar 3. 3 Pipa kapiler

Panjang pipa kapiler : 160 cm

Diameter pipa kapiler : 0,028 inci

Bahan pipa kapiler : Tembaga

d. Filter

Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3. 4 Filter

Panjang filter : 10 cm

(47)

e. Evaporator

Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut :

Gambar 3. 5 Evaporator

Bahan pipa evaporator : Tembaga

Diameter pipa evaporator : 0,47 cm

Bahan plat evaporator : Alumunium

f. Refrigeran R134a

Refrigeran R134a dipergunakan sebagai fluida kerja freezer yang dibuat.

Dalam penelitian ini dipergunakan refrigeran R134a karena lebih ramah

(48)

Gambar 3. 6 Tabung berisi refrigeran R134a

3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Freezer

a. Alat pemotong pipa

Alat pemotong pipa adalah alat yang mempunyai fungsi untuk memotong

pipa, agar hasil potongan menjadi rapi.

(49)

b. Pompa vakum

Pompa vakum adalah alat yang mempunyai fungsi untuk proses pemvakuman

atau untuk mengeluarkan udara dari dalam sistem mesin freezer sebelum diisi

freon sebagai fluida kerja freezer.

Gambar 3. 8 Pompa vakum

c. Manifold gauge

Manifold gauge adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat freezer bekerja.

(50)

d. Alat las

Alat las adalah alat yang mempunyai fungsi untuk menyambung pipa – pipa

tembaga pada freezer agar sistem dapat bekerja.

Gambar 3. 10 Alat las dan bahan tambahan las (perak dan tembaga)

e. Termostat

Termostat adalah alat yang mempunyai fungsi sebagai pengatur suhu pada

evaporator, jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai kebutuhan maka alat ini

akan memutus arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.

(51)

f. Pipa Tembaga

Pipa tembaga adalah pipa yang mempunyai fungsi sebagai komponen

penyambung antara kondensor dengan pipa kapiler dan antara pipa kapiler dengan

evaporator. Diameter pipa tembaga : 0,47 cm.

Gambar 3. 12 Pipa Tembaga

g. Plat Baja

Plat baja mempunyai fungsi sebagai kerangka dasar pembuatan freezer dan

sebagai tempat komponen – kompenen utama pada freezer.

(52)

h. Sterofom

Sterofom mempunyai fungsi sebagai tempat diletakan evaporator agar

evaporator dapat tertutup rapat.

Gambar 3. 14 Sterofom

3.1.3 Langkah – Langkah Pembuatan Freezer

Langkah – langkah pembuatan freezer dapat diketahui sebagai berikut ini :

a. Mempersiapkan komponen utama pembuatan freezer seperti kompresor,

kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan refigeran R134a, komponen

pendukung pembuatan freezer seperti alat pemotong pipa, pompa vakum,

manifold gauge, alat las, termostat dan alat – alat yang dipergunakan dalam pembuatan freezer.

b. Proses pembuatan rangka freezer, pada proses ini diperlukan alat sebagai

berikut alat potong plat baja mempunyai fungsi untuk memotong plat sesuai

(53)

mempunyai fungsi untuk menyambung plat baja yang sudah dipotong

sebelumnya. Alat ukur mempunyai fungsi untuk menetukan ukuran plat baja.

Gambar 3. 15 Pembuatan rangka freezer

c. Proses penyambungan dengan las antara kompresor dengan kondensor, dalam

proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara kompresor

dengan kondensor. Dalam proses penyambungan terdapat perbedaan material

yang akan disambung pipa output kompresor terbuat dari besi sedangkan

kondensor terbuat dari tembaga. Proses penyambungan komponen ini

membutuhkan bahan bantu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan

dalam proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material dan agar pipa

saluran keluar kompresor dan pipa saluran masuk kondensor tersambung

dengan baik dan tidak bocor. Bahan yang digunakan pada proses pengelasan

(54)

Gambar 3. 16 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor

d. Proses penyambungan dengan las antara kondensor dengan filter, dalam proses

ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara pipa output kondensor dengan input filter. Proses penyambungan menggunakan las yang menggunakan bahan perak dan kuningan. Diperlukan borak sebagai perekat

dalam proses pengelasan karena terdapat perbedaan material antara kondensor

dengan filter. Alat bantu yang diperlukan adalah tang yang mempunyai fungsi

untuk menahan pipa tembaga pada saat penyambungan dengan las.

(55)

e. Proses penyambungan dengan las antara filter dengan pipa kapiler, dalam

proses ini diperlukan alat las yang mempunyai fungsi untuk menyambung

output filter dengan pipa input pada pipa kapiler. Proses penyambungan menggunakan alat las dengan bahan perak dan kuningan sebagai

penyambungnya. Tang adalah alat bantu yang mempunyai fungsi sebagai

penahan pada saat proses pengelasan dilakukan.

Gambar 3. 18 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler

f. Proses penyambungan dengan las antara pipa kapiler dengan evaporator, dalam

proses ini diperlukan alat las yang berfungsi untuk menyambung saluran keluar

pipa kapiler dengan saluran pipa masuk evaporator. Proses penyambungan

menggunakan las dengan bahan perak dan kuningan. Tang mempunyai fungsi

menahan pada saat proses pengelasan dan jugan memipihkan diameter pipa

(56)

Gambar 3. 19 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator

g. Proses penyambungan dengan las antara evaporator dengan kompresor, dalam

proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai pipa penghubung evaporator

dengan kompresor. Proses penyambungan komponen tersebut menggunakan

alat las dengan bahan kuningan dan perak.

(57)

h. Proses pengisian metil, dalam proses ini metil mempunyai fungsi untuk

membersihkan saluran pipa – pipa pada freezer yang sudah jadi dan sebagai

proses pengecekan ada kebocoran pada freezer.

Gambar 3. 21 Pengisian metil

i. Proses pemvakuman freezer, dalam proses pemvakuman diperlukan pompa

vakum yang mempunyai fungsi untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini

bertujuan untuk mengeluarkan udara – udara yang masih terjebak dalam

saluran – saluran pipa di freezer agar siklus dalam freezer dapat bekerja dengan

maksimal.

(58)

j. Proses pengisian refrigeran R134a, dalam proses ini diperlukan refrigeran

R134a sebagai fluida kerja freezer. Tekanan refrigeran yang akan dimasukan

dalam siklus freezer harus sesuai dengan standar kerja freezer agar dapat

bekerja dengan maksimal.

(59)

40

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4. 1 Mesin yang Diteliti

Mesin yang diteliti merupakan freezer dengan siklus kompresi uap hasil

rangkaian sendiri dengan komponen standar dari freezer yang tersedia dipasaran.

Freezer yang dirangkai disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut berdaya

115 watt, dengan panjang pipa kapiler 160 cm. Proses pendinginan yang terjadi

dalam freezer ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan benda yang ada

didalam ruangan evaporator. Proses pendinginan evaporator sama seperti proses

pendinginan yang terjadi pada kulkas satu pintu.

(60)

4. 2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti

Gambar 4. 2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam

skematik ini ditentukan posisi titik – titik yang dipasangi termokopel dari freezer

dengan siklus kompresi uap yang sudah dirangkai.

Gambar 4. 2 Skematik mesin pendingin freezer

Keterangan gambar :

Titik 1 : posisi termokopel sebelum masuk kompresor

Titik 2 : posisi termokopel setelah keluar kompresor

Titik 3 : posisi termokopel pada kondensor

Titik 4 : posisi termokopel setelah keluar kondensor

Titik 5 : posisi termokopel setelah keluar pipa kapiler

Titik 6 : posisi termokopel pada evaporator

Titik 7 : posisi termokopel sebelum masuk evaporator

(61)

Gambar 4. 3 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam

skematik ini ditentukan posisi titik – titik yang dipasangi alat ukur tekanan dari

freezer dengan siklus kompresi uap yang sudah dirangkai.

Gambar 4. 3 Skematik mesin pendingin freezer dengan posisi alat ukur tekanan

Keterangan gambar :

Titik A : posisi alat ukur tekanan sebelum masuk kompresor

Titik B : posisi alat ukur tekanan setelah keluar kompresor

Titik C : posisi alat ukur tekanan sebelum masuk pipa kapiler

Titik D : posisi alat ukur tekanan setelah keluar pipa kapiler

4. 3 Alat Bantu Penelitian

Proses penelitian freezer ini membutuhkan alat – alat yang dipergunakan

untuk membantu dalam pengujian freezer tersebut. Alat – alat bantu tersebut

(62)

a. Termokopel dan Termometer suhu

Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan

untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan

listrik. Termometer suhu mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan

nilai suhu yang diukur.

Gambar 4. 4 Termokopel

(63)

b. Pengukur Tekanan

Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan

refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi,

sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.

Gambar 4. 6 Pengukur tekanan

c. P – h diagram

P – h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap

mesin pendingin. Dengan P – h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap

titik yang di teliti.

(64)

d. Gelas ukur

Gelas ukur mempunyai fungsi sebagai pengukur besar volume beban

pendinginan yang berupa air, agar beban pendinginan sesuai dengan penelitian

yang dilakukan.

Gambar 4. 8 Gelas ukur

e. Air

Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin

yang dipergunakan dalam penelitian.

(65)

f. Kabel roll

Kabel roll alat yang mempunyai fungsi membagi daya listrik ke sejumlah

alat, baik listrik maupun elektronik. Karena panjang kabel listrik pada alat

penelitian terbatas.

Gambar 4. 10 Kabel roll

4. 4 Beban Pendinginan

Beban pendinginan yang dipergunakan dalam penelitian adalah air. Kondisi

suhu awal beban pendinginan ( diukur berdasarkan termokopel ).

(66)

4. 5 Variasi Penelitian

Variasi penelitian yang dipakai adalah besarnya beban pendinginan (air).

Tabel 4. 1 menyajikan beban pendinginan yang dipergunakan sebagai variasi

penelitian :

Tabel 4. 1 Beban pendinginan yang dipergunakan sebagai variasi penelitian

Variasi penelitian Beban pendinginan ( liter )

ukur termokopel. Pengukuran suhu dilakukan setiap 30 menit.

Tabel 4. 2 Cara mencatat hasil pengukuran suhu

(67)

Untuk mendapatkan data tekanan pada 4 titik ( Gambar 4. 3 ) dipergunakan

alat ukur tekanan. Pengukuran tekanan dilakukan setiap 30 menit. Hasil

pengukuran dicatat dalam Tabel 4. 3.

Tabel 4. 3 Cara mencatat hasil pengukuran tekanan

No t

a. Setelah semua data suhu dan tekanan pada setiap titik diperoleh maka langkah

selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada P – h

diagram. Dengan menggambarkan dalam P – h diagram dapat diketahui nilai

entalpi ( h1, h2, h3, h4 ).

b. Data nilai – nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk

menghitung besarnya energi persatuan massa yang dilepaskan oleh kondensor,

menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi persatuan massa

yang diserap oleh evaporator, nilai COP ideal, nilai COP aktual freezer dan

efisiensi.

c. _{Perhitungan dan pengolahan data dapat menggunakan persamaan}–_persamaan

(68)

persamaan (2.2) untuk menghitung energi kalor yang dilepas kondensor,

persamaan (2.3) untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, persamaan

(2.4) untuk menghitung COP aktual, persamaan (2.5) untuk menghitung COP

ideal, persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi freezer dan persamaan (2.7)

untuk menghitung laju aliran massa refrigeran.

d. _{Penggambaran dalam grafik hasil}–_{hasil perhitungan kemudian digambar}

dalam grafik terhadap masalah yang diteliti.

4. 8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

_{Kesimpulan dapat diperoleh dari hasil penelitian yang sudah dilakukan dan}

melalui proses – proses yang sudah dilakukan dalam penelitian. Semua data yang

diperoleh dalam penelitian akan dibahas mengacu pada dasar – dasar perhitungan

mesin pendingin. Dengan melakukan hal tersebut maka kesimpulan yang baik

(69)

50

BAB V

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

5. 1 Hasil Penelitian

a. Nilai Tekanan

Hasil dari penelitian memperoleh data nilai tekanan masuk kompresor dan keluar

kompresor dan nilai tekanan masuk pipa kapiler dan keluar pipa kapiler. Sesuai

dengan skematik yang digambarkan ( lihat gambar 4. 3 ).

Tabel 5. 1 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar Kompresor beban

(70)

Tabel 5. 2 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar kompresor beban

Tabel 5. 3 Nilai tekanan masuk kompresor dan keluar kompresor beban

(71)

No t

b. Nilai Suhu Masuk Kompresor dan Keluar Kompresor

Hasil dari penelitian mendapatkan data nilai suhu masuk kompresor dan keluar

kompresor. Data sesuai dengan variasi beban pendinginan 0,25 liter, 0,5 liter dan

0,75 liter.

Tabel 5. 4 Nilai suhu masuk kompresor dan keluar kompresor

(72)

No

c. Nilai Suhu Masuk dan Keluar Pipa Kapiler

Hasil dari penelitian mendapatkan data nilai suhu masuk pipa kapiler dan keluar

pipa kapiler. Data sesuai dengan variasi beban pendinginan 0,25 liter, 0,5 liter dan

0,75 liter.

Tabel 5. 5 Nilai suhu masuk pipa kapiler dan keluar pipa kapiler

(73)

No

d. Nilai Suhu Masuk Evaporator dan Keluar Evaporator

Hasil dari penelitian mendapatkan data nilai suhu masuk evaporator dan keluar

evaporator. Data sesuai dengan variasi beban pendinginan 0,25 liter, 0,5 liter dan

0,75 liter.

Tabel 5. 6 Nilai Suhu masuk evaporator dan keluar evaporator

(74)

e. Nilai Suhu Evaporator dan Kondensor

Hasil dari penelitian mendapatkan data nilai suhu evaporator dan kondensor. Data

sesuai dengan variasi beban pendinginan 0,25 liter, 0,5 liter dan 0,75 liter.

Tabel 5. 7 Nilai suhu evaporator dan kondensor

(75)

f. Nilai entalpi

Nilai entalpi pada tiap titik pengambilan data suhu disajikan pada tabel 5. 8. Nilai

entalpi yang disajikan mulai dari suhu evaporator yang stabil dari menit ke 330

sampai menit ke 480. Dengan variasi penelitian 0,25 liter, 0,5 liter dan 0,75 liter.

Tabel 5. 8 Nilai entalpi

No t (menit)

Beban pendinginan 0,25 liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg)

h1 h2 h5 h6 h1 h2 h5 h6 h1 h2 h5 h6

(76)

Jumlah energi kalor yang diserap evaporator dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2. 3 yaitu Qin = h1– h4, kJ/kg.

Sebagai contoh perhitungan untuk Qin pada menit ke 330 dengan beban pendinginan 0,25 liter. ( data nilai entalpi untuk perhitungan disajikan pada Tabel

5. 8)

Qin = h1– h6, kJ/kg.

= (438 – 242) kj/kg = 196 kj/kg

Tabel 5. 9 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator

(Qin)

t (menit)

Beban pendinginan 0,25 liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter

No Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg)

(77)

Dari Tabel 5. 9 Laju aliran kalor yang diserap evaporator dapat dibuat dan

disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5. 1 Laju aliran kalor yang diserap

evaporator dengan beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 2 Laju aliran kalor

yang diserap evaporator dengan beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 3 Laju

aliran kalor yang diserap evaporator dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Gambar 5. 1 Laju aliran kalor yang diserap evaporator dengan beban pendinginan

0,25 liter

Qin= -0,0001(t)2+ 0,125(t) + 164,0

R² = 0,863

160 165 170 175 180 185 190 195 200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Qin

,

k

J

/k

g

(78)

0,5 liter

0,75 liter

b. Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor (Qout)

(79)

Sebagai contoh perhitungan untuk Qout pada menit ke 330 dengan beban pendinginan 0,25 liter. ( data nilai entalpi untuk perhitungan disajikan pada Tabel

5. 8)

Qout = h2 – h5 (kJ/kg).

= (482 – 242) kj/kg

= 240 kj/kg

Tabel 5. 10 Jumlah energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas

kondensor (Qout)

No t

(menit)

Beban pendinginan 0,25 liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg)

(80)

Dari Tabel 5. 10 Laju aliran kalor yang dilepas kondensor dapat dibuat dan

disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5. 4 Laju aliran kalor yang dilepas

kondensor dengan beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 5 Laju aliran kalor

yang dilepas kondensor dengan beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 6 Laju

aliran kalor yang dilepas kondensor dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Gambar 5. 4 Laju aliran kalor yang dilepas kondensor dengan beban pendinginan

(81)

0,5 liter.

(82)

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) pada menit ke 330 dengan beban

pendinginan 0,25 liter. ( data nilai entalpi untuk perhitungan disajikan pada Tabel

5. 8)

Win = (h2 – h1 ) kJ/kg

= (482 – 438) kj/kg

= 44 kj/kg

Tabel 5. 11 Kerja kompresor

No t

(menit)

Beban pendinginan 0,25

liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg) Entalpi (kJ/kg)

(83)

Dari Tabel 5. 11 Kerja yang dilakukan kompresor dapat dibuat dan disajikan

dalam bentuk grafik pada Gambar 5. 7 Kerja yang dilakukan kompresor dengan

beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 8 Kerja yang dilakukan kompresor

dengan beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 9 Laju Kerja yang dilakukan

kompresor dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Gambar 5. 7 Kerja yang dilakukan kompresor dengan beban pendinginan 0,25

(84)

Gambar 5. 8 Kerja yang dilakukan kompresor dengan beban pendinginan 0,5 liter.

Gambar 5. 9 Kerja yang dilakukan kompresor dengan beban pendinginan 0,75

(85)

d. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)

Koefisien prestasi aktual (COPaktual) dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2. 4 yaitu pendinginan 0,25 liter. ( data nilai entalpi untuk perhitungan disajikan pada Tabel

5. 8)

Tabel 5. 12 Koefisien prestasi aktual freezer (COPaktual)

No t

(menit)

(86)

Dari Tabel 5. 12 Koefisien prestasi aktual freezer dapat dibuat dan disajikan

dalam bentuk grafik pada Gambar 5. 10 Koefisien prestasi aktual freezer dengan

beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 11 Koefisien prestasi aktual freezer

dengan beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 12 Koefisien prestasi aktual

freezer dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Gambar 5. 10 Koefisien prestasi aktual freezer dengan beban pendinginan 0,25

liter.

COPaktual= -0,000005(t)2+ 0,003(t) + 3,927

R² = 0,364

3.50 3.70 3.90 4.10 4.30 4.50 4.70 4.90

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

C

O

Pa

kt

ua

l

(87)

liter.

COPaktual= -0,000004(t)2+ 0,002(t) + 4,156

(88)

e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)

Koefisien prestasi aktual (COPaktual) dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2. 5 yaitu pendinginan 0,25 liter. ( data nilai suhu untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5.

7)

Tabel 5. 13 Perhitungan koefisien prestasi ideal (COPideal)

No t

(menit)

Beban pendinginan 0,25 liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter

(89)

Dari Tabel 5. 13 Koefisien prestasi ideal freezer dapat dibuat dan disajikan dalam

bentuk grafik pada Gambar 5. 13 Koefisien prestasi ideal freezer dengan beban

pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 14 Koefisien prestasi ideal freezer dengan

beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 15 Koefisien prestasi ideal freezer

dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Gambar 5. 13 Koefisien prestasi ideal freezer dengan beban pendinginan 0,25

liter.

COPideal= -0,00000003(t)2- 0,003(t) + 10,57

R² = 0,481

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

CO

Pideal

(90)

liter.

(91)

f. Laju aliran massa refrigeran (m)

Laju aliran massa refrigeran (m) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

2. 7 yaitu pendinginan 0,25 liter. ( data nilai suhu untuk perhitungan disajikan pada Tabel 5.

9)

Tabel 5. 14 Perhitungan laju aliran massa refrigeran (m)

No t (menit)

Beban pendinginan 0,25 liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter kJ/kg kJ/menit kg/menit kJ/kg kJ/menit kg/menit kJ/kg kJ/menit kg/menit

(92)

Dari Tabel 5. 14 Laju aliran masaa refrigeran freezer dapat dibuat dan disajikan

dalam bentuk grafik pada Gambar 5. 16 Laju aliran masaa refrigeran freezer

dengan beban pendinginan 0,25 liter. Gambar 5. 17 Laju aliran masaa refrigeran

freezer dengan beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 18 Laju aliran masaa

refrigeran freezer dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Gambar 5. 16 Laju aliran masaa refrigeran freezer dengan beban pendinginan 0,25

liter.

m = 0,000000009(t)2_{- 0,000008(t) + 0,011}

R² = 0,869

0.00950 0.01000 0.01050 0.01100 0.01150 0.01200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

m

,

k

g

/m

enit

(93)

liter.

m = -0,000000001(t)2_{- 0,000002(t) + 0,021}

(94)

g. Efisiensi freezer (%)

Tabel 5. 15 Perhitungan efisiensi freezer

No t

(menit)

Beban pendinginan 0,25 liter Beban pendinginan 0,5 liter Beban pendinginan 0,75 liter COPaktual COPideal ɳ COPaktual COPideal ɳ COPaktual COPideal ɳ

(95)

Dari Tabel 5. 15 Efisiensi freezer dapat dibuat dan disajikan dalam bentuk grafik

pada Gambar 5. 19 Efisiensi freezer dengan beban pendinginan 0,25 liter. Gambar

5. 20 Efisiensi freezer dengan beban pendinginan 0,5 liter dan Gambar 5. 21

Efisiensi freezer dengan beban pendinginan 0,75 liter.

Efisiensi (%) = -0,00004(t)2_{+ 0,043(t) + 37,35}

R² = 0,749

30 35 40 45 50 55 60

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

E

fis

iens

i

(%)

(96)

(97)

5. 2 Pembahasan

Hasil penelitian tentang freezer yang dirangkai sendiri kondisi evaporator

yang mencapai suhu stabil terjadi antara menit 330 sampai menit 480 dengan suhu

evaporator antara -19,80C sampai -20,30C dengan beban pendinginan 0,25 liter. Pada beban pendinginan 0,5 liter suhu stabil evaporator mencapai -16,90C, dari menit 330 sampai menit 480. Pada beban pendinginan 0,75 liter evaporator

mencapai suhu stabil pada menit 330 sampai menit 480 dengan suhu evaporator

antara -17,90C sampai -18,60C.

Hasil penelitian untuk energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa

refrigeran dari waktu t = 15 menit sampai t = 480 menit disajikan pada Gambar 5.

1, Gambar 5. 2, Gambar 5. 3. Jika energi kalor yang diserap evaporator Qin

dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat persamaan sebagai berikut :

Qin= -0,0001(t)2 + 0,125(t) + 164,0 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t =

480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). Qin= 0,00002(t)2 + 0,019(t) +183,3 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,5

liter). Qin= -0,00001(t)2 + 0,101(t) + 180,3 (berlaku untuk waktu t = 15 menit

sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,75 liter).

Hasil penelitian untuk energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa

refrigeran pada kondisi evaporator mulai stabil pada waktu t = 330 menit sampai t

= 480 menit disajikan pada Gambar 5. 4, Gambar 5. 5, Gambar 5. 6. Jika energi

kalor yang dilepas kondensor Qout dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat

(98)

0,25 liter). Qout= -0,00001(t)2 + 0,081(t) +220,0 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,5 liter). Qout= -0,0001(t)2 +

0,097(t) + 223,9 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan

beban pendinginan 0,75 liter).

Hasil penelitian untuk kerja yang dilakukan kompresor pada kondisi

evaporator mulai stabil pada waktu t = 330 menit sampai t = 480 menit disajikan

pada Gambar 5. 7, Gambar 5. 8, Gambar 5. 9. Jika kerja yang dilakukan

kompresor Win dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat rumus pendekatan dengan persamaan Win= 0,00002(t)2 - 0,001(t) + 41,85 (berlaku untuk waktu t =

15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,25 liter). Win= -0,00001(t)2 + 0,062(t) + 36,68 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan

beban pendinginan 0,5 liter). Win= 0,000002(t)2 - 0,004(t) + 43,59 (berlaku untuk

waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,75 liter).

Hasil penelitian untuk koefisien prestasi aktual freezer pada kondisi

evaporator mulai stabil pada waktu t = 330 menit sampai t = 480 menit disajikan

pada Gambar 5. 10, Gambar 5. 11, Gambar 5. 12. Jika koefisien prestasi aktual

freezer COPaktual dinyatakan terhadap waktu t maka akan didapat rumus

pendekataan dengan persamaan COPaktual= -0,000005(t)2 + 0,003(t) + 3,927 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan

0,25 liter). COPaktual = 0,00001(t)2 - 0,006(t) + 4,988 (berlaku untuk waktu t = 15

menit sampai t = 480, dengan beban pendinginan 0,5 liter). COPaktual = -0,000004(t)2 + 0,002(t) + 4,156 (berlaku untuk waktu t = 15 menit sampai t =