i
KARAKTERISTIK MESIN KULKAS DENGAN PANJANG PIPA
KAPILER 175 CM
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
ALBERTUS WINDYA INDRIYANTO
NIM : 095214044
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2013
ii
THE CHARACTERISTICS OF A REFRIGERATOR MACHINE WITH A
175 CM CAPILLARY PIPE
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By:
ALBERTUS WINDYA INDRIYANTO
NIM :095214044
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
iii
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar sarjana di suatu Perguruan Tinggi,
dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang
pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis diacu dalam
naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 21 November 2013
Penulis
Albertus Windya Indriyanto
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : ALBERTUS WINDYA INDRIYANTO
Nomor Mahasiswa : 095214044
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
Karakteristik Mesin Kulkas Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata
Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis
tanpa perlu meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal : 21 November 2013
Yang menyatakan
vii ABSTRAK
Saat ini kulkas sangat berperan dalam kehidupan masyarakat. Kulkas dipergunakan orang untuk mengawetkan sayur mayur, daging, minuman, buah buahan, telur, dll dengan cara mendinginkannya. Selain itu, kulkas juga dapat dipergunakan untuk membekukan daging dan membuat es. Diharapkan dengan adanya kulkas sayur mayur, daging, telur, buah buahan akan lebih awet atau tidak mudah membusuk. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) membuat kulkas (b) mengetahui kerja kompresor kulkas persatuan massa refrigeran (c) mengetahui energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (d) mengetahui energi kalor yang dilepas kondensor kulkas persatuan massa refrigeran (e) mengetahui COP.
Kulkas yang digunakan dalam penelitian merupakan kulkas dengan siklus kompresi uap standar dan dengan panjang pipa kapiler 175cm. Kompresor yang digunakan merupakan kompresor hermetik dengan daya ¼ PK. Data-data yang hasil penelitian adalah data suhu dan tekanan. Nilai-nilai entalpi diambil dari P-h diagram berdasarkan dari data suhu dan tekanan. Untuk perhitungan kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator, kalor yang dilepas kondensor dan COP didasarkan dari nilai-nilai entalpi yang telah diperoleh.
Penelitian memberikan hasil (a) kulkas telah dibuat dan dapat bekerja dengan baik serta mampu mendinginkan air sebanyak 1,5 liter dalam waktu 485 menit (b) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran saat mulai stabil sebesar Win = 52 kJ/kg pada t =105 menit (c) Kalor yang diserap evaporator persatuan
massa refrigeran saat mulai stabil sebesarQin= 126 kJ/kg pada t = 145 menit (d)
Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran saat mulai stabil sebesar Qout= 177 kJ/kg pada saat t= 85 menit (e) Koefisien prestasi (COP)kulkasadalah
2,40 pada waktu t= 105 menit.
Kata kunci: kulkas, pipa kapiler, suhu, tekanan, entalpi, COP.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih
penyertaan-Nya, sehingga penulisan Tugas Akhir berjudul “Karakreristik Mesin
Kulkas Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm” ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat meraih gelar
sarjana teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma.
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari
bantuan berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, dan
selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah mendampingi dan
memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan
materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
4. Ag.Rony Windaryawan yang telah membantu memberikan ijin dalam
penggunakan fasilitas laboratorium untuk keperluan penelitian ini.
5. AG Mulyadi, Yohana Sri Sundari, Robertus Setyo Rintoko, Norbertus
Yunendra Isti Wusana, terimakasih atas pengorbanan, doa, dan
ix
6. Dewi Pramukti yang telah memberikan dorongan, doa dan motivasi untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. AG Dwi, Nugroho, Rio “cembing”, Ferry yang telah membantu dalam
peyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2009.
9. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna. Oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun
sebagai upaya penyempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi mahasiswa teknik mesin dan semua pembaca.
Yogyakarta, 21 November 2013
Penulis
x DAFTAR ISI
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 ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 3
1.3. Tujuan ... 3
1.4. Batasan Masalah ... 3
1.5. Manfaat ... 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.2. Dasar Teori ... 5
xi
2.1.2. Contoh Kulkas dan Spesifikasinya ... 6
2.1.3. Komponen Utama Kulkas ... 10
2.1.4. Perpindahan Kalor ... 15
2.1.5. Refrigeran ... 17
2.1.6. Beban Pendinginan dan Proses Perubahan Fase ... 18
2.1.7. Siklus Kompresi Uap Standar ... 20
2.1.8. Perhitungan Untuk Karakteristik Kulkas ... 22
2.1.9. Isolator ... 25
2.2. Tinjauan Pustaka ... 26
BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN ... 28
3.1. Pembuatan Alat ... 28
3.1.1. Komponen Kulkas ... 28
3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas ... 31
3.1.3. Pembuatan Alat dan Pemasangan Alat Ukur ... 34
3.2. Metodologi Penelitian ... 34
3.2.1. Benda Uji dan Beban Pendinginan ... 34
3.2.2. Beban Pendinginan ... 35
3.2.3. Cara Pengambilan Data ... 35
3.2.4. Cara Pengolahan Data ... 36
3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 38
xii
4.1. Hasil Penelitian ... 38
4.2. Perhitungan ... 42
4.3. Pembahasan ... 45
BAB V KESIMPILAN DAN SARAN ... 50
5.1. Kesimpulan ... 50
5.2. Saran ... 51
DAFTAR PUSTAKA ... 52
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tekanan masuk kompresor (P1) dan tekanan keluar kompresor (P2) ... 38
Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T1) dan suhu keluar kompresor (T2) ... 39
Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor ... 39
Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator dan suhu evaporator ... 40
Tabel 4.5 Nilai entalpi ... 41
Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa ... 42
Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ... 43
Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran ... 43
Tabel 4.9 COP ... 44
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kulkas ... 6
Gambar 2.2 Contoh kulkas 1... 7
Gambar 2.3 Contoh kulkas 2... 8
Gambar 2.4 Contoh kulkas 3... 9
Gambar 2.5 Kompresor Hermetik ... 11
Gambar 2.6 Kondensor ... 12
Gambar 2.7 Evaporator ... 13
Gambar 2.8 Pipa kapiler ... 14
Gambar 2.9 Filter ... 14
Gambar 2.10 Perpindahan kalor konduksi ... 15
Gambar 2.11 Perpindahan kalor konveksi ... 16
Gambar 2.12 Skematik kulkas dengan siklus kompresi uap ... 21
Gambar 2.13 Diagram P-h ... 23
Gambar 2.14 Diagram T-S ... 23
Gambar 3.1 Kompresor ... 28
Gambar 3.2 Kondensor ... 29
Gambar 3.3 Pipa Kapiler ... 30
Gambar 3.4 Evaporator ... 30
Gambar 3.5 Filter ... 31
Gambar 3.6 Tube Cutter ... 32
xv
Gambar 3.8 Manifold Gauge ... 33
Gambar 3.9 Spring Type Tube Bender ... 33
Gambar 3.10 Kulkas ... 35
Gambar 3.11 Posisi penempatan alat ukur ... 36
Gambar 3.12 Penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi ... 37
Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massarefrigerant dari t = 5 menit sampai t = 485 menit ... 46
Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrigerant dari t = 5 menit sampai t = 485 menit ... 47
Gambar 4.3 Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant dari t = 5 menit sampai t = 485 menit ... 48
Gambar 4.4 Hubungan COP dengan waktu ... 49
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dewasa ini banyak dijumpai mesin pendingin di berbagai tempat. Mesin
pendingin dapat jumpai di dalam rumah tangga, di ruang-ruang kantor, di dalam
mobil, di industri dan masih banyak yang lain. Di berbagai tempat, mesin
pendingin berfungsi untuk membekukan, mendinginkan, dan bahkan untuk sistem
pengkondisian udara. Beberapa contoh mesin pendingin yang mempunyai fungsi
untuk mendinginkan dan membekukan adalah kulkas, freezer, ice maker, cold storage, show chase, dan dispenser. AC rumah tangga, AC industri, AC alat transportasi dan lain lain adalah beberapa contoh dari mesin pendingin yang
berfungsi untuk sistem pengkondisian udara. Sebagian besar dari mesin-mesin
pendingin tersebut mempergunakan mesin pendingin siklus kompresi uap.
Untuk mendapatkan kondisi udara yang nyaman di dalam ruangan,
meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan kecepatan, orang akan membutuhkan
AC untuk memenuhi kenyamanan tersebut. Diharapkan dengan adanya AC di
dalam ruangan, orang yang berada di dalamnya akan merasa betah dan dapat
bekerja dengan baik.
Kulkas dipergunakan orang untuk mengawetkan sayur mayur, daging,
minuman, buah buahan, telur, dan makanan lainnya dengan cara
mendinginkannya. Selain itu, kulkas juga dapat dipergunakan untuk membekukan
2
telur, buah buahan akan lebih awet atau tidak mudah membusuk. Karena bahan
bahan tersebut mampu bertahan dalam beberapa hari, ibu rumah tangga tidak
direpotkan, misalnya untuk pergi ke pasar setiap hari. Dengan adanya kulkas,
orang juga dapat menikmati minuman yang dingin dan segar.
Mesin Pembeku (freezer, ice maker, cold storage, dll) dipergunakan untuk membekukan bahan bahan yang ada di dalamnya. Dengan adanya mesin pembeku
orang dapat membekukan air menjadi es, buah buahan segar menjadi buah buahan
beku, daging segar menjadi daging beku, maupun bahan makanan yang lain.
Dengan kondisi yang beku, buah buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang
relatif lama, bahkan sampai beberapa bulan. Hal ini memberi keuntungan dalam
pengiriman buah buahan, bahan makanan dan daging dari satu tempat ke tempat
lain dalam waktu yang cukup lama. Dengan adanya mesin pembeku orang dapat
membuat es dengan kapasitas produksi seperti yang diinginkan. Untuk kapasitas
kecil dan cepat orang dapat mempergunakan ice maker.
Mesin pendingin juga mempunyai peranan penting dalam pelaksanaan
olahraga ice skating. Lantai es yg dipergunakan dalam arena olah raga ice skating
adalah hasil pembekuan air oleh mesin pendingin. Dengan adanya mesin
pendingin, olahraga ice skating dapat dimungkinkan dilakukan dimana saja dan
kapan saja, tidak harus ditempat yang bermusim salju. Mesin pendingin pembuat
es juga dapat dipergunakan untuk membuat tempat tempat hiburan/wisata dengan
nuansa musim salju.
1.2. Perumusan masalah
Mengingat peranan kulkas yang sangat penting di saat sekarang ini,
penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja kulkas
beserta dengan karakteristik kulkas. Kulkas yang akan diteliti adalah kulkas hasil
buatan sendiri dengan siklus kompresi uap standar. Kulkas dirancang dengan daya
kompresor ¼ PK dan menggunakan panjang pipa kapiler 175 cm.
1.3. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Membuat kulkas dengan siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk
membuat lapisan bidang datar dari es.
b. Mengetahui kerja kompresor kulkas persatuan massa refrigeran dari waktu ke
waktu.
c. Mengetahui energi kalor yang diserap evaporator kulkas persatuan massa
refrigeran dari waktu ke waktu.
d. Mengetahui energi kalor yang dilepas kondensor kulkas persatuan massa
refrigeran dari waktu ke waktu.
e. Mengetahui karakteristik (COP) dari kulkas dari waktu ke waktu.
1.4. Batasan Masalah
Batasan – batasan yang dipergunakan di dalam pembuatan kulkas adalah :
a. Komponen kulkas terdiri komponen utama : kompresor, kondensor, pipa
4
b. Jenis kompresor : kompresor hermetik dengan daya ¼ PK
c. Jenis evaporator : evaporator plat datar.
d. Jenis kondensor : kondensor dengan pendingin udara.
e. Penurun tekanan : pipa kapiler dengan panjang 175 cm
f. Refrigeran yang dipergunakan dalam kulkas : R134a
g. Beban pendinginan yang digunakan adalah air sebanyak 1,5 liter
1.5. Manfaat
Manfaat pelaksanaan Tugas Akhir bagi penulis adalah :
a. Bagi peneliti mempunyai pengalaman dalam pembuatan kulkas dengan siklus
kompresi uap untuk ukuran rumah tangga.
b. Bagi peneliti mampu memahami karakteristik kulkas dengan siklus kompresi
uap.
c. Sebagai bekal untuk memahami kulkas, pembeku dan mesin pengkondisian
udara yang mempergunakan siklus kompresi uap.
d. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi para peneliti lain yang
mengambil topik tentang kulkas.
5 BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1. Kulkas
Kulkas adalah mesin pendingin yang umum digunakan dalam rumah
tangga. Dalam kehidupan sehari-hari, kulkas digunakan untuk menyimpan bahan
makanan atau minuman agar tidak cepat membusuk dengan cara menyerap panas
dari bahan-bahan tersebut. Kulkas menyerap panas dari bahan-bahan yang akan
didinginkan dengan zat yang disebut refrigeran. Komponen-komponen utama
dari kulkas adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator. Kulkas
bekerja dengan cara mensirkulasi refrigeran.
Kompresor memompa dan memberi tekanan pada refrigeran, sehingga
refrigeran yang berwujud gas akan akan menjadi gas yang bertekanan tinggi dan
bersuhu tinggi. Dengan demikian akan memungkinkan refrigeran mengalir
menuju kondensor. Pada kondensor, gas akan melewati titik kondensasi dan akan
mengembun sehingga kembali menjadi wujud cair. Refrigeran cair bertekanan
tinggi akan mengalir menuju pipa kapiler. Pada pipa kapiler, tekanan refrigeran
akan turun sehingga suhu refrigeran juga turun. Setelah itu, refrigeran akan
mengalir menuju evaporator. Saat mengalir di dalam evaporator, refrigeran cair
akan menguap dan wujudnya kembali menjadi gas yang memiliki tekanan dan
suhu yang sangat rendah. Karena suhu yang sangat rendah maka refrigeran dapat
6
yang diserap refrigeran dipergunakan untuk merubah fase dari cair menjadi gas.
Refrigeran kemudian mengalir kembali ke kompresor untuk memulai proses lagi
dari awal.
Gambar 2.1 Kulkas
2.1.2. Contoh kulkas dan spesifikasinya
Dipasaran, banyak ditemukan kulkas dengan berbagai macam fitur,
kapasitas dan daya dari ukuran yang kecil sampai dengan ukuran yang besar.
Berikut ini adalah contoh – contoh kulkas dan spesifikasinyan yang ada di pasaran.
a. Contoh kulkas 1
Gambar 2.2Contoh kulkas 1
Fitur :Shelf : 1
: Egg Pocket : 2
: Bottle Pocket : 2
: Adjustable Foot : Yes
Kapasitas : Net : 143 liter
Gross : 160 liter
Konsumsi Daya : 65 watt
Jenis evaporator : evaporator plat
Jenis kompresor : kompresor hermetik
Dimensi : 530 x 513 x 1082 mm (WxDxH)
8
b. Contoh kulkas 2
Gambar 2.3Contoh kulkas 2
Spesifikasi : Model SR-D166SB
: Voltage 220 V/50 Hz
Fitur : - Semi Auto Defrost
- Low Voltage Running
- Pre-Coated Metal
Konsumsi Daya : 70 watt
Kompresor : Hermetik
Kondensor : Jenis U
Evaporator : Plat
Dimensi : 505 x 510 x 1000 mm
Berat : 23,5 kg
Freon : HFC-134a (Non-CFC)
c. Contoh kulkas 3
Gambar 2.4Contoh kulkas 3
Fitur : High Value and elegant 'Diamond Cut' design
: Double Rotation Kompresor system [DRC]
: Vegerator
: Organize+
: RoHS free
: PCM Cabinet
Kapasitas : 160 l (nett) / 164 l (gross)
Kompresor : Hermetik
Konsumsi Daya : 79 watt
Dimensi : 525 x 510 x 1209 mm (W x D x H)
10
2.1.3. Komponen utama kulkas
a. Kompresor.
Kompresor merupakan bagian terpenting di dalam kulkas, karena
kompresor merupakan alat untuk memompa bahan pendingin agar tetap
bersirkulasi di dalam sistem. Fungsi dari kompresor adalah untuk menaikkan
tekanan refrigeran sehingga tekanan pada kondensor akan lebih tinggi dari
evaporator yang menyebabkan kenaikan suhu dari refrigeran. Selain itu
kompresor juga berfungsi untuk menghisap uap refrigeran yang berasal dari
evaporator dan menekannya ke kondensor sehingga tekanan dan temperaturnya
akan meningkat ke suatu titik dimana uap akan mengembun.
Pada umumnya, kulkas menggunakan kompresor hermetik. Kompresor
hermetik adalah kompresor dimana motor penggerak kompresornya berada dalam
satu tempat atau rumah yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros
kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor dan jumlah putaran motornya
sama.
Kelebihan kompresor hermetik :
Tidak memakai sil pada porosnya sehingga jarang terjadi kebocoran bahan
refrigerasi.
Bentuknya kecil, kompak dan tidak memakan tempat.
Suara kompresor tidak berisik.
Kekurangan kompresor hermetik :
Bagian dari kompresor yang rusak tidak dapat diperbaiki sebelum memotong
rumah kompresor.
Minyak pelumas di dalam kompresor sulit untuk diperiksa.
Gambar 2.5 kompresor hermetik
b. Kondensor.
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan
pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair dan berfungsi untuk
membuang kalor dari refrigeran ke udara di sekitar kondensor. Refrigeran yang
dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke
pipa kondensor, kemudian mengalami proses pengembunan. Dari kondensor
refrigeran yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju
pipa evaporator melalui pipa kapiler. Jenis kondensor yang banyak digunakan
pada teknologi kulkas saat ini adalah kondensor dengan pendingin
udara.Kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat
membuang panasnya keluar.
Kelebihan kondensor berpendingin udara :
12
Mempunyai bentuk yang tipis sehingga tidak membutuhkan ruangan yang luas.
Kekurangan kondensor berpendingin udara :
Udara tidak memiliki sifat membawa dan menghantar panas.
Hanya dapat digunakan pada siklus refrigerasi yang kecil.
Gambar 2.6 Kondensor
c. Evaporator.
Evaporator adalah alat penguap refrigeran dan berfungsi untuk menyerap
panas dari benda – benda yang akan didinginkan. Evaporator dibuat dari logam anti karat, yaitu tembaga atau alumunium. Pada umumnya, evaporator yang
digunakan pada kulkas adalah evaporator jenis plat datar. Benda yang akan
didinginkan dikontakkan langsung dengan plat evaporator.
Gambar 2.7 Evaporator
d. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah pipa yang memiliki ukuran diameter dalam sangat
kecil seperti saluran pembuluh dan umumnya terbuat dari bahan tembaga. Pipa
kapiler merupakan komponen utama kulkas yang berfungsi menurunkan tekanan
refrigerant penurunan tekanan refrigeran disebabkan karena adanya gesekan yang
cukup besar ketika refrigeran melewati pipa kapiler. Semakin kecil diameter pipa
kapiler semakin besar gesekan yang terjadi, atau semakin besar penurunan
tekanan yang dihasilkan. Akibat dari penurunan tekanan refrigeran menyebabkan
terjadinya penurunan suhu. Pada bagian inilah refrigeran mencapai suhu terendah.
Kelemahan pipa kapiler
tidak sensitife terhadap perubahan beban.
sangat mudah tertekuk.
mudah terjadi penyumbatan
Ukuran diameter pipa kapiler yang biasa dipergunakan pada kulkas adalah
14
karenanya refrigeran yang akan mengalir ke pipa kapiler harus benar – benar bersih.
Gambar 2.8 Pipa Kapiler
e. Filter
Filter adalah sebuah alat dalam kulkas yang digunakan untuk menyaring
kotoran yang mungkin terbawa aliran refrigeran setelah melakukan sirkulasi
sehingga kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler dan kompresor. Jika kotoran
lolos dari filter dan masuk ke pipa kapiler maka kotoran akan dapat membuntu
saluran. Siklus kompresi uap akan terganggu sehingga kulkas tidak dapat bekerja
dengan baik.
Gambar 2.9 Filter
2.1.4. Perpindahan Kalor
a. Perpindahan kalor konduksi
Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat
tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian dari zat itu sendiri. Misalnya pada ujung
batang besi yang dipanaskan, maka ujung yang lain akan terasa panas.
Perpindahan kalor konduksi dapat berlangsung pada benda padat, cair dan gas.
Gambar 2.10 Perpindahan kalor konduksi
Persamaan laju perpindahan kalor konduksi :
………...…..(2.1)
Pada persamaan (2.1) :
qk : Laju perpindahan kalor konduksi, ( W )
k : Konduktivitas termal, (W/m ⁰C)
A : Luas permukaan benda yang tegak lurus dengan arah perpindahankalor(m2)
16
T2 : Suhu permukaan dinding 2, (⁰C )
ΔX : Tebal benda (m)
b. Perpindahan kalor konveksi
Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan panas melalui suatu zat
yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya. Perpindahan
kalor konveksi terjadi pada fluida yang mengalir ( zat padat dan gas ) dan tidak
dapat terjadi pada benda padat. Perpindahan kalor konveksi ada 2 macam, yaitu
konveksi paksa dan konveksi bebas.
Konveksi paksa terjadi karena aliran fluida mengalir dengan adanya
peralatan bantu yang memaksa fluida mengalir. Alat bantu yang dipergunakan
dapat berupa pompa, blower, kipas angin, atau kompresor. Sedangkan konveksi
bebas tidak ada alat bantu untuk mengalirkan fluida. Aliran fluida pada konveksi
bebas terjadi karena adanya perbedaan massa jenis, pada umumnya perbedaan
massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu.
Gambar 2.11 Perpindahan kalor konveksi
Persamaan perpindahan kalor konveksi :
qc = h A ( Ts - T∞)………..………(2.2)
Pada persamaan (2.2) :
qc : Perpindahan kalor secara konveksi, ( W )
A : Luas yang bersentuhan dengan fluida, (m2)
Ts : Suhu permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, (⁰C)
T∞ : Suhu fluida yang mengalir di atas benda, (⁰C)
h : Koefisien perpindahan panas konveksi, (W/m2 ⁰C)
2.1.5 Refrigeran
Refrigeran adalah zat yang mengalir didalam kulkas. Zat ini berfungsi
untuk menyerap panas dari benda yang akan didinginkan. Kalor dari benda yang
didinginkan akan dibawa dan dibuang ke udara lingkungan diluar ruangan yang
didinginkan.
a. Syarat-syarat refrigeran
Refrigeran sebaiknya memiliki karakteristik:
1. Stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, sehingga tidak
menyebabkan korosi.
2. Tidak boleh beracun dan berbau merangsang.
3. Tidak boleh mudah terbakar dan meledak.
4. Mudah dideteksi jika terjadi kebocoran.
5. Harganya tidak mahal dan mudah di peroleh.
6. Ramah lingkungan, tidak merusak ozon dan tidak memberikan efek
18
b. Sifat sifat refrigeran 134a
Sifat –sifat refrigeran 134a adalah:
1. Merupakan senyawa kimia utama yang stabil untuk membawa panas dan
tidak mudah terbakar.
2. Tidak berbau, tidak berwarna, tidak beracun dan tidak bersifat korosif.
3. Tidak merusak lapisan ozon. Dibandingkan dengan R11 dan R22, R134a
lebih ramah lingkungan.
2.1.6. Beban Pendinginan dan Proses Perubahan fase
a. Beban Pendinginan
Besarnya kalor total yang dihisap evaporator dari lingkungannya ketika
mesin pendingin bekerja merupakan besar beban pendingin. Beban pendinginan
dibedakan atas beban laten dan beban sensibel.
1. Beban Laten
Beban laten adalah besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal
dari perubahan fase media yang didinginkan.
Persamaan yang dipergunakan untuk menghitung beban laten dinyatakan dengan
persamaan (2.3) :
Qlaten = m . C………...…(2.3)
Pada persamaan (2.3)
m : massa media yang didinginkan (kg)
C : kalor laten media yang didinginkan (kJ/kg)
2. Beban Sensibel
Beban sensibel adalah besarnya energi yang dihisap evaporator yang
berasal dari penurunan suhu media yang didinginkan.
Persamaan yang digunakan untuk menghitung beban sensibel dinyatakan dengan
persamaan (2.4) :
Qsensibel= m .c . ΔT = m .c . (Tawal– Tsuhu yg dituju)………...…(2.4)
Pada persamaan (2.4)
m : massa media yang didinginkan (kg)
c : kalor jenis media yang didinginkan (kJ/kgºC)
b. Proses Perubahan fase
1. Proses Pengembunan
Proses pengembunan atau kondensasi adalah proses perubahan wujud zat
dari zat gas menjadi zat cair. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi
cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi menjadi cairan dengan
cara meningkatkan tekanan. Kondensasi bisa juga terjadi dengan kombinasi dari
pendinginan dan kompresi.
2. Proses Penguapan
Proses penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di
dalam keadaan cair dengan spontan menjadi gas. Umumnya penguapan dapat
dilihat dari lenyapnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar pada gas
20
2.1.7 Siklus kompresi uap standar
a. Macam macam siklus kompresi uap
Ada beberapa macam dari siklus kompresi uap, diantaranya adalah siklus
refrigerasi carnot, siklus kompresi uap nyata, dan siklus kompresi uap standar.
siklus refrigerasi carnot merupakan kebalikan dari mesin kalor. Dimana energi
disalurkan dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi. Dengan kata lain
siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk dapat bekerja. Proses – proses yang membentuk siklus refrigerasi carnot adalah :
1 – 2 kompresi adiabatic
2 – 3 pelepasan kalor isothermal
3 – 4 ekspansi adiabatik
4 – 1 pemasukan kalor isotermal
Siklus kompresi uap nyata adalah siklus yang mengalami pengurangan
efisiensi dibanding dengan siklus standar. Perbedaan penting antara siklus nyata
dengan siklus standar terletak pada penurunan tekanan di dalam kondensor dan
evaporator. Pada siklus nyata terjadi penurunan tekanan pada kondensor dan
evaporator karena adanya gesekan. Akibat dari penurunan tekanan ini, kompresi
pada titik 1 dan 2 memerlukan lebih banyak kerja disbanding dengan siklus
standar.
b. Komponen utama kulkas
Komponen utama kulkas dengan sistem kompresi uap standar terdiri dari :
evaporator, kompresor, kondensor dan pipa kapiler. Skematik kulkas serperti
terlihat pada gambar 2.12.
Qout
Qin
Gambar 2.12 Skematik kulkas dengan siklus kompresi uap
c. Siklus refrigerasi
Siklus refrigerasi tersusun atas beberapa tahapan proses: (a) proses pendidihan
refrigeran (b) Proses kompresi (c) Proses kondensasi (d) Proses penurunan
tekanan.
Proses 4 – 1 : Proses pendidihan refrigeran
Refrigeran yang mengalir di dalam evaporator akan menyerap panas dari
udara, air, atau benda lain yang berada di dalam evaporator. Dalam proses ini
refrigeran berubah bentuk yang semula cair menjadi gas. Proses 4-1 dikenal
dengan proses pendidihan refrigeran. Proses ini berlangsung pada tekanan dan
22
Proses 1 – 2 : Proses kompresi
Gas refrigeran dari evaporator dimasukkan ke kompresor dan tekanan
refrigeran dinaikkan. Suhu refrigeran juga akan meningkat. Proses kompresi ini
berlangsung pada nilai entalpi yang tetap (isentropis).
Proses 2 – 3 : Proses kondensasi
Gas panas lanjut refrigeran bertekanan tinggi mengalir dari kompresor
menuju kondensor. Pada awal proses, dikondensor bertujuan menurunkan suhu
yang panas lanjut sampai pada kondisi uap jenuh, kemudian dilanjutkan proses
pengembunan sampai semuanya menjadi bentuk cairan.
Proses 3 - 4 : proses penurunan tekanan
Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui
pipa kapiler. Karena diameter pipa kapiler kecil, gesekan yang terjadi cukup
besar. Akibat adanya gesekan antara fluida dengan permukaan bagian dalam pipa
kapiler maka terjadi penurunan tekanan dan penurunan suhu pada fluida.
2.1.8 Perhitungan untuk karakteristik kulkas
a. Gambar siklus kompresi uap pada diagram P-h dan T-s
Gambar 2.13 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h dan
Gambar 2.14 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-s
Gambar 2.13 Diagram P-h
24
b. Kerja kompresor persatuan massa.
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar kulkas
dapat bekerja dapat dihitung dengan persamaan (2.5)
Win = h2-h1 , kJ/kg.……….(2.5)
Pada persamaan (2.5)
Win : kerja yang dilakukan kompresor, kJ/kg
h2 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, kJ/kg
c. Kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa.
Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung
dengan persamaan (2.6)
Qout = h2-h3 , kJ/kg……….……..(2.6)
Pada persamaan (2.6)
h2 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, kJ/kg
h3 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kondensor, kJ/kg
d. Kalor yang diserap evaporator per satuan massa
Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat
dihitung dengan persamaan (2.7)
Qin = h1-h4 = h1-h3 , kJ/kg………(2.7)
Pada persamaan (2.7)
h1 : nilai entalpi refrigeran keluar evaporator dari, kJ/kg
h4 : nilai entalpi refrigeran keluar dari katup ekspansi, kJ/kg
e. Laju aliran massa refrigeran
Laju aliran massa yang mengalir di dalam kulkas dapat dihitung dengan
persamaan (2.8)
m = beban pendinginan/(h1-h4) kg/detik.………...(2.8)
f. COP kulkas
COP kulkas adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan
energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP
kulkas dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (2.9)
COPaktual = Qin/Win = (h1-h4)/(h2-h1)………...(2.9)
Nilai COP lebih besar dari 1.Semakin tinggi nilai COP semakin baik, tetapi
nilai COP tidak dapat melebihi nilai COP ideal.
2.1.9. Isolator
Isolator adalah bahan yang dipergunakan untuk mencegah keluarnya kalor
dari pipa kapiler menuju evaporator. Sifat dari isolator adalah mempunyai nilai
konduktivitas termal yang rendah. Ada isolator yang tahan terhadap suhu dingin
dan ada isolator yang tahan terhadap suhu panas. Pada persoalan ini dipilih
isolator yang tahan terhadap suhu dingin yaitu gabus dengan nilai
26
2.2. Tinjauan Pustaka
Risza Helmi (2008) meneliti tentang perbandingan COP pada
refrigerandengan refrigeranR134a dan R12 untuk panjang pipa kapiler yang
berbeda. Hasil penelitian dari kedua refrigeran memperlihatkan bahwa refrigeran
R134a memiliki suhu dievaporator lebih dingin dan COP lebih besar
dibandingkan dengan refrigeran R12 pada panjang pipa kapiler 2,5 m. Sedangan
suhu terendah yang didapat dari refrigeran R12 adalah -14C pada panjang pipa
kapiler 1,75 dan suhu terendah r134a adalah -16 C pada panjang pipa kapiler 2,25.
Amna Citra Farhani (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh
penggantian refrigeran R12 menjadi R22 pada performansi mesin pembeku.
Penggunaan R-22 menggantikan R-12 pada mesin pendingin kompresi uap yang
sama akan mempengaruhi kinerja komponen mesin pendingin. Efek pendinginan,
panas buang condenser dan kerja kompresi yang dihasilkan pada mesin yang
menggunakan R22 lebih besar, namun tidak diikuti dengan laju pendinginan yang
cepat. Besarnya nilai ketiga parameter ini dikarenakan besarnya laju aliran massa
yang terjadi. Suhu evaporasi yang dapat dicapai R22 lebih rendah daripada R12
karena kurangnya kalor serap air sebagai medium pendingin.
Galuh Renggani Willis (2013) melakukan penelitian dengan
membandingkan dua jenis refrigeran.Refrigeran yang digunakan adalah R22 dan
R134a. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui refrigeran yang baik dari
kedua refrigeran tersebut. Hasil penelitian berupa nilai koefisien prestasi (COP)
dan efek refrigerasi.Diperoleh kesimpulan bahwa prestasi kerja R22 lebih lebih
baik dari R134a. Tetapi telah diketahui bahwa dari segi ramah lingkungan R134a
28 BAB III
PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1.Pembuatan Alat
3.1.1. Komponen Kulkas
Komponen kulkas yang digunakan dalam penelitian ini adalah
kompressor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator
a. Kompresor :
Spesifikasi kompressor yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Kompresor
Jenis kompresor : Kompresor hermetik
Seri kompressor : AE1370BD
Voltase : 220 volt
Arus : 1,35 A
Daya kompresor : ¼ PK
b. Kondensor :
Spesifikasi kondensor yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.2 Kondensor
Panjang pipa : 1150 cm
Diameter pipa : 0,47cm
Bahan pipa : Baja
Bahan sirip : Baja
Diameter sirip : 0,11cm
Jarak antar sirip : 0,7cm
Jumlah sirip : 92 buah
c. Pipa kapiler :
30
Gambar 3.3 Pipa Kapiler
Panjang pipa kapiler : 175cm
Diameter pipa kapiler : 0,028 inch
Bahan pipa kapiler : Tembaga
d. Evaporator :
Evaporator yang digunakan adalah evaporator buatan pabrik. Evaporator
ini berfungsi untuk mengubah refrigeran dari cair menjadi uap.
Gambar 3.4 Evaporator
Bahan evaporator : Alumunium
Jenis evaporator : Plat
e. Filter :
Filter dipasang sebelum pipa kapiler. Hal ini bertujuan agar
kotoran-kotoran yang terbawa refrigeran tidak dapat masuk kedalam pipa kapiler, karena
pipa kapiler memiliki diameter sangat kecil sehingga sangat mudah tersumbat
Gambar 3.5 Filter
3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas
a. Tube Cutter
32
Gambar 3.6 Tube Cutter
b. Tang Ampere
Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik. Ada berbagai
macam alat yang dapat digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakan
adalah tang ampere karena alat ini tidak memerlukan pengkabelan dan praktis
dapat di gunakan dimana saja.
Gambar 3.7 Tang Ampere
c. Manifold gauge
Manifold gauge adalah alat untuk mengukur tekanan refrigeran. Manifold gauge dapat digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat mesin
bekerja maupun pada saat pengisian refrigeran. Pengisian refrigeran akan
dihentikan setelah manifold gauge menunjukkan nilai tekanan yang aman dalam pengisian refrigeran. Umumnya pengisian refrigeran dihentikan pada saat
manifold gauge menunjukkan nilai tekanan 10 – 15 psi.
Gambar 3.8 Manifold Gauge
d. Spring type tube bender
Spring type tube bender berfungsi membengkokan pipa tembaga. Alat ini digunakan agar pipa tembaga tidak tertekuk atau rusak yang mengakibatkan pipa
tembaga dapat bocor atau mampat.
34
3.1.3. Pembuatan Kulkas dan Pemasangan Alat Ukur
Pembuatan kulkas dan pemasangan alat ukur dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan komponen - komponen kulkas dan pemasangan alat ukur
tekanan.
2. Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan kulkas.
3. Proses penyambungan komponen komponen kulkas dan alat ukur tekanan.
4. Proses pemvakuman kulkas.
5. Proses pengisian metil
6. Proses pengisian refrigeran pada kulkas.
7. Proses ujicoba.
3.2.Metodologi Penelitian
3.2.1. Benda Uji dan Beban Pendinginan
Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini merupakan kulkas dengan
siklus kompresi uap hasil rakitan sendiri. Kulkas ini menggunakan komponen
komponen utama standart yang ada di pasaran dan menggunakan panjang pipa
kapiler 175 cm.
Gambar 3.10 kulkas
3.2.2. Beban Pendinginan
Dalam melakukan penelitian, kulkas akan diberi beban pendinginan.
Beban pendinginan yang digunakan dalam penelitian ini adalah air. Air yang akan
digunakan untuk member beban pendinginan pada kulkas mempunyai volume
sebanyak 1,5 liter.
3.2.3. Cara Pengambilan Data
a. Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel
36
Gambar 3.11 Posisi penempatan alat ukur
Termokopel diletakkan pada 6 titik pengukuran suhu, yaitu suhu pada
evaporator, suhu pada kondensor, suhu masuk evaporator, suhu keluar evaporator,
suhu keluar kondensor, dan suhu keluar kompresor.
b. Data tekanan diperoleh dari manifold gauge pada kulkas. Nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi dapat dibaca dari alat pengukur tekanan atau
manifold gauge.
3.2.4. Cara Pengolahan Data.
a. Data suhu dan tekanan yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk
mendapatkan nilai nilai entalpi dari diagram P-h sesuai dengan posisi
pengukuran.
Gambar 3.12 Penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi
b. Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk
menghitung besarnya kerja kondenser, kerja evaporator, kerja kompresor dan
COP mesin pendingin.
3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan
Dari data yang diperoleh akan diketahui hasil pengolahan data dan
38 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4. 1. Hasil Penelitian
a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor
Data hasil penelitian untuk nilai tekanan masuk kompresor dan tekanan keluar
kompresor disajikan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Tekanan masuk kompresor (P1) dan tekanan keluar kompresor (P2)
No
Waktu Tekanan (Psi)
(menit) P1 P2
1 5 2 178
2 25 3 190
3 45 3 188
4 65 3 185
5 85 3,5 195
6 105 3,5 195
7 125 3,5 185
8 145 3,5 190
9 215 3 180
10 305 3 185
11 395 3 180
12 485 3 180
b. Nilai suhu masuk dan keluar kompresor
Data penelitian untuk nilai suhu masuk kompresor dan suhu keluar kompresor
disajikan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T1) dan suhu keluar kompresor (T2) No Waktu (menit) T1 ºC T2 ºC
1 5 -15,5 65,5
2 25 -15,8 66,9
3 45 -16,3 68,2
4 65 -16,2 68,3
5 85 -15 68,7
6 105 -12,7 67,9
7 125 -13,7 66,9
8 145 -13,5 66,9
9 215 -14,8 65,4
10 305 -13,8 66,2
11 395 -14,6 65,8
12 485 -14,3 65,7
c. Nilai suhu masuk kondensor dan keluar kondensor
Data penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor
disajikan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor
No Waktu (menit)
T2
ºC
T3
ºC
1 5 65,5 43,7
2 25 66,9 46,7
3 45 68,2 46,3
40
Tabel 4.3 Lanjutan
d. Nilai suhu masuk evaporator dan suhu evaporator
Data hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar
kondensor disajikan pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator dan suhu evaporator
No Waktu (menit)
T4
ºC
T evaporator
ºC
1 5 -19,6 -21,2
2 25 -18,1 -20,9
3 45 -18,5 -21,6
4 65 -18,4 -21,4
5 85 -17,5 -20,3
6 105 -17,4 -20
7 125 -17,9 -20,5
9 215 -18,8 -21,5
10 305 -18,2 -20,8 No Waktu (menit) T2 ºC T3 ºC
5 85 68,7 47,7
6 105 67,9 47,3
7 125 66,9 46
8 145 66,9 46,9
9 215 65,4 44,4
10 305 66,2 45,8
11 395 65,8 43,6
12 485 65,7 43,9
Tabel 4.4 Lanjutan
No Waktu (menit)
T4
ºC
T evaporator
ºC
11 395 -18,9 -21,4
12 485 -18,8 -21,2
e. Nilai entalpi
Hasil penelitian untuk nilai entalpi disajikan pada Tabel 4.5. proses
penurunan tekanan pada pipa kapiler diasumsikan berlangsung pada entalpi yang
konstan, sehingga nilai h3=h4. Nilai entalpi diperoleh dari diagram P-h.
Tabel 4.5 Nilai entalpi
No Waktu (menit)
h1 h2 h3 h4
kj/kg
1 5 401 440 266 266
2 25 400 442 264 264
3 45 392 443 264 264
4 65 391 444 265 265
5 85 390 443 266 266
6 105 391 443 266 266
7 125 391 443 266 266
8 145 391 444 265 265
9 215 390 442 265 265
10 305 390 442 264 264
11 395 390 442 264 264
42
4. 2. Perhitungan
a. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa.
Perhitungan energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran
dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.7) yaitu : Qin = ( h1 – h4), kJ/kg.
Hasil perhitungan Qin disajikan pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
No Waktu Qin (kJ/kg) (menit)
1 5 135
2 25 136
3 45 128
4 65 126
5 85 124
6 105 125
7 125 125
8 145 126
9 215 125
10 305 126
11 395 126
12 485 126
b. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran
Perhitungan kerja kompresor dapat dilakukan dengan menggunakan
persamaan (2.5) yaitu : Win = ( h2 – h1 ), kJ/kg. Hasil perhitungan kerja kompresor
disajikan pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran
No Waktu Win (menit) (kJ/kg)
1 5 39
2 25 42
3 45 51
4 65 53
5 85 53
6 105 52
7 125 52
8 145 53
9 215 52
10 305 52
11 395 52
12 485 52
c. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran
Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran
diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6) yaitu : Qout = (h2 – h3), kJ/kg.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.8.
Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran
No Waktu Qout (kJ/kg) (menit)
1 5 174
2 25 178
3 45 179
4 65 179
44
Tabel 4.8 Lanjutan
No
Waktu
(menit)
Qout
(kJ/kg)
6 105 177
7 125 177
8 145 179
9 215 177
10 305 178
11 395 178
12 485 178
d. Koefisien prestasi (COP)
Perhitungan koefisien prestasi (COP) dilakukan dengan menggunakan
persamaan (2.9) yaitu : COP= Qin / Win. Hasil perhitungan COP disajikan pada
Tabel 4.9.
Tabel 4.9 COP
No Waktu COP (menit)
1 5 3,46
2 25 3,24
3 45 2,51
4 65 2,38
5 85 2,34
6 105 2,40
7 125 2,40
8 145 2,38
9 215 2,40
10 305 2,42
Tabel 4.9 Lanjutan
No Waktu
(menit) COP
11 395 2,42
12 485 2,42
4. 3. Pembahasan
Untuk mengambil data pada mesin pendingin ini dilakukan penelitian
selama 485 menit. Pencatatan data meliputi tekanan kompresor, suhu keluar
evaporator, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor, suhu masuk
evaporator, suhu kondensor dan suhu evaporator.
Grafik hasil pengujian untuk energi kalor yang diserap evaporator dari
waktu ke waktu dapat dilihat pada Gambar 4.1. Dari Gambar 4.1 dapat dilihat
bahwa pada menit – menit awal, energi kalor yang diserap evaporator tidak tetap. Namun pada menit ke 145, kalor yang diserap evaporator cenderung tetap sampai
menit ke 485 dengan nilai 126 kJ/kg. Jika nilai Qin dinyatakan terhadap waktu t
dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan Qin = -1x10-11t5 + 2x10-8t4 -
1x10-5t3 + 0,002t2 – 0,313t + 137,5. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit
46
Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrigeran dari t= 5 menit sampai t= 485 menit
Grafik hasil penelitian untuk kerja kompresor persatuan massa refrigeran
dapat dilihat pada Gambar 4.2. Pada Gambar 4.2 terlihat bahwa kerja kompresor
dari menit ke 5 mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu dan selanjutnya
nilai kerja kerja kompresor akan tetap pada harga tertentu. Pada penelitian ini
kerja kompresor persatuan massa refrigeran mengalami kenaikan dan penurunan
nilai dan mulai tetap pada waktu t = 105 menit, dengan harga Win sebesar 52
kJ/kg. Jika nilai Win dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan
persamaan pendekatan Win = 2x10-11t5 - 3x10-8t4 + 2x10-5t3 – 0,003t2 + 0,425t +
36,07. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
Qin = -1x10-11t5 + 2x10-8t4 - 1x10-5t3 + 0,002t2 - 0,313t + 137,5 R² = 0,905
122 124 126 128 130 132 134 136 138
0 100 200 300 400 500 600
Q in (k J /k g )
waktu t (menit)
Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t= 5 menit sampai t=
485 menit
Grafik hasil penelitian untuk energi kalor yang dilepas kondensor dari
waktu ke waktu persatuan massa refrigeran dapat dilihat pada Gambar 4.3. Dari
Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa energi kalor yang dilepas kondensor dari t = 5
menit mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu kemudian energi kalor
yang dilepas kondensor terlihat tetap pada menit ke 85. Pada penelitian ini nilai
energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran pada saat mulai
tetap di menit ke 85 dengan harga Qout sebesar 177 kJ/kg. Jika nilai Qout
dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan Qout
= 7x10-12t5 - 1x10-8t4 + 5x10-6t3– 0,001t2 + 0,112t + 173,6. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
Win = 2x10-11t5 - 3x10-8t4 + 2x10-5t3 - 0,003t2 + 0,425t + 36,07 R² = 0,948
40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
0 100 200 300 400 500 600
Win (k J /k g )
48
Gambar 4.3 Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dari t= 5
menit sampai t= 485 menit
Dari semua pengujian yang telah dilakukan, didapatkan COP atau
koefisien prestasi. Koefisien prestasi dari pengujian yang telah dilakukan,
hasilnya disajikan pada Gambar 4.4. Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa nilai
COP dari menit ke 5 terlihat menurun sampai pada waktu tertentu kemudian
terlihat tetap pada menit ke 105 dengan nilai COP sebesar 2.40. Jika nilai COP
dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan COP
= - 5x10-12t5 + 4x10-9t4 - 2x10-6t3 + 0,000t2 – 0,036t + 3,706. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
Qout = 7x10-12t5 - 1x10-8t4 + 5x10-6t3 - 0,001t2 + 0,112t + 173,6 R² = 0,770
170 172 174 176 178 180 182 184
0 100 200 300 400 500 600
Q o ut (k J /k g )
Waktu t (menit)
Gambar 4,4 Hubungan COP dengan waktu
COP = - 5x10-12t5 + 4x10-9t4 - 2x10-6t3 - 0,036t + 3,706 R² = 0,952
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
0 100 200 300 400 500 600
CO
P
50 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan:
a. Kulkas telah dibuat dan dapat bekerja dengan baik.
b. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran saat mulai tetap
sebesar 126 kJ/kg pada waktu t = 145menit. Jika nilai Qin dinyatakan terhadap
waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan Qin = -1x10-11t5 +
2x10-8t4 - 1x10-5t3+ 0,002t2– 0,313t + 137,5.
c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran saat mulai tetap sebesar 52 kJ/kg
pada waktu t =105 menit. Jika nilai Win dinyatakan terhadap waktu t dapat
dinyatakan dengan persamaan pendekatanWin = 2x10-11t5 - 3x10-8t4 + 2x10-5t3
– 0,003t2 + 0,425t + 36,07.
d. Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran saat mulai tetap
sebesar 177 kJ/kg pada waktu t =85 menit. Jika nilai Qout dinyatakan terhadap
waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatanQout = 7x10-12t5 -
1x10-8t4 + 5x10-6t3– 0,001t2 + 0,112t + 173,6.
e. Koefisien prestasi (COP) kulkas adalah 2,40 pada waktu t= 105 menit. Jika
nilai COP dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan
pendekatanCOP = - 5x10-12t5 + 4x10-9t4 - 2x10-6t3– 0,036t + 3,706.
5.2. Saran
Setelah dilakukan pengambilan data dari kulkas tentunya ada banyak
kekurangan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin kulkas ini,
diantaranya :
a. Sebelum proses pengambilan data sebaiknya dilakukan pengecekan beberapa
kali, sehingga tidak ada kendala saat proses pengambilan data.
b. Penelitian dapat dikembangkan dengan adanya proses pendinginan lanjut dan
pemanasan lanjut.
52
DAFTAR PUSTAKA
Farhani, A. C, 2007, Pengaruh Penggantian Refrigeran R12 menjadi R22, Jakarta.
Holman, J. P., 1994, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta.
Helmi Risza, 2008, Perbandingan Cop Pada Refrigerator dengan Refrigeran R12
dan R134a, Jakarta.
Kreith, 1986, Principle of Heat Transfer (Prinsip – Prinsip Perpindahan Panas), Erlangga, Jakarta.
Renggani, G.W, 2013, Penggunaan Refrigeran R22 dan R134a pada Mesin
Pendingin, Jakarta.
http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2117917-pengembunan-atau
kondensasi/#ixzz2a25PVdIt
http://memetmulyadi.blogspot.com/2013/03/perpindahan-kalor-konduksi-konveksi-radiasi.html#ixzz2TcLDRoDY
http://id.wikipedia.org/wiki/Konveksi
http://gregoriusagungworldpres.com/2010/12/11/mesin-pendingin-siklus-kompresi-uap/
http:/www.google.com/images?q=ph+diagram+r134a
Menit ke 25
Menit ke 65
Menit ke 105
Menit ke 145
Menit ke 305
Menit ke 485
