PENGARUH JUMLAH KIPAS KONDENSOR TERHADAP
KARAKTERISTIK
SHOWCASE
DENGAN DAYA
KOMPRESOR 1/3 HP
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh
MARSELINUS DWI SANTOSO NIM : 135214013
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
THE INFLUENCE OF THE TOTAL OF CONDENSER FANS
TO THE SHOWCASE CHARACTERISTICS WITH 1/3 HP
COMPRESSOR
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
MARSELINUS DWI SANTOSO Student Number : 135214013
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 31 Mei 2017
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Marselinus Dwi Santoso Nomor Mahasiswa : 135214013
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
Pengaruh Jumlah Kipas Kondensor Terhadap Karakteristik Showcase Dengan Daya Kompresor 1/3 Hp
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 31 Mei 2017
Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Pada jaman modern seperti saat ini kebutuhan akan teknologi mesin pendingin semakin meningkat untuk menunjang kenyamanan kehidupan manusia. Showcase adalah sebuah mesin pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan makanan dan minuman dengan suhu ruang kerja rata-rata showcase berada diantara suhu 2°C -10°C. Tujuan dari penelitian showcase ini adalah: (a) merakit mesin pendingin showcase yang bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap. (b) mengetahui karakteristik showcase yang meliputi: (1) kerja kompresor persatuan massa refrigeran. (2) energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator. (3) energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor. (4) COPaktual dan COPideal showcase. (5) Efisiensi showcase. (6) Laju aliran massa refrigeran.
Penelitian dilakukan secara eksperimen. Mesin yang diteliti adalah showcase yang bekerja dengan siklus kompresi uap hasil rancangan sendiri dengan komponen standar yang tersedia di pasaran. Komponen utama showcase meliputi: kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, dan evaporator. Variasi yang dilakukan di dalam penelitian showcase ini adalah jumlah kipas yang di pergunakan untuk mendinginkan kondensor: (1) tanpa kipas. (2) 2 kipas. (3) 4 kipas. Showcase yang dirancang menggunakan daya kompresor 1/3 HP, sedangkan komponen lain seperti kondensor dan pipa kapiler menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
Hasil penelitian memberikan kesimpulan bahwa untuk showcase tanpa kipas kondensor suhu yang mampu dicapai pada menit ke 280 sebesar 6 oC dan memberikan nilai: (a) COPaktual sebesar 2,44, (b) COPideal sebesar 3,30, (c) efisiensi sebesar 74%, (d) laju aliran massa refrigeran sebesar 0,003251 kg/s. Sedangkan untuk showcase dengan 2 kipas kondensor suhu yang mampu dicapai pada menit ke 160 sebesar 6 oC dan memberikan nilai: (a) COPaktual sebesar 2,82, (b) COPideal sebesar 3,63, (c) efisiensi sebesar 78% (d) laju aliran massa refrigeran sebesar 0,003362 kg/s. Sedangkan untuk showcase dengan 4 kipas kondensor suhu yang mampu dicapai pada menit ke 120 sebesar 6 oC dan memberikan nilai: (a) COPaktual sebesar 3,01, (b) COPideal sebesar 3,76, (c) efisiensi sebesar 80%, (d) laju aliran massa refrigeran sebesar 0,003535 kg/s.
viii regfrigerant mass unity. (2) heat energy of refrigerant mass unity that is absorbed with evaporator. (3) heat energy of refrigerant mass unity that is released with condenser. (4) COPactual dan COPideal showcase. (5) the efficiency of showcase. (6) the speed of refrigerant mass flow.
The research was conducted with experiment. The machine that is researched is a showcase that works with vapor compression cycle that is designed by myself with standard components that are available in the market. The showcase major components are: compressor, condenser, filter, capillary pipe, and evaporator. The variation that is conducted in this showcase research is the total of fan used to cool the condenser: (1) without fan. (2) 2 fans. (3) 4 fans. The designed showcase that uses 1/3 HP compressor power, while other components such as condenser and capillary pipe are adjusted with the size of compressor power.
The research result shows the conclusion that showcase without condenser fan, the temperature that can be reached at the minute 280 is of 6 oC and shows the values: (a) COPactual of 2,44, (b) COPideal of 3,30, (c) efficiency of 74%, (d) the speed of refrigerant mass flow of 0,003251 kg/s. Meanwhile, the showcase with 2 condenser fans, the temperature that can be reached at the minute 160 is of 6 oC and shows the values: (a) COPactual of 2,82, (b) COPideal of 3,76, (c) efficiency of 78% (d) the speed of refrigerant mass flow of 0,003362 kg/s. On the other hand, the showcase with 4 condenser fans, the temperature that can be reached at the minute 120 is of 6 oC dan shows the values: (a) COPactual of 3,01, (b) COPideal of 3,76, (c) efficiency of 80%, (d) the speed of refrigerant mass flow of 0,003535 kg/s.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar.
Penulis merasa bahwa penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan banyak hal, seperti pembuatan showcase, pengujian, pengambilan data, dan melakukan pembahasan solusi terhadap masalah yang dihadapi.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi berjudul “Pengaruh Jumlah Kipas Kondensor Terhadap Karakteristik Showcase Dengan Daya Kompresor 1/3 Hp” ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
x
3. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T., M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik
4. Seluruh staf dan pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini
5. Kedua orang tua, Sugiman dan Sugiarti yang telah memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.
6. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.
Yogyakarta, 31 Mei 2017
xi
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 ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
2.1.3 Perhitungan-Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap
2.1.4 Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap
2.1.5 Komponen Pendukung Mesin Pendingin
xii Siklus Kompresi Uap
2.2 Tinjauan Pustaka ... 29
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 33
3.1 Persiapan Komponen Utama Mesin Pendingin ... 33
3.2 Peralatan Peralatan Pendukung Pembuatan Showcase ... 37
3.3 Pembuatan Showcase ... 44
4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 58
BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
a. P-h Diagram Showcase Tanpa Kipas Kondensor b. P-h Diagram Showcase dengan 2 Kipas Kondensor c. P-h Diagram Showcase dengan 4 Kipas Kondensor
xiii
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Showcase ... 6
Gambar 2.2 Display cooler, beer cooler, cake showcase ... 7
Gambar 2.3 Skematik rangkaian siklus kompresi uap ... 9
xiv
Pengelasan kompresor dengan kondensor dan pemasangan manifold gauge
Pengelasan kondensor dengan filter Pemasangan evaporator
Pengisian refigeran R134a
Pemasangan kipas di belakang kondensor Pemasangan thermostat
Pemasangan kipas ruangan pendiginan showcase Pemasangan rak dan styrofoam
Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin showcase
Showcase
Posisi alat ukut pada skematik mesin showcase Termokopel dan penampil suhu digital
Stopwatch Pemanas air Air teh
P-H diagram untuk R134a
xv
Perbandingan kalor yang dilepas kondensor tanpa kipas,menggunakan 2 kipas dan 4 kipas pendingin kondensor (Qout)
Perbandingan kalor yang diserap evaporator tanpa kipas, menggunakan 2 kipas dan 4 kipas pendingin kondensor (Qin)
Perbandingan koefisien prestasi aktual showcase tanpa kipas, menggunakan 2 kipas dan 4 kipas pendingin kondensor (COPaktual)
Koefisien prestasi ideal showcase tanpa kipas, menggunakan 2 kipas dan 4 kipas pendingin kondensor (COPideal)
Perbandingan efisiensi showcase tanpa kipas, menggunakan 2 kipas dan 4 kipas pendingin kondensor
xvi
Tabel pencatatan hasil pengukuran suhu dan pengukuran tekanan
Data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan tanpa menggunakan kipas pendingin belakang kondensor Lanjutan data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan tanpa menggunakan kipas kondensor
Data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan dengan menggunakan 2 kipas pendingin belakang kondensor
Data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan dengan menggunakan 4 kipas pendingin belakang kondensor
Nilai tekanan absolut masuk dan keluar dihasilkan tanpa kipas, menggunakan 2 kipas dan menggunakan 4 kipas pendingin di belakang kondensor hingga suhu 6 oC dalam tekanan terukur satuan psi
Nilai tekanan absolut masuk dan keluar dihasilkan tanpa kipas, menggunakan 2 kipas dan menggunakan 4 kipas pendingin di belakang kondensor hingga suhu 6 oC dalam tekanan terukur satuan bar
Nilai entalpi, suhu refrigeran kondensor dan suhu refrigeran evaporator tanpa menggunakan kipas pendingin kondensor
xvii
refrigeran evaporator dengan menggunakan 2 kipas pendingin kondensor nilai entalpi, suhu refrigeran
Lanjutan nilai entalpi, suhu refrigeran kondensor dan suhu refrigeran evaporator dengan menggunakan 2 kipas pendingin kondensor
Nilai entalpi, suhu refrigeran kondensor dan suhu refrigeran evaporator dengan menggunakan 4 kipas pendingin kondensor
Nilai kerja kompresor tanpa kipas pendingin kondensor (Win)
Nilai kerja kompresor menggunakan 2 kipas pendingin kondensor (Win)
Nilai kerja kompresor menggunakan 4 kipas pendingin kondensor (Win)
Energi kalor yang dilepas kondensor tanpa menggunakan kipas pendingin kondensor (Qout)
Energi kalor yang dilepas kondensor menggunakan 2 kipas pendingin kondensor (Qout)
Energi kalor yang dilepas kondensor menggunakan 4 kipas pendingin kondensor (Qout)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator tanpa kipas pendingin kondensor (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator menggunakan 2 kipas pendingin kondensor (Qin)
Lanjutan energi kalor yang diserap oleh evaporator menggunakan 2 kipas pendingin kondensor (Qin)
Energi kalor yang diserap oleh evaporator menggunakan 4 kipas pendingin kondensor (Qin)
COPaktual mesin showcase tanpa menggunakan kipas pendingin kondensor
xviii
COPideal mesin showcase menggunakan 2 kipas pendingin kondensor.
Lanjutan COPideal mesin showcase menggunakan 2 kipas pendingin kondensor.
COPideal mesin showcase menggunakan 4 kipas pendingin kondensor.
Efisiensi mesin showcase tanpa menggunakan kipas pendingin kondensor.
Efisiensi mesin showcase menggunakan 2 kipas pendingin kondensor.
Lanjutan efisiensi mesin showcase menggunakan 2 kipas pendingin kondensor.
Efisiensi mesin showcase menggunakan 4 kipas pendingin kondensor.
Laju aliran massa refrigeran tanpa menggunakan kipas pendingin kondensor (ṁ)
Laju aliran massa refrigeran menggunakan 2 kipas pendingin kondensor (ṁ)
Lanjutan laju aliran massa refrigeran menggunakan 2 kipas pendingin kondensor (ṁ)
Laju aliran massa refrigeran menggunakan 4 kipas pendingin kondensor (ṁ)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada jaman modern seperti saat ini kebutuhan akan teknologi mesin pendingin semakin meningkat untuk menunjang kenyamanan kehidupan manusia. Mesin pendingin dapat ditemui di mana saja terutama di dalam supermarket, gedung perkantoran, pada alat transportasi, bahkan di rumah-rumah penduduk. Mesin pendingin adalah sebuah alat yang dapat difungsikan untuk mengkondisikan udara, membekukan bahan makanan seperti daging dan ikan, serta mendinginkan minuman untuk memperoleh efek kesegaran saat akan diminum.
Showcase adalah sebuah mesin pendingin yang berfungsi untuk tempat penyimpanan makanan dan minuman agar selalu segar setiap hari. Suhu ruang kerja rata-rata showcase berada diantara suhu 2°C -10°C sehingga makanan dan minuman yang disimpan di dalam showcase tidak sampai menjadi beku.
Showcase memiliki satu keuntungan dibandingkan dengan mesin pendingin yang lainnya. Makanan dan minuman yang ada di dalam showcase dapat terlihat langsung oleh konsumen sehingga konsumen hanya akan membuka
memilih showcase yang cocok sesuai kebutuhan cukup sulit, karena karakteristik showcase seperti COP dan efisiensi showcase yang ada di pasaran tidak ditampilkan di name platenya.
Mengingat peranan mesin pendingin showcase cukup penting bagi kehidupan masyarakat saat ini, maka dengan latar belakang di atas penulis tertarik untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja beserta dengan karakteristik showcase dengan cara membuat mesin pendingin showcase dan melakukan penelitian terhadap karakteristik mesin pendingin tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
Showcase yang berada di pasaran pada umumnya tidak menampilkan informasi tentang karakteristik mesin showcase seperti informasi tentang COP dan efisiensi pada name platenya. Padahal Informasi tersebut sangat penting bagi masyarakat untuk memutuskan jenis showcase yang mana yang akan dibeli sesuai keinginannya.
1.3 Tujuan
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Merakit mesin pendingin showcase yang bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap.
b. Mengetahui dan membandingkan karakteristik mesin pendingin showcase
menggunakan 2 kipas pendingin kondensor , dan menggunakan 4 kipas pendingin kondensor.
meliputi :
1. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) pada
showcase.
2. Nilai energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) pada showcase.
3. Nilai energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout ) pada showcase.
4. Nilai COPaktual showcase.
5. Nilai COPideal showcase.
6. Nilai Efisiensi (ƞ) showcase.
7. Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) showcase.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang diambil di dalam penelitian ini berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah adalah sebagai berikut:
a. Mesin bekerja dengan siklus kompresi uap.
b. Komponen mesin showcase terdiri dari komponen utama seperti: kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, dan evaporator.
c. Kompresor memiliki daya 1/3 HP. Jenis kompresor yang di pergunakan berjenis hermetik, komponen utama yang lain ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.
e. Showcase yang dirancang menggunakan refrigeran R 134a.
f. Kipas angin (cooling fan) yang dipergunakan untuk mendinginkan kondensor berukuran 120 x 120 x 38 mm berdaya 21 W sebanyak 4 buah dan jumlah daun baling-baling kipas sebanyak 7 buah.
g. Beban pendingin yang digunakan adalah air teh dengan volume 180 ml, sebanyak 22 buah.
h. Kipas angin (cooling fan) yang dipergunakan untuk mensirkulasikan udara di dalam showcase berdaya 21 W berukuran 120 x 120 x 38 mm sebanyak 2 buah dan dengan jumlah daun baling-baling kipas sebanyak 7 buah, i. Ukuran ruang pendinginan: panjang 46 cm, lebar 48 cm dan tinggi 97 cm.
1.5 Manfaat
Berdasarkan tujuan dari penelitian di atas maka dapat diketahui manfaat dari penelitian tentang peralatan showcase ini adalah sebagai berikut :
a. Memperoleh data kalor yang dilepas oleh kondensor, kalor yang diserap evaporator, kerja yang dilakukan kompresor, COPaktual, COPideal, efisiensi, dan laju aliran massa refrigeran dari showcase buatan sendiri dengan tambahan 4 buah kipas (fan) yang berada di belakang kondensor untuk mempercepat proses pelepasan kalor.
b. Hasil penelitian dapat di pergunakan untuk menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin showcase yang dapat ditempatkan di perpustakaan.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Showcase
Kebutuhan mesin pendingin yang digunakan untuk mendinginkan air dan
makanan namun tidak menjadi beku dengan tampilan yang menarik serta terjaga
dalam keadaan yang baik mendorong terciptanya showcase. Showcase adalah sebuah mesin pendingin yang berfungsi memindahkan panas dari suatu tempat
yang bertemperatur rendah ke tempat yang temperaturnya lebih tinggi.
Showcase memiliki evaporator yang berfungsi menyerap kalor yang berada didalam ruangan showcase, yang mengakibatkan refrigeran berubah wujud dari cair menjadi gas refrigeran. Keluar dari evaporator, refrigeran
menuju kompresor. Refrigeran kemudian dimampatkan oleh kompresor menjadi
gas bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Keluar kompresor gas refrigeran yang
panas dan bertekanan tinggi tersebut masuk ke kondensor. Refrigeran
didinginkan oleh udara luar sehingga kalor akan berpindah dari kondensor ke
udara sekelilingnya. Suhu refrigeran akan turun menuju suhu kondensasi, dan di
lanjutkan laju poses kondensasi, dimana refrigeran berubah wujud dari gas
menjadi cair tetapi tekanannya tetap tinggi. Refrigeran cair bertekanan tinggi
selanjutnya mengalir menuju penyaring (filter) dan kemudian memasuki pipa
kapiler yang berdiameter kecil sehingga tekanannya menjadi turun. Suhu
Refrigeran cair yang tekanannya sudah turun ini kemudian menuju evaporator
untuk menyerap kalor yang ada di dalam ruangan dan refrigeran kembali
menjadi gas. Gas refrigeran dihisap kembali oleh kompresor kembali. Proses
seperti ini berlangsung secara berulang-ulang dan jumlah refrigeran yang
digunakan adalah tetap, yang berubah adalah bentuknya. Siklus yang terjadi
inilah yang dinamakan dengan siklus kompresi uap.
Gambar 2.1 Showcase
Gambar 2.2 Display cooler, beer cooler, cake showcase (http://www.mesinraya.co.id)
a. Display Cooler
Display cooler adalah sebuah mesin showcase yang hanya dapat mencapai suhu maksimal pendinginan antara +4 – 80 C. Showcase ini biasanya digunakan untuk memajang minuman kaleng dan botol. Display cooler mempunyai macam-macam tipe berdasarkan jumlah pintu dan kapasitas
volumenya. Perbedaan spesifikasi antara display cooler pintu 1, pintu 2 dan pintu 3 berada di dimensi display cooler, volume, daya dan jumlah rak. Semakin besar dimensi dan volume display cooler semakin besar pula daya kompresor, namun refrigeran yang digunakan pada display cooler adalah R134a.
b. Beer Cooler
Beer cooler merupakan sebuah mesin showcase yang digunakan khusus untuk menyimpan dan memajang minuman beer. Beer adalah sebuah minuman beralkohol yang diproduksi melalui proses fermentasi berpati tanpa
menghasilkan busa atau biasa disebut frost beer. Suhu yang khusus untuk membuat kualitas frost beer tetap bagus -2 ~ -6°C.
c. Cake Showcase
Cake showcase merupakan showcase yang berfungsi menyimpan dan memajang kue, coklat dan pasty dengan tingkat kelembaban tinggi (humidity)
70 – 80 %. Showcase ini bekerja antara suhu 2 – 8 0C, namun bila showcase
ini berfungsi sebagai pendingin coklat maka showcase ini harus disetting 15 –
180C. Refrigeran yang digunakan oleh cake showcase sama dengan display cooler yaitu R134a.
Dalam bekerjanya showcase umumnya menggunakan siklus kompresi uap.
Siklus kompresi uap terdiri dari beberapa proses, yaitu proses kompresi,
proses kondensasi, proses penurunan tekanan (proses isentalpi), dan proses
penguapan.
2.1.2 Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap merupakan siklus yang digunakan dalam mesin
pendingin. Pada siklus ini terjadi proses kompresi, kondensasi, penurunan
tekanan dan penguapan. Secara skematik siklus kompesi uap ditunjukkan pada
Gambar 2.3 Skematik rangkaian komponen siklus kompresi uap
Gambar 2.5 Siklus kompresi uap pada diagram T-s
Siklus kompresi uap pada Gambar 2.3, Gambar 2.4, dan Gambar 2.5
tersusun dari beberapa tahapan sebagai berikut: proses kompresi, proses
pendinginan dengan penurunan suhu (desuperheating), proses kondensasi,
proses pendinginan lanjut, proses ekspansi (proses penurunan tekanan), proses
evaporasi, dan proses pemanasan lanjut.
Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap:
a. Proses Kompresi 1 – 2
Proses kompresi terjadi pada tahap 1-2 dari Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.
Refrigeran dalam bentuk gas panas lanjut masuk ke kompresor, kerja atau usaha
yang diberikan pada refrigeran akan menyebabkan kenaikan pada tekanan
sehingga temperatur refrigeran akan naik dan lebih tinggi dari temperatur
lingkungan (refrigeran mengalami fasa superheated/ gas panas lanjut). Proses kompresi berlangsung pada entropi yang konstan (iso-entropi). Kompresor dapat
keluar dari kompresor, merupakan suhu refrigeran yang tertinggi pada siklus
kompresi uap.
b. Proses pendinginan suhu gas panas lanjut (2-2a) (desuperheating)
Proses pendingin dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap
2-2a dari Gambar 2.4 dan Gambar 2.5. Refrigeran mengalami penurunan suhu
pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke
lingkungan, karena suhu refigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses Kondensasi (2a-2b)
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-2b dari Gambar 2.4 dan Gambar
2.5. Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh.
Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran
kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari
suhu udara lingkungan. Keluarnya kalor dari kondensor, tidak menyebabkan
suhu refrigeran mengalami penurunan suhu, tetapi menyebabkan refrigeran
berubah fase dari gas menjadi cair.
d. Proses Pendinginan Lanjut (2b-3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 2b-3 dari Gambar 2.4 dan
Gambar 2.5. Pada proses pendinginan lanjut terjadi proses penurunan suhu
refrigeran dari keadaan cair jenuh ke refrigeran cair lanjut. Proses ini
berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini di perlukan agar kondisi refrigeran
keluar kondensor benar-benar dalam fase cair, sehingga memudahkan refrigeran
e. Proses Penurunan Tekanan (3-4)
Proses penurunan tekanan pada tahap 3-4 dari Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.
Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan
mengalami proses penurunan tekanan dan penurunan suhu. Sehingga suhu
refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa
refrigeran berubah dari fase cair menjadi fase campuran: cair dan gas. Proses
berjalan dengan nilai entalpi yang tetap (iso entalpi atau isentalpi).
f. Proses Evaporasi (4-4a)
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-4a dari Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.
Refrigeran dalam fasa campuran cair dan gas mengalir ke evaporator dan
kemudian menerima kalor dari lingkungan, sehingga fasa dari refrigeran
berubah seluruhnya menjadi gas jenuh. Proses berlangsung pada tekanan yang
tetap, demikian juga berlangsung pada suhu yang tetap. Kalor dapat mengalir
dari lingkungan ke evaporator dikarenakan suhu lingkungan lebih tinggi dari
suhu kerja evaporator.
g. Proses Pemanasan Lanjut (4a-1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 4a-1 dari Gambar 2.4 dan
Gambar 2.5. Pada saat refrigeran meninggalkan evaporator refrigeran kemudian
mengalami proses pemanasan lanjut. Dengan adanya proses pemanasan lanjut
fase refrigeran berubah dari fase gas jenuh menjadi gas panas lanjut. Dengan
demikian refrigeran sebelum masuk kompresor benar-benar dalam fase gas.
Proses berlangsung pada tekanan konstan. Daya fase gas panas lanjut
2.1.3 Perhitungan – Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap
Berdasarkan Gambar 2.4 dan Gambar 2.5 maka dapat dihitung besarnya
kerja kompresor Win, kalor yang dilepaskan kondensor Qout, kalor yang diserap
evaporator Qin, COPaktual, COPideal, efisiensi, dan laju aliran massa refrigeran.
a. Kerja Kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, dapat dihitung dengan
Persamaan (2.1):
Win = h2 – h1 .... (2.1)
Pada Persamaan (2.1):
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor.
h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor.
b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)
Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor
dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):
Qout = h2 – h3 .... (2.2)
Pada Persamaan (2.2):
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor.
c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
Besarnya energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh
evaporator dapat dihitung dengan Persamaan (2.3):
Qin = h1 – h4 =h1 – h3 …. (2.3)
Pada Persamaan (2.3):
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran.
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai
entalpi saat masuk kompresor.
h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai
entalpi saat keluar pipa kapiler.
d. COP aktual mesin kompresi uap showcase (COPaktual)
COP aktual (coefficient of performance) showcase adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk
menggerakkan kompresor. Nilai COPaktual mesin kompresi uap showcase dapat dihitung dengan Persamaan (2.4):
COPaktual = Qin / Win = (h1– h4) / (h2– h1) …. (2.4)
Pada Persamaan (2.4):
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
e. COP ideal mesin kompresi uap showcase (COPideal)
COP ideal merupakan COP maksimal yang dapat dicapai showcase, dapat dihitung dengan Persamaan (2.5):
COPideal = (Te) / (Tc – Te) …. (2.5)
Pada Persamaan (2.5):
Te : suhu mutlak evaporator, K
Tc : suhu mutlak kondensor, K
f. Efisiensi mesin kompresi uap showcase (Ƞ)
Efisiensi mesin kompresi uap showcase dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6):
Ƞ = (COPAktual / COPIdeal) x 100% …. (2.6)
Pada Persamaan (2.6):
Ƞ : efisiensi mesin kompresi uap showcase
COPaktual : koefisien prestasi aktual showcase
COPIdeal : koefisien prestasi maksimum showcase
g. Laju aliran massa refrigeran (ṁ)
Laju aliran massa refrigeran mesin kompresi uap showcase dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7):
ṁ = (V x I / 1000) / Win = P / Win .... (2.7)
Pada Persamaan (2.7):
V : voltase kompresor, v
I : arus kompresor, ampere
P : daya kompresor.
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
2.1.4 Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap
Komponen utama mesin pendingin kompresi uap terdiri dari beberapa
komponen seperti: kompresor, kondensor, evaporator, dan pipa kapiler.
a. Kompresor
Kompresor merupakan unit tenaga dalam sistem mesin mesin kompresi uap.
Kompresor berfungsi memompa refrigeran ke seluruh bagian mesin pendingin.
Kompresor akan menekan gas refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi.
Ada 3 macam kompresor yang biasa digunakan dalam siklus kompresi uap saat
ini, yaitu kompresor bertorak, kompresor sentrifugal, dan kompresor rotary,
selanjutnya dari macam-macam kompresor tersebut dibagi dalam 3 kategori,
yaitu:
1. 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
keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi pelapis agar refrigeran tidak
bocor keluar.
Keuntungan kompresor jenis terbuka:
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.
Kerugian kompresor jenis terbuka:
1) Harga lebih mahal.
2) Bentuknya besar dan berat.
3) Memerlukan ruang yang besar.
2. Kompresor jenis hermetik ( Hermetic type compressor )
Kompresor hermetik adalah jenis kompresor yang sering digunakan pada
mesin pendingin showcase. Kompresor ini digerakkan langsung oleh motor listrik dengan komponen mekanik yang berada dalam satu wadah tertutup.
Posisi porosnya bisa vertikal maupun horizontal.
Keuntungan dari kompresor hermetik:
1) Tidak memerlukan ruang penempatan yang besar.
2) Bentuknya kecil dan harganya relatif terjangkau.
3) Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingan
rendah.
Kerugian dari kompresor hermetik adalah:
1)Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui.
2)Kerusakan yang terjadi didalam kompresor sudah diketahui sebelum rumah
kompresor dibuka.
3)Digunakan pada mesin pendingin yang berkapasitas kecil.
Gambar 2.6 Kompresor hermetik
(http://kangirie.blogspot.co.id/2014/01/kompresor-1.html) 3. Kompresor jenis semi hermetik ( Semi hermetic 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.
Keuntungan dari kompresor semi hermetic:
1) Bentuknya yang ringkas.
2) Mudah dalam perbaikan jika kompresor atau motornya rusak maka salah
Gambar 2.7 Kompresor semi hermetik
(
https://www.indotrading.com/product/compressor-semi-hermetic-p179399.aspx) b. Kondensor
Kondensor adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai alat penukaran kalor,
menurunkan temperatur refrigeran dari bentuk gas menjadi cair. Kondensor
ditempatkan antara kompresor dan alat pengatur penurun tekanan (pipa kapiler).
Agar proses pelepasan kalor bisa lebih cepat, pipa kondensor didesain berliku
dan bila kotor harus segera dibersihkan karena kotoran tersebut mengganggu
dalam proses pelepasan kalor. Kondensor berdasarkan zat yang digunakan untuk
mendinginkannya dibagi tiga macam, yaitu:
1. Kondensor dengan pendingin udara (air cooler)
Air cooler merupakan kondensor yang menggunakan udara sebagai pendingin refrigeran. Kondensor ini terbuat dari koil berdiameter luar 6 mm –
18 mm, dilengkapi dengan sirip-sirip untuk memperluas area perpindahan kalor.
Keuntungan dari kondensor dengan pendingin udara:
1) Tidak memerlukan biaya tambahan karena tersedianya udara yang cukup
2) Pipa pendingin mudah dibersihkan.
Kerugian dari kondensor dengan pendingin udara:
1) Kondensor hanya bisa digunakan untuk sistem refrigerasi kecil misalnya
kulkas dan freezer untuk aplikasi rumah tangga.
2) Tekanan kerja yang tinggi dibandingkan deangan kondensor pendingin air
mengakibatkan kompresor memerlukan daya yang lebih besar akibat dari
kenaikan tekanan dan temperatur kerjanya
Gambar 2.8 Air cooler
(
http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/kondensor-berpendingin-udara.html)
2. Kondensor dengan pendingin air (water cooler)
Water cooler adalah kondensor yang menggunakan air sebagai media pendingin kondensor. Kondensor ini menggunakan air karena air memiliki
kemampuan memindahkan kalor lebih baik dari pada udara. Kondensor
memiliki koil pipa pendingin ini terbuat dari tembaga.
Keuntungan dari kondensor dengan pendingin air:
1) Bentuk sederhana.
2) Mudah dalam pemasangan.
Kerugian dari kondensor dengan pendingin air:
1) Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa sulit diketahui.
2) Harus menggunakan detergen untuk membersihkan pipa.
3) Pergantian pipa yang sulit dilakukan.
Gambar 2.9 Water cooler (
http://4.bp.blogspot.com/-uubtx9eduig/vul76fslboi/aaaaaaaaaug/2tohnfga3ka/s1600/pkm.png)
4. Kondensor dengan pendingin campuran udara dan air (evaporative)
Evaporative merupakan kombinasi dari kondensor pendingin udara dan kondensor pendingin air. Kondensor ini menggunakan air dan udara sebagai
media pendinginannya.
Keuntungan dari kondensor dengan pendingin campuran udara dan air:
1) Kerja kompresor lebih ringan
2) Mempertahankan agar tekanan kondensasi tidak terlalu tinggi
Kerugian dari kondensor dengan pendingin campuran udara dan air:
1) Memerlukan tempat yang luas
Gambar 2.10 Evaporative cooler
(http://frandhoni.blogspot.co.id/2015/06/macam-macam-kondensor.html)
Kondensor yang digunakan pada showcase yang dirancang adalah jenis pipa
dengan jari-jari penguat, dengan bentuk lintasan 12U dengan tambahan
kondensor 8U.
Gambar 2.11 Kondensor 12 U dan kondensor 8U
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler adalah sebuah pipa tembaga dengan diameter yang kecil yang
digunakan mesin pendingin baik itu kulkas, ac, freezer, showcase, dll. Pipa kapiler alat berfungsi untuk menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang
mengalir di dalam pipa tersebut, yang berasal dari pipa-pipa kondensor dan
melewati proses penyaringan di filter, setelah itu baru menuju pipa kapiler. Pipa
kapiler yang berada dipasaran mempunyai diameter 0,026 hingga 0,080 inch,
namun yang digunakan pada mesin pendingin berdiameter berkisar antara 0,026
atau 0,031 inch. Pipa kapiler yang digunakan showcase yang dirancang berukuran 0,031 inch dengan panjang 1 m.
Gambar 2.12 Pipa kapiler
(https://panduanrefrigerasi.blogspot.co.id) d. Evaporator
Evaporator adalah suatu alat dimana bahan pendingin menguap dari cair
menjadi gas. Melalui perpindahan panas dari dinding – dindingnya, mengambil
panas dari ruangan di sekitarnya ke dalam sistem, panas tersebut lalu di bawa ke
kompresor dan dikeluarkan lagi oleh kondensor. Evaporator dibuat dari bahan
logam anti karat, yaitu tembaga dan almunium. Ada beberapa macam evaporator
1. Evaporator kering (dry expantion evaporator)
Keadaan dimana cairan refrigeran yang diexpansikan melalui katup expansi
pada saat masuk evaporator sudah dalam campuran air dan uap, sehingga pada
saat keluar dari evaporator menjadi uap kering
Keuntungan dari evaporator kering:
1) Tidak memerlukan banyak refrigeran dalam jumlah besar.
2) Jumlah minyak pelumas yang tertinggal di dalam evaporator sangat kecil.
Kerugian dari evaporator kering:
1) Perpindahan kalor yang terjadi tidak begitu besar dibandingkan dengan
evaporator basah.
2) Laju perpindahan kalor dalam evaporator lebih rendah dibandingkan dengan
evaporator setengah basah.
Gambar 2.13 Evaporator kering
(http://linasundaritermodinamika.blogspot.co.id/2015/04/evaporator.html)
1. Evaporator setengah basah
Keadaan dimana evaporator berada pada kondisi refrigeran diantara jenis
refrigeran cair dalam pipa penguapannya. Keuntungan dan kerugian dari
evaporator jenis setengah basah adalah laju perpindahan kalor jenis setengah
basah lebih tinggi dari evaporator kering, tetapi laju perpindahan kalor lebih
rendah dari evaporator jenis basah.
2. Evaporator basah (flooded evaporator)
Dalam evaporator jenis basah sebagian jenis evaporator terisi oleh cairan
refrigeran dan proses penguapannya terjadi seperti pada ketel uap. Pada
evaporator basah terdapat sebuah akumulator untuk menampung refrigeran cair
dan gas, dari akumulator tersebut bahan pendingin cair mengalir ke evaporator
dan menguap di dalamnya. Sisa refrigeran yang tidak sempat menguap di
evaporator kembali kedalam akumulator, di dalam akumulator refrigeran cair
berada dibawah tabung sedangkan yang berupa gas berada diatas tabung.
Keuntungan dari evaporator basah adalah laju perpindahan kalor jenis basah
lebih tinggi dari pada evaporator kering dan evaporator jenis setengah basah.
Gambar 2.14 Evaporator basah
(
Ada beberapa macam evaporator berdasarkan bentuk yang banyak
digunakan pada mesin pendingin seperti jenis pipa dengan plat datar atau plate,
pipa-pipa, dan pipa dengan sirip-sirip. Evaporator yang digunakan pada
showcase dirancang adalah evaporator jenis kering dengan pipa plat datar.
Gambar 2.15 Evaporator plat
2.1.5 Komponen Pendukung Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap
Selain komponen utama, mesin pendingin juga memiliki beberapa
komponen pendukung lain yang berfungsi untuk membantu kerja dari mesin
pendingin, yaitu: thermostat, filter, bahan pendingin dan kipas (fan).
a. Thermostat
Thermostat adalah sebuah alat mesin pendingin yang berfungsi untuk
mencegah pembekuan / frosting dan agar temperatur ruang dalam ruangan dapat
disetel sesuai dengan suhu yang diinginkan. Prinsip kerja thermostat adalah jika
ruang dalam mesin pendingin mencapai suhu tertentu (dalam evaporator sudah
kompersor dan kompresor akan berhenti bekerja untuk sementara hingga suhu
ruang pendingin atau evaporator naik mencapai suhu tertentu.
Gambar 2.16 Thermostat
(
http://www.priceza.co.id/s/harga/thermostat-kulkas-awtb-p134-by-erpan-electric) b. Filter
Filter adalah alat yang mempunyai fungsi menyaring kotoran–kotoran yang
berbentuk padat yang terbawa refrigeran. Filter dipasang pada daerah
bertekanan tinggi pada ujung pipa kondensor yang menuju pipa kapiler dengan
tujuan jika ada kotoran atau ada udara yang terjebak dalam siklus tersebut akan
tersaring terlebih dahulu agar pipa kapiler tidak tersumbat.
Gambar 2.17 Filter
(
c. Bahan Pendingin atau refrigeran
Bahan pendingin atau refrigeran adalah suatu zat yang mudah dirubah
bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya, dipakai untuk mengambil
panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor. Refrigeran yang sering
digunakan dalam mesin pendingin yaitu R134a.
keuntungan menggunakan refrigeran R134a, yaitu:
1. Tidak berbau dan beracun.
2. Tidak mudah terbakar.
3. Tidak menyebabkan logam korosi.
4. Tidak mengandung CFC (Chlorofluorocarbon) sehingga ramah lingkungan,
karena tidak merusak ozon
Gambar 2.18 Refrigeran R134a
(
http://www.globalsources.com/si/AS/Foshan-Liangyou/6008845808800/pdtl/Refrigerant-r134a/1066898352.htm)
d. Kipas (fan)
Fan atau kipas angin berfungsi untuk menghisap atau mendorong udara menuju ruang pendingin. Dengan adanya kipas angin maka makanan atau
Gambar 2.19
(https://en.indotrading.com/product/weiguang-ywf-atau-p219949.aspx)
2.2 Tinjauan Pustaka
Kemas, Ridhuan (2014), melakukan penelitian tentang pengaruh media
pendingin air pada kondensor terhadap kemampuan kerja mesin pendingin.
Metode yang digunakan adalah secara eksperimen dengan membuat dan
menguji alat mesin pendingin secara langsung. Metode yang dilakukan dalam
penelitian ini adalah pengujian dilakukan pada kondensor dengan
menggunakan air dan udara, dengan variasi beban pendingin ruangan: 450W,
600W, 750W dan variasi debit aliran air di kondensor: 0,06 l/s, 0,075 l/s dan
0,09 l/s. Hasil yang didapat dari penelitian ini, COP (Coefficient Of
Performance) tertinggi yaitu 15,43 terjadi pada pendingin air dengan beban 450 watt pada debit 0,09 l/s. sedangkan dengan pendingin udara COP 6,44
pada beban 450W. Temperatur air tertinggi sebesar 38 °C terjadi pada debit
0,06 l/s dan pada beban pendingin 750 watt.
Anwar, Khairil (2010), melakukan penelitian yang membahas mengenai
efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi
digunakan adalah metode eksperimental dengan variasi beban pendingin yang
diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di
dalam ruang pendingin. Hasil yang didapat dari penelitian ini, waktu
pendinginan akan semakin lama untuk setiap peningkatan beban pendingin.
Performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu
200 watt dengan COP sebesar 2,64. Sedangkan waktu pendinginan terlama
terjadi pada bola lampu 400 watt.
Helmi, Risza (2010), melakukan penelitian tentang perbandingan COP
pada refrigerator rengan refrigeran CFC R12 Dan HC R134a untuk diameter
pipa kapiler yang berbeda. Metode yang digunakan dengan mengganti
refrigeran CFC R12 ke HC R134a pada refrigerator satu pintu dan mengganti
ukuran panjang pipa kapiler dengan panjang 1,75 m, 2,00 m, 2,25 m untuk
mengetahui mana yang lebih baik dan efisien dari kedua refrigeran CFC R12
ke HC R134a, serta manakah yang menghasilkan suhu dingin dan COP
tertinggi. Hasil yang didapat dari penelitian ini, bahwa pada pipa kapiler
ukuran 2,25 m refrigeran HC R134a suhu di evaporator lebih dingin dan COP
lebih besar dibandingkan refrigeran CFC R12 Prestogaz. COP tertinggi 4,06
untuk refrigeran HC R134a dan suhu evaporator terendah -16 oC untuk
refrigeran HC R134a pada pipa yang berukuran panjang 2,25 m. Sedangkan
suhu terendah untuk refrigeran CFC R12 Prestogaz sebesar -14 oC pada pipa
berukuran panjang 1,75 m.
Ridwan (2005), melakukan penelitian untuk mengetahui perbandingan
refrigeran R12 dengan refrigerant R134a dengan daya 75 W. Metode yang
dilakukan secara eksperimen dengan beban pendingin berupa air yang
dimasukkan dalam refrigerator dengan variasi volume 100 ml, 200 ml, dan 300
ml pada temperatur 28 oC. Penurunan temperatur air dicatat setiap 5 menit
hingga temperatur air mencapai 0 oC. Hasil yang didapat dari penelitian ini
menunjukkan bahwa, semakin rendah temperatur refrigeran masuk kompressor
dan semakin kecil kapasitas pendinginannya maka kerja kompressor semakin
kecil. Pengolahan data menunjukkan bahwa pada masing-masing variasi beban
pendingin COP untuk R134a lebih tinggi dibanding COP R12. Nilai COP
tertinggi didapat pada beban pendinginan 100 ml baik untuk R134a maupun
R12.
Suma A, Enang (2013), melakukan penelitian bertujuan untuk mengetahui
pengaruh tekanan kerja kompresor terhadap efek pendingin atau pencapaian
temperatur pendinginan dan waktu pencapaian temperature pendingin, serta
mendapatkan besar tekanan kompresor yang memberikan nilai koefesien
performansi (COP) yang optimum. Penelitian ini menggunakan metode
eksperimen, variasi tekanan kompresor ditinjau terhadap kinerja mesin
refrigerasi dan suhu refrigerasi yang keluar dari kondensor. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa semakin besar tekanan suction kompresor maka semakin besar efek refrigerasi yang terjadi. Semakin besar tekanan suction kompresor, temperatur pendingin (temperatur evaporator) yang dihasilkan semakin rendah.
33
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Persiapan Komponen Utama Mesin Showcase
Komponen utama yang digunakan dalam pembuatan showcase pada penelitian ini meliputi : kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, filter dan refrigeran.
a. Kompresor
Kompresor merupakan alat yang digunakan untuk menaikkan tekanan dan berfungsi memompa refrigeran ke seluruh bagian showcase. Gambar 3.1 menyajikan jenis kompresor yang dipergunakan di penelitian ini.
Gambar 3.1 Kompresor Spesifikasi kompresor :
Jenis kompresor : Kompresor hermetik Seri kompresor : THK2390YJE Voltase : 230 V
b. Kondensor
Kondensor merupakan sebuah alat yang berfungsi untuk membuang kalor dari dalam ruangan showcase menuju udara luar dan menurunkan temperatur refrigeran dari bentuk gas menjadi cair. Pada penelitian showcase ini menggunakan kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat, dengan bentuk lintasan 12U ditambah dengan kondensor 8U dengan bentuk dan jenis yang sama.
Gambar 3.2 Kondensor
(https://thai.alibaba.com/product-detail/refrigerator-condenser-refrigerator-parts-type-of-condenser-1295289274.html)
Spesifikasi kondensor :
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi sebagai alat menurunkan tekanan refrigeran cair dari kondensor ke evaporator di dalam sistem showcase. Pada penelitan showcase ini menggunakan pipa kapiler dengan panjang 1 m berdiameter 0,031 inch dan pipa berbahan tembaga.
Gambar 3.3 Pipa kapiler
d. Evaporator
Gambar 3.4 Evaporator Spesifikasi evaporator :
Bahan plat evaporator : alumunium Bahan pipa evaporator : tembaga Panjang evaporator : 65,5 cm Lebar evaporator : 40 cm
e. Filter
Filter merupakan sebuah alat yang mempunyai fungsi menyaring kotoran– kotoran yang berbentuk padat yang terbawa refrigeran agar tidak menyumbat pipa kapiler..
f. Refrigeran
Refrigeran merupakan suatu zat yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya, dipakai untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor. Pada penelitian showcase ini menggunakan refrigeran R134a.
Gambar 3.6 Tabung berisi refrigeran R134a
3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Showcase
Beberapa peralatan pendukung dalam proses pembuatan showcase sebagai berikut:
a. Pemotong Pipa (Tube Cutter)
Gambar 3.7 Pemotong pipa (tube cutter)
(http://olx.co.id/iklan/pipe-cutter-alat-potong-pipa-tembaga-IDjdfPu.html)
b. Pelebar Pipa (Tube Expander)
Tube expander berfungsi sebagai alat untuk melebarkan diameter ujung pipa tembaga agar pipa tembaga dapat disambungkan pada pipa tembaga yang lainnya.
Gambar 3.8 Pelebar pipa (tube expander)
c. Tang Ampere
Tang ampere berfungsi sebagai alat untuk mengukur besarnya arus (A) dan tegangan pada kompresor.
Gambar 3.9 Tang ampere
d. Manifold Gauge
Manifold gauge berfungsi sebagai alat untuk mengukur tekanan refrigeran dalam sistem pendinginan baik pada saat pendinginan maupun pada saat beroperasi. Tekanan yang dapat dilihat pada manifold gauge yaitu tekanan evaporator atau tekanan hisap kompresor dan tekanan kondensor (biru) atau tekanan keluaran kondensor (merah).
Gambar 3.10 Manifold gauge
e. Thermostat
Thermostat berfungsi sebagai alat untuk mengatur suhu ruangan showcase
Gambar 3.11 Thermostat
( https://www.bukalapak.com/p/rumah-tangga/elektronik-1111/lain-lain-220/312euj-jual-thermostat-kulkas-aruki-type-133)
f. Metil
Metil merupakan cairan yang berfungsi sebagai untuk membersihkan saluran-saluran pipa. Penggunaan metil sebanyak satu tutup botol metil.
Gambar 3.12 Metil
g. Kipas (Fan) Evaporator
Gambar 3.13 Fan evaporator h. Kipas Kondensor
Kipas (cooling fan) kondensor berfungsi untuk mempercepat proses pelepasan kalor ke lingkungan berukuran 120 x 120 x 38 mm berdaya 21 W sebanyak 4 buah dan jumlah daun baling-baling kipas sebanyak 7 buah.
Gambar 3.14 Fan kondensor i. Alat dan Bahan Las
Gambar 3.15 Alat las j. Pompa Vakum
Pompa vakum berfungsi untuk menghilangkan refrigeran dari sistem pendinginan sehingga gas-gas yang tidak terkondensasi seperti udara uap air tidak mengganggu refrigerasi dan tidak memperpendek umur filter karena uap air yang berlebihan.
Gambar 3.16 Pompa vakum
k. Alumunium
Berfungsi sebagai kerangka dasar yang digunakan pembuatan mesin
showcase.
Gambar 3.17 Alumunium
(http://www.alumitec.com.au/aluminium-extrusion.php)
l. Styrofoam
Styrofoam digunakan untuk melapisi kerangka pada bagian dalam showcase
agar sistem pendinginan semakin cepat.
3.3 Pembuatan Showcase
Beberapa langkah-langkah yang dilakukan dalam proses pembuatan
showcase yaitu :
a. Mempersiapkan komponen-komponen utama showcase seperti kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, filter, refrigeran R134a, serta alat-alat pendukung manifold gauge, alat pemotong pipa, pompa vakum, alat las dan alat-alat lainnya yang dipergunakan dalam pembuatan showcase.
b. Merancang dan membuat kerangka almunium showcase. Proses ini membutuhkan alat pemotong almunium, bor dan paku keling untuk menyambung seluruh bagian showcase.
Gambar 3.19 Kerangka showcase.
Gambar 3.20 Pengelasan kompresor dengan kondensor dan pemasangan
manifold gauge
d. Pemasangan kondensor pada bagian belakang kerangka showcase dan pengelasan kondensor yang disambungkan dengan cara dilas pada lubang masukan filter, kemudian las pipa keluaran filter dengan masukan pipa kapiler.
Gambar 3.21 Pengelasan kondensor dengan filter
pengelasan pipa tembaga keluaran evaporator dengan pipa tembaga masukan kompresor.
Gambar 3.22 Pemasangan evaporator
f. Pengisian metil untuk membersihkan saluran-saluran pipa dan untuk pengecekan kebocoran pipa saluran pada showcase. Proses pengisian metil dilakukan dengan cara melubangi pipa kapiler pada salah satu lubang keluaran filter, lalu hidupkan kompresor, kemudian berikan 1 tutup botol pada ujung pipa kapiler yang telah dilubangi tadi agar kotoran yang menyumbat pipa kapiler keluar, dan terakhir matikan kompresor kemudian las ujung pipa kapiler keluaran filter tersebut.
g. Pemvakuman showcase yang menggunakan pompa vakum berfungsi untuk mengeluarkan udara yang terjebak dalam saluran dalam pipa agar proses pendinginan dan kerja mesin showcase dapat berjalan secara maksimal. h. Proses pengisian refrigeran R134a, dalam proses ini diperlukan refrigeran
dalam siklus showcase harus sesuai standar kerja showcase agar bekerja secara maksimal.
Gambar 3.23 Pengisian refigeran R134a
i. Pemasangan 4 kipas berdaya 21 watt dengan kerangka penyangga di belakang kondensor untuk mempercepat proses pelepasan kalor ke lingkungan sehingga proses pendinginan pada ruangan dalam showcase
lebih cepat.
Gambar 3.24 Pemasangan kipas di belakang kondensor
Gambar 3.25 Pemasangan thermostat
k. Pemasangan kipas (fan) pada ruangan dalam showcase befungsi mensirkulasikan udara dingin evaporator agar udara dingin dalam ruangan
showcase menyebar merata ke seluruh ruangan showcase.
Gambar 3.26 Pemasangan kipas ruangan pendinginan showcase
l. Pemasangan rak dan styrofoam pada bagian dinding dalam kerangka
50
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Alur Penelitian
Pada Gambar 4.1 ini menunjukan diagram alur pembuatan dan penelitian
mesin showcase.
4.2 Objek Penelitian
Mesin yang diteliti merupakan showcase dengan siklus kompresi uap hasil
rancangan sendiri dengan komponen standar yang tersedia di pasaran.
Showcase yang dirancang berukuran: panjang 50 cm x lebar 57 cm x tinggi 160
cm, dan untuk ukuran ruang pendinginan: panjang 46 cm, lebar 48 cm dan
tinggi 97 cm. Showcase dibuat menggunakan daya kompresor 1/3 HP dengan
tambahan 4 kipas atau fan berdaya 21 watt yang dipasang di belakang
kondensor. Proses yang terjadi di dalam showcase ini dilakukan dengan cara
kontak langsung dengan benda yang ada di dalam ruangan evaporator.
4.3 Posisi Alat Ukur Pada Skematik Alat Penelitian
Gambar 4.3 merupakan skematik mesin pendingin yang diteliti. Dalam
skematik ini ditentukan posisi titik–titik yang akan dipasang alat termokopel dari
showcase dengan siklus kompresi uap yang sudah dirangkai.
Gambar 4.3 Posisi alat ukur pada skematik mesin showcase
Keterangan untuk Gambar 4.3:
Titik 1: Termokopel dan penampil suhu digital (T1)
Berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran masuk kompresor.
Titik 1: Manifold gauge (P1)
Berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran masuk kompresor.
Titik 2: Manifold gauge (P2)
Berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran keluar kompresor.
Titik 2: Termokopel dan penampil suhu digital (T2)
Berfungsi untuk mengukur suhu refigeran keluar kompresor.
Titik 3: Termokopel dan penampil suhu digital (T3)
4.4 Alat Bantu Penelitian
Alat bantu penelitian yang digunakan selama proses pengambilan data
berlangsung :
a. Termokopel dan penampil suhu digital
Termokopel berfungsi sebagai sensor suhu untuk mengubah perbedaan suhu
dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik. Penampil suhu berfungsi
menampilkan nilai suhu yang diukur. Suhu yang diukur suhu masuk kompresor
(T1), suhu masuk kondensor (T2), dan suhu keluar kondensor (T3),dan suhu
ruang pendinginan showcase (T4).
Gambar 4.4 Termokopel dan penampil suhu digital (http://www.id.aliexpress.com)
b. Stopwatch
Stopwatch berfungsi sebagai mengukur waktu yang dibutuhkan pada saat
Gambar 4.5 Stopwatch (http://www.mansionathletics.com)
c. Pemanas Air
Pemanas air berfungsi untuk memanaskan air hingga suhu 100 oC 1 atm
untuk proses kalibrasi termokopel.
Gambar 4.6 Pemanas Air
(https://www.tokopedia.com/warunglistrik/elemen-pemanas-air-350-w-water-heater-merk-intra)
d. Air Teh
Air teh berfungsi sebagai beban pendingin pada mesin showcase yang
Gambar 4.7 Air teh
(3.bp.blogspot.com)
e. P-h Diagram R134a
P-h diagram ini berfungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap
showcase. Dengan p-h diagram, dapat diketahui nilai entalpi disetiap titik yang
diteliti (h1, h2, h3 dan h4), suhu evaporator (Te), suhu kondensor (Tc) suhu
masuk kompresor (T1), suhu keluar kompresor (T2), dan suhu keluar kondensor
(T3).
4.5 Variasi Penelitian
Penelitian dilakukan dengan cara memvariasikan kondisi kipas pendingin
kondensor: tanpa kipas, menggunakan 2 kipas, dan menggunakan 4 kipas,
masing-masing kipas berdaya 21 watt. Posisi kipas berada di belakang
kondensor yang digunakan untuk mempercepat proses pelepasan kalor.
4.6 Cara Pengambilan Data
Cara yang dilakukan untuk memperoleh data dengan proses sebagai
berikut:
a. Menyiapkan termokopel yang sudah di kalibrasi
b. Memasang termokopel pada pipa masuk kompresor, pipa keluar
kompresor, suhu ruang pendinginan, dan pipa keluar kondensor.
c. Menghidupkan mesin showcase setelah melakukan langkah a dan b
d. Pencatatan dalam pengambilan data yaitu:
T1: Suhu refrigeran saat masuk kompresor, oC.
T2: Suhu refrigeran saat keluar kompresor, oC.
T3: Suhu refrigeran saat keluar kondensor, oC.
T4: Suhu ruang pendinginan showcase, oC.
P1: Tekanan refrigeran masuk kompresor, Psig.
P2: Tekanan refrigeran keluar kompresor, Psig.
Pengukuran suhu dan pengukuran tekanan dilakukan setiap 20 menit sekali
hingga kompresor mati dan mencapai suhu kerja showcase. Tabel 4.1
Tabel 4.1 Tabel pencatatan hasil pengukuran suhu dan pengukuran tekanan
4.7 Cara Mengolah Data dan Pembahasan
Prosedur pengolahan data dan pembahasan yang digunakan selama
penelitian berlangsung :
a. Setelah memperoleh atau mencatat semua data suhu dan tekanan pada tabel
4.1, maka langkah selanjutnya yaitu menggambarkan hasil proses siklus
kompresi uap pada p-h diagram.
b. Dari gambar siklus kompresi uap pada p-h diagram dapat diperoleh nilai
entalpi (h1, h2, h3, dan h4), suhu kondensor (Tc), dan suhu evaporator (Te).
c. Setelah nilai entalpi diketahui kemudian digunakan untuk menghitung kalor
dilakukan kompresor, COPaktual, COPideal , efisiensi, serta laju aliran massa
refrigeran dari showcase tersebut.
d. Perhitungan dan pengolahan data dapat menggunakan persamaan yang ada
seperti pada Persamaan (2.1) menghitung kerja kompresor, Persamaan (2.2)
menghitung energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrigeran (Qout), Persamaan (2.3) menghitung energi kalor yang diserap
oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), pada Persamaan (2.4)
menghitung (COPaktual), Persamaan (2.5) menghitung (COPideal), Persamaan
(2.6) menghitung efisiensi dan Persamaan (2.7) menghitung laju aliran
massa refrigeran.
e. Hasil-hasil perhitungan kemudian digambarkan dalam bentuk grafik
terhadap waktu.
f. Hasil-hasil penggambaran grafik kemudian dibahas dengan
mempertimbangkan hasil-hasil sebelumnya dan mengacu pada tujuan
penelitian untuk mempermudah dalam pembahasan.
4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan
Kesimpulan dapat diperoleh dari pembahasan hasil penelitian yang sudah
dilakukan. Kesimpulan adalah intisari dari pembahasan dan kesimpulan harus
59
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitian
Dari hasil penelitian yang dilakukan pada mesin showcase dengan variasi 2
dan 4 kipas pendingin kondensor diperoleh hasil, suhu refrigeran masuk
kompresor, suhu refrigeran keluar kompresor, suhu ruangan, suhu keluar
kondensor, tekanan refrigeran masuk dan keluar kompresor sesuai dengan
skematik yang digambarkan (Gambar 4.3), serta nilai entalpi, suhu refrigeran
kondensor, suhu refrigeran evaporator dan tegangan 220 V sesuai yang ada di lab.
a. Hasil penelitian showcase tanpa kipas pendingin kondensor
Hasil penelitian showcase tanpa kipas di belakang kondensor untuk nilai
rata-rata suhu masuk kompresor (T1), suhu keluar kompresor (T2), suhu keluar
kondensor (T3), dan arus listrik (ampere) hingga suhu ruangan mencapai 6 oC
disajikan pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan tanpa menggunakan kipas
Tabel 5.1 Lanjutan data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan tanpa
menggunakan kipas pendingin kondensor
Hasil penelitian showcase dengan menggunakan 2 kipas pendingin
kondensor untuk nilai rata-rata suhu masuk kompresor (T1), suhu keluar
kompresor (T2), suhu keluar kondensor (T3), dan arus listrik (ampere) hingga
suhu ruangan mencapai 6oC disajikan pada Tabel 5.2.
Hasil penelitian showcase dengan menggunakan 4 kipas pendingin
kondensor untuk nilai rata-rata suhu masuk kompresor (T1), suhu keluar
kompresor (T2), suhu keluar kondensor (T3) dan arus listrik (ampere) hingga
suhu ruangan mencapai 6 oC disajikan pada Tabel 5.3.
Tabel 5.3 Data hasil penelitian suhu keluar kompresor, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor dan suhu ruangan dengan menggunakan 4
kipas pendingin kondensor
No Waktu (Menit)
Suhu (oC) I (Ampere) T1 T2 T3 T4
1 0 28,6 30,2 29,4 28,8 0,94
2 20 20,1 60,8 31,6 16,5 0,94
3 40 19,4 67,6 31,7 12,8 0,94
4 60 20,2 74,1 31,9 10,2 0,94
5 80 20,1 75,8 31.6 8,1 0,94
6 100 20,3 77,8 31,5 6,9 0,94
7 120 20,2 79,2 31,3 6,0 0,94
b. Nilai Tekanan
Hasil penelitian nilai tekanan masuk kompresor (P1), dan nilai tekanan
keluar kompresor (P2) dihasilkan tanpa kipas kondensor, menggunakan 2 kipas
kondensor dan menggunakan 4 kipas kondensor hingga suhu 6 oC disajikan
Tabel 5.4 Nilai tekanan pengukuran masuk dan keluar showcase tanpa kipas, menggunakan 2 kipas, dan menggunakan 4 kipas pendingin kondensor hingga suhu 6oC dalam tekanan terukur satuan psi
No Waktu (menit)
Tanpa Kipas Menggunakan 2 kipas
Menggunakan 4 kipas
Tekanan (psi) Tekanan (psi) Tekanan (psi)
P1 P2 P1 P2 P1 P2
konversikan dengan cara tekanan pengukuran ditambah 14,7 hasilnya dikalikan
dengan 0,0689476
