i
KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG
PIPA KAPILER 175 CM
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
BONAVENTURA PRADITTO WIBISONO
NIM : 095214027
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE CHARACTERISTICS OF A FREEZER MACHINE WITH
A 175 CM CAPILLARY PIPE
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement
as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering Study Program
By:
BONAVENTURA PRADITTO WIBISONO
Student Number : 095214027
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
ABSTRAK
Saat ini mesin pendingin sangat penting dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis khususnya Indonesia. Mesin pendingin dapat digunakan untuk pengkondisian udara ataupun mendinginkan bahan makanan dan minuman. Mengingat peran dan pentingnya mesin pendingin secara umum, maka diperlukan pengetahuan tentang pembuatan dan pengembangan mesin pendingin. Mesin pendingin yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan kompresor dan menggunakan listrik sebagai energi penggeraknya. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik mesin freezer. Mesin pendingin freezer mempergunakan siklus kompresi uap.
Panjang pipa kapiler yang dipergunakan 175 cm. Daya kompresor sebesar 115 W. Evaporator dan kondensor yang digunakan adalah komponen standar dari mesin freezer berdaya 115 W. Data – data penelitian yang diambil pada penelitian meliputi suhu dan tekanan pada mesin pendingin.
Penelitian memberikan hasil (a) Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik (b) Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran pada saat stabil 142 kJ/kg (c) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 57 kJ/kg (d) Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 197 kJ/kg (e) COP aktual yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 2,58 (f) COP ideal yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 3,93 (g) Efisiensi yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 68%.
Kata Kunci : Kondensor, Evaporator, Pipa Kapiler, Kompresi uap, Mesin freezer,
viii ABSTRACT
Cooler machine is really important in daily life nowadays, especially in Indonesia which has tropical climate. Cooler machine is also used for air conditioning or for food and drink cooler. Due to the importance of role of cooler machine generally, it is need to be known about the knowledge of making and development of cooler machine. Cooler machine that used for daily life uses compressor and electrical to drive the energy. The purpose of this writing is to explore the characteristics of freezer. Freezer uses vapor compression cycle.
The length of capiler pipe is 175cm. The compressor power is 115W. The evaporator and condenser that is used is standard component of freezer which has power of 115W. Data of research which is taken are about the temperature and pressure of the cooler machine.
The result of research is (a) The cooler machine is made and work successfully. (b) Heat absorbed by the refrigerant mass unity evaporator at steady is 142 kJ/kg. (c) Refrigerant mass unity compressors at steady work for 57 kJ/kg.(d) Heat released by the refrigerant mass unity condenser at steady is197 kJ. (e) Actual COP result at steady in 2,58. (f) Ideal COP result at steady in 3,93. (g) Efficiency result at steady is 68%.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas berkah dan rahmat Tuhan Yang Maha Sempurna,
sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini
merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program
studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Penulis merasa bahwa penelitian yang sedang dilakukan merupakan
penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan
langsung cara pembuatan dari awal, pengambilan data, pemahaman tentang
prinsip kerja alat, dan solusi yang tepat terhadap masalah yang dihadapi.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Karakteristik
Mesin Freezer Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm ” ini karena adanya bantuan
dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih kepada:
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan
sekaligus sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir.
3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik yang telah
membimbing saya selama kuliah.
4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi
x
5. Vincentius Budiman dan Cicilia Widyastuti, orang tua yang selalu memberi
dorongan doa dan motivasi kepada penulis.
6. Stella Cynara Putri Anandara, A.md. yang selalu menemani dalam penyusunan
Tugas Akhir ini.
7. Teman-teman teknik mesin angkatan 2009 yang membantu dalam penyelesaian
Tugas Akhir ini.
8. Teman-teman kost Patria yang selama empat tahun ini menjadi keluarga
selama saya berada di Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan Tugas
Akhir ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu
penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat
membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi
mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Terima kasih.
Yogyakarta, Agustus 2013
xi 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
ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
xii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.l Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Batasan Masalah... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Dasar Teori ... 5
2.2 Tinjauan Pustaka ... 18
BAB III. PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN ... 20
3.l Pembuatan Alat ... 20
3.2 Metodologi Penelitian ... 27
3.3 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 29
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30
xiii
4.2 Perhitungan ... 34
4.3 Pembahasan ... 40
BAB V. PENUTUP ... 47
5.1 Kesimpulan ... 47
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 49
xiv
xv
xvi
Gambar 3.11. Contoh penggunaan P-h diagram
Untuk mencari nilai entalpi ... 29
Gambar 4.1. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit ... 41
Gambar 4.2. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit ... 42
Gambar 4.3. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit ... 43
Gambar 4.4. Hubungan COP aktual dengan waktu ... 44
Gambar 4.5. Hubungan COP ideal dengan waktu ... 45
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam kehidupan manusia sekarang ini peranan mesin pendingin sangat
penting. Keinginan manusia untuk mengawetkan makanan lalu berkembang untuk
kebutuhan yang lainnya. Sekarang ini mesin pendingin dapat digunakan untuk
kebutuhan rumah tangga dan kebutuhan industri. Secara umum mesin pendingin
menggunakan sistem kompresi uap.
Untuk rumah tangga kebutuhan mesin pendingin umumnya digunakan untuk
pengawet makanan dan penyejuk ruangan, dalam kebutuhan perkantoran mesin
pendingin digunakan untuk penyejuk ruangan agar orang yang bekerja dapat
merasa nyaman didalam ruangan tersebut. Dunia tranportasi pun menggunakan
mesin pendingin yang merupakan penyejuk ruangan dikendaraan pribadi maupun
kendaraan umum. Kebutuhan lain mesin pendingin pada industri, seperti
membekukan ice cream dalam jumlah banyak.
Proses pendinginan pada mesin pendingin, umunya menggunakan system
kompresi uap. Fluida yang digunakan merupakan refrigeran yang mudah diubah
bentuk dari cair menjadi gas yang berfungsi mengambil panas dari evaporator dan
membuangnya pada kondensor. Di pasaran banyak sekali jenis refrigeran. Pada
pertama kali sistem pendingin ditemukan, refrigeran yang digunakan berbasis
cholroflourocarbon (CFC) yang dikenal dengan refrigeran R-12. Namun seiring
refrigeran jenis tersebut adalah refrigeran yang mempunyai efek buruk terhadap
lingkungan, dimana refrigeran jenis ini mempunyai ODP (Ozon Depleting
Potential) yang tinggi yang menyebabkan lapisan ozon yang semakin menipis
dikarenakan bahan CFC tersebut mengandung sifat stabil, tidak mudah terbakar,
tidak beracun, dan compatible. Dengan adanya efek buruk dari penggunaan
refrigeran R-12, maka muncul inisiatif untuk mengganti refrigeran yang ada pada
perangkat pendinginan udara tersebut dengan refrigeran yang lebih ramah
lingkungan seperti refrigeran R-134a.
1.2. Perumusan Masalah
Mengingat pentingnya mesin pendingin dan banyaknya pemakaian mesin
pendingin, penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin
pendingin. Inilah yang mendorong penulis melakukan penelitian tentang mesin
pendingin. Dalam penelitian ini, akan dicari karakteristik mesin pendingin siklus
kompresi uap. Mesin pendingin yang akan ditinjau adalah mesin freezer dengan
daya 1/6 PK dan menggunakan panjang pipa kapiler 175cm. Mesin pendingin
pendingin yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan mesin pendingin
freezer hasil buatan sendiri.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian di dalam penelitian ini adalah :
a. Membuat freezer siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk
b. Mendapatkan karakteristik freezer yang dibuat :
1) Mendapatkan besarnya energi kalor yang dihisap evaporator dari
waktu ke waktu.
2) Mendapatkan besarnya energi kalor yang dilepas kondensor dari waktu
ke waktu.
3) Mendapatkan besarnya kerja kompresor dari waktu ke waktu.
4) Mendapatkan nilai COPaktual mesin freezer dari waktu ke waktu.
5) Mendapatkan nilai COPideal mesin freezer dari waktu ke waktu. 6) Mengetahui efisiensi mesin pendingin dari waktu ke waktu.
1.4.Batasan Masalah
Batasan masalah yang di ambil dalam penelitian ini adalah :
a. Freezer yang dirancang menggunakankompresor dengan daya 1/6 PK.
b. Freezer yang dirancang menggunakan panjang pipa kapiler 175 cm,
diameter standar 2,8 mm.
c. Refrigeran yang dipergunakan dalam freezer : R134a.
d. Evaporator yang dipergunakan merupakan evaporator jenis plat.
e. Kompresor yang dipergunakan dalam penelitian adalah jenis kompresor
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Mempunyai pengalaman dalam pembuatan freezer dengan siklus kompresi
uap ukuran rumah tangga.
b. Mampu memahami karakteristik freezer dengan siklus kompresi uap.
c. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai sumber referensi bagi para
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1. Freezer
Freezer bekerja dengan mengambil panas dari kompartemen. Panas yang
terus menerus diambil akan menurunkan suhu dan membuat makanan menjadi
beku. Freezer menggunakan zat yang disebut refrigeran untuk mengambil panas.
Refrigeran yang paling umum digunakan adalah freon. Namun sekarang secara
bertahap freon telah digantikan dengan bahan lain yang lebih ramah terhadap
lingkungan. Komponen penting lain dari freezer adalah kompresor dan katup
ekspansi/pipa kapiler. Komponen-komponen ini bersama dengan termostat dan
kumparan membuat sebuah freezer bisa mendinginkan makanan sehingga awet
disimpan dalam jangka lama. freezer bekerja dengan membuang panas dari dalam
kompartemen. Proses diawali dengan refrigeran dalam bentuk gas masuk ke
kompresor sehingga refrigeran menjadi sangat panas. Gas panas bergerak melalui
kumparan dan mulai didinginkan. Hal ini menyebabkan gas berubah menjadi cair.
Gas dipaksa menuju katup ekspansi dalam bentuk cair. Katup ekspansi memiliki
bukaan yang sangat kecil yang ketika refrigeran melalui bukaan itu akan berubah
menjadi kabut yang sangat dingin.Saat melewati kumparan bawah freezer, kabut
refrigeran mulai menguap dan berubah kembali menjadi gas. Suhu kabut bisa
mencapai sekitar -27 derajat dan mengambil panas dari kompartemen freezer.
panas. Refrigeran kemudian dikirim kembali ke kompresor untuk memulai proses
lagi dari awal.
2.1.2. Komponen utama Freezer. a. Kompresor
Kompresor adalah suatu alat mekanis yang bertugas untuk menghisap
uap refrigeran dari evaporator. Kemudian menekannya (mengkompres) dan
dengan demikian suhu ditekanan uap tersebut menjadi lebih tinggi.
Gambar 2.1 Kompresor hermetik
b. Kondensor
Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk membuang kalor ke
lingkungan, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap
ke cair. Sebelum masuk kondensor refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan
bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondensor refrigeran berupa uap
jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti
Gambar 2.2 Kondensor
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler merupakan komponen utama yang berfungsi menurunkan
tekanan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran menuju evaporator. Pipa kapiler
ini adalah pipa yang paling kecil jika di banding dengan pipa lainnya, untuk pipa
kapiler suatu frezzer atau dispenser berukuran 0,26" s/d 0,31". Kerusakan pada
pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena pipa kapiler ini
mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli.
d. Evaporator
Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari
bentuk cair menjadi uap.Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar
panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan.
Gambar 2.4 Evaporator
2.1.3. Perpindahan Panas
a. Perpindahan kalor konduksi
Laju perpindahan kalor secara konduksi adalah proses dimana panas mengalir
dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah di dalam satu medium
yang diam (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang
Gambar 2.5 Perpindahan kalor konduksi
Persamaan laju perpindahan kalor konduksi :
………..(2.1)
qk : Laju perpindahan kalor konduksi, ( W )
k : Konduktivitas termal, (W/m ⁰C)
A : Luas permukaan benda yang tegak lurus dengan arah perpindahan kalor
(m2)
T1 : Suhu permukaan dinding 1, (⁰C )
T2 : Suhu permukaan dinding 2, (⁰C )
b. Perpindahan kalor konveksi
Merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat
perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi
adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi
merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara.
Gambar 2.6 Perpindahan kalor konveksi
Persamaan perpindahan kalor konveksi :
qc = h A ( Ts - T∞ )……….(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)
Laju perpindahan panas kalor konveksi dapat berlangsung dalam 2 cara, yaitu
Konveksi bebas
Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir
pada proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralataaan
dari luar. Fluida mengalir karena ada perbedaan massa jenis, pada umumnya
perbedaan massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu.
Konveksi paksa
Perpindahan kalor konveksi paksa terjadi ketika fluida yang mengalir
pada proses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang
memaksa fluida untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa
pompa, blower, kipas angin, atau kompresor.
2.1.4. Refrigeran
Refrigeran adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang
didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran mengalami
perubahan temperatur bila menyerap kalor dan membebaskannya pada evaporator,
tetapi tidak mengalami perubahan phasa. Anti beku yang banyak digunakan
adalah larutan air dan glikol etalin, glikol propelin, ataupun kalsium kloida. Salah
satu sifat larutan anti beku yang penting adalah titik pembekuannya.
2.1.5. 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
1) Beban Laten :
Besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari perubahan phase
media yang didinginkan (proses pembekuan). Persamaan yang dipergunakan :
Qlaten= m . C ………..……….(2.3)
Pada persamaan (2.3) :
m : massa zat.
C : kalor laten zat.
2) Beban Sensibel :
Besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari penurunan suhu
media yang didinginkan.
Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang
lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan. Kondensasi terjadi ketika uap
didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi
(yaitu, tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari
2) Proses penguapan (evaporasi)
Penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan
cair (contohnya : air) dengan spontan menjadi gas (contohnya : uap air). Proses ini
adalah kebalikan dari kondensasi. Umumnya penguapan dapat dilihat dari
lenyapnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar pada gas dengan volume
signifikan.
2.1.6. Siklus kompresi uap standar
a. Komponen utama mesin pendingin
Komponen utama mesin pendingin dengan sistem kompresi uap terdiri dari :
evaporator, kompresor, kondenser dan pipa kapiler. Skematik mesin pendingin
serperti terlihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap standar
Keterangan :
a. Evaporator b. Kompresor c. Kondenser
b. Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 2.7 dan dapat dibagi menjadi
tahapan-tahapan berikut:
1 – 2.
Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya,
biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah
bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi
pemanasan berlebih/ superheated gas.
2 – 3.
Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana
tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang
menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran.
3 – 4.
Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju
kondenser. Bagian awal proses refrigerasi menurunkan panas superheated
gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan. Refrigerasi untuk
proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan
suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan, sehingga
cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini
4 - 1
Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui
peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan
mengendalikan aliran menuju evaporator.
2.1.7. Perhitungan untuk karakteristik mesin pendingin
a. Gambar siklus kompresi uap pada diagram P-h dan T-s.
Gambar 2.8 P-h diagram
b. Kerja kompresor persatuan massa.
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar mesin
pendingin dapat bekerja dapat dihitung dengan persamaan :
Wkomp = h2-h1 , kJ/kg. ……….……….(2.5)
Wkomp : 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. Energi kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas oleh kondensor.
Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung
dengan persamaan :
Qkond = h2-h3 , kJ/kg. ………..………..…..……...(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 :
Qevap = h1-h4 = h1-h3 , kJ/kg..………..…………...…..…..(2.7)
h1 : nilai entalpi refrigeran keluar evaporator, kJ/kg
e. COP aktual mesin pendingin
COP aktual mesin pendingin adalah perbandingan antara kalor yang diserap
evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor.
Nilai COP mesin pendingin dapat dihitung dengan persamaan :
COP aktual = Qevap / Wkomp = (h1-h4)/(h2-h1)...…..……….…………...(2.8)
Nilai COP aktual lebih besar dari 1. Semakin tinggi nilai COP aktual semakin
baik, tetapi nilai COP aktual tidak dapat melebihi nilai COP ideal.
f. COP ideal mesin pendingin
COP ideal mesin pendingin adalah COP maksimum yang dapat dicapai oleh
mesin pendingin yang bekerja pada temperatur kerja evaporator sebesar te dan
temperatur kerja kondensor sebesar tc. Besarnya COP ideal dapat dihitung
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
isolator yang tahan terhadap suhu dingin : gabus. Tentukan sifat sifta gabus :
massa jenis, kalor jenis, dan nilai konduktivitas termal bahan.
2.2. Tinjauan Pustaka
Galuh Renggani Willis melakukan penelitian dengan variasi refrigeran.
Refrigeran yang digunakan adalah R22 dan R134a. Penelitian dilakukan agar
dapat mengetahui perbandingan antara kedua refrigerant ini mana yang lebih baik.
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 jauh lebih ramah
lingkungan dari R22.
Soegeng Witjahjo dari Politeknik Negeri Sriwijaya pada tahun 2009
melakukan penelitian terhadap penggunaan LPG (liquefied petroleum gas)
sebagai fluida kerja pada sistem kompresi uap. Penelitian ini dilakukan mengingat
LPG memiliki sifat termodinamika yang mendekati sifat termodinamika R12.
Kesimpulan dari penelitian ini adalah LPG dapat digunakan sebagai refrigerant
pengganti R12 dengan beban pendinginan sedang.
Risza Helmi dari Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma 2008
melakukan penelitian terhadap perbandingan COP pada refrigerator dengan
refrigerant R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler : 1,75 m, 2 m, 2,25 m.
Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui COP yang terbaik dari penggunaan
adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan refrigerant R134a. Suhu terendah
20
BAB III
PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Pembuatan Alat
3.1.1. Komponen mesin freezer
Komponen mesin pendingin yang digunakan dalam penelitian ini
adalah : kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator
a. Kompresor :
Spesifikasi kompresor yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Kompresor
Jenis kompresor : Hermetic Refrigeration
Seri kompresor : Model BES45H
Voltase : 220 V
Arus : 0,88 A
b. Kondensor :
Spesifikasi kondensor yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.2 Kondensor
Panjang pipa : 900 cm
Diameter pipa : 0,47 cm
Bahan pipa : Baja
Bahan sirip : Baja
Diameter sirip : 0,2 cm
Jarak antar sirip : 0,45 cm
c. Pipa kapiler :
Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.3 Pipa Kapiler
Panjang pipa kapiler : 175 cm
Diameter pipa kapiler : 0,00028 m
d. Evaporator :
Evaporator yang dipergunakan adalah produksi dari pabrik yang diambil
dari freezer dengan daya 1/6 PK. Fungsi evaporator adalah sebuah alat yang
berfungsi mengubah refrigeran dari bentuk cair menjadi uap.
Gambar 3.4 Evaporator
Bahan evaporator : Alumunium
e. Filter :
Filter dipergunakan untuk menyaring kotoran – kotoran refrigeran agar
ketika refrigeran melewati pipa kapiler, refrigeran dapat mengalir dengan
baik. Filter dipasang pada posisi sebelum pipa kapiler. Gambar filter disajikan
Gambar 3.5 Filter
3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin
a. Tube cutter
Tube cutter berfungsi memotong Pipa tembaga yang akan digunakan untuk
sistem pendinginan
b. Tang ampere
Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik ada berbagai
macam alat yang digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakan yaitu
menggunakan tang ampere karena kita tidak perlu melakukan pengkabelan dan
fleksibel bisa di gunakan dimana saja.
Gambar 3.7 Tang ampere
c. Manifold gauge
Manifold gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran pada saat
pengisian refrigeran maupun pada saat beroperasi. Pada saat pengisian refrigeran,
penghentian pengisian refrigeran berdasarkan pada nilai tekanan yang ditujukan
manifold gauge, umumnya dihentikan pada manifold gauge nilai tekanan 10 – 15
Gambar 3.8 Manifold Gauge
3.1.3. Pembuatan Mesin Pendingin dan pemasangan alat ukur.
Langkah langkah dalam membuat mesin pendingin sebagai berikut :
a. Mempersiapkan komponen komponen mesin pendingin dan alat ukur
tekanan.
b. Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan mesin pendingin.
c. Proses penyambungan komponen komponen mesin pendingin beserta dengan
alat ukur tekanan.
d. Proses pengisian refrigeran
e. Proses pemvakuman mesin pendingin.
f. Proses pengisian refrigeran pada mesin pendingin.
g. Pemasangan alat ukur suhu/termokopel.
3.2. Metodologi Penelitian
3.2.1. Benda Uji dan Beban pendinginan
Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini merupakan mesin freezer
siklus kompresi uap hasil buatan sendiri dengan menggunakan komponen standart
dari mesin freezer yang terdapat dipasaran. Panjang pipa kapiler yang
dipergunakan sepanjang 175 cm.
Gambar 3.9 Mesin freezer
3.2.2. Beban pendinginan
Beban pendinginan pada percobaan yang dilakukan menggunakan air.
3.2.3. Cara pengambilan data
a. Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel
ditempatkan pada posisi yang diinginkan.
Gambar 3.10 Posisi penempatan alat ukur
b. Data tekanan diperoleh dari diagram P-h, berdasarkan suhu yang diperoleh.
3.2.4. Cara Pengolahan data.
a. Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai
Gambar 3.11 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi
b. Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk
menghitung besarnya kerja kondensor, kerja evaporator, kerja kompresor dan
COP mesin pendingin.
3.3.Cara Mendapatkan Kesimpulan
Kesimpulan didapatkan dari hasil penelitian yang didasarkan data-data hasil
penelitian dan dari pembahasan yang telah dilakukan dengan cermat, maka suatu
30
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4. 1. Hasil Penelitian
a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor
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)
b. Nilai suhu masuk dan keluar kompresor
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk dan suhu keluar kompresor disajikan
pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T1) dan suhu keluar kompresor (T2)
No Waktu
c. Nilai suhu masuk kondensor dan keluar kondensor
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor
Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor (T2) dan suhu keluar kondensor (T3)
d. Nilai suhu masuk evaporator dan suhu evaporator
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor
Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator (T4) dan suhu evaporator
Tabel 4.5 Nilai entalpi
a. Energi kalor yang dihisap evaporator persatuan massa.
Perhitungan energi kalor yang diserap evaporator dilakukan dengan menggunakan
persamaan (2.7) yaitu : Qevap = ( h1 – h4 ), kJ/kg. Hasil perhitungan Qevap
Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
Perhitungan kerja kompresor dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.5)
Tabel 4.7 Kerja kompresor
c. Kalor yang dilepas kondensor persatuan satuan massa.
Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran
diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6) yaitu : Qkond = (h2 – h3), kJ/kg.
Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
Perhitungan koefisien prestasi (COP) dilakukan dengan menggunakan persamaan
Tabel 4.9 COP aktual
e. Koefisien prestasi (COP ideal)
Perhitungan koefisien prestasi (COP ideal) dilakukan dengan menggunakan
Tabel 4.10 COP ideal
No Waktu
(menit) Tkondensor Tevaporator
COP
Perhitungan efisiensi dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.10) , yaitu :
Tabel 4.11 Efisiensi
Penelitian dilakukan selama 480 menit dan selama proses pengujian setiap selang
30 menit data penelitian dicatat. Pencatatan data meliputi tekanan kompresor,
suhu keluar evaporator, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor, suhu
masuk evaporator, suhu kondensor, dan suhu evaporator.
Hasil pengujian untuk energi kalor yang diserap evaporator dari waktu ke waktu
disajikan pada Gambar 4.1. Dari Gambar 4.1 nampak bahwa pada menit – menit
awal ( kurang dari 250 menit ) energi kalor yang diserap evaporator tidak tetap.
Besarnya energi yang diserap evaporator cenderung turun sampai 240 menit,
mengalami kenaikan sampai menit ke 300. Besarnya nilai energi kalor yang
Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrijeran dari t= 30 menit sampai t= 480 menit
Hasil penelitian untuk kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari waktu t=
30 menit sampai t= 480 menit disajikan pada Gambar 4.2. Dari Gambar 4.2, pada
awal mula nampak bahwa kerja kompresor dengan berjalannya waktu mengalami
kenaikan sampai pada waktu tertentu nilai kerja kompresor persatuan massa
refrijeran stabil pada harga tertentu. Pada penelitian ini kerja kompresor persatuan
massa refrijeran mulai stabil pada waktu sekitar t= 120 menit, dengan harga Wkomp
sebesar 57 kJ/kg. Jika nilai Wkomp dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan
dengan persamaan Wkomp = 2.10-11t5 - 3.10-8t4 + 2.10-5t3 -0,005t2 + 0,694t + 21,59
Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t= 30 menit
sampai t= 480 menit
Hasil penelitian untuk energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrijeran dari waktu t= 30 menit sampai t= 480 menit disajikan pada Gambar 4.3.
Dari Gambar 4.3, pada awal mula nampak bahwa energi kalor yang dilepas
kondensor dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan sampai pada waktu
tertentu nilai kalor yang dilepas evaporator stabil pada harga tertentu. Pada
penelitian ini nilai kalor yang diserap evaporator mulai stabil pada waktu sekitar
t= 330 menit, dengan harga Qkond sebesar 197 kJ/kg. Kemungkinan proses
kenaikan Qkond pada awal mula disebabkan oleh karena kondensor mendapat
pengaruh suhu dari kompresor, dan pada saat itu juga beban pendinginan
Jika nilai Qkond dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan
Qkond = -2.10-13t6 + 4.10-10t5 - 3.10-7t4 + 9.10-5t3 - 0,015t2 + 1,39t + 151,4 dan R² =
0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).
Gambar 4.3 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrijeran dari t= 30 menit sampai t= 480 menit
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan koefisien prestasi atau COP
aktual. Dapat dilihat pada Gambar 4.4 bahwa COP aktual yang dihasilkan cenderung
menurun dan mengalami stabil pada menit ke 120, dengan nilai COP sebesar 2,58.
Jika nilai COP aktual dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan
COP = -1.10-12t5+2.10-09t4-1.10-06t3+0,000t2-0,046t+4,958 dan R² = 0,954 (
Gambar 4.4 Hubungan COP aktual dengan waktu
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan koefisien prestasi atau COP ideal.
Dapat dilihat pada Gambar 4.5 bahwa COP ideal yang dihasilkan cenderung menurun
dan mengalami stabil pada menit ke 420, dengan nilai COP ideal sebesar 3,93.
Jika nilai COP ideal dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan
Gambar 4.5 Hubungan COP ideal dengan waktu
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan efisiensi. Dapat dilihat pada
Gambar 4.6 bahwa efisiensi yang dihasilkan cenderung menurun dan mengalami stabil
pada menit ke 270, dengan nilai efisiensi sebesar 68%.
Jika efisiensi dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan Efisiensi
= -3.10-13t5 + 4.10-10t4 - 2.10-7t3 + 7.10-5t2 - 0,009t + 1,114 dan R² = 0,931 (
47 BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
a. Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik.
b. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran pada saat stabil
sebesar 142 kJ/kg. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa
refrigerant dari t= 30 menit sampai t= 480 menit dapat dinyatakan dengan
persamaan Qevap = -2.10-7t3 + 0,000t2 - 0,094t + 152,8 dan R² = 0,697 (
berlaku untuk t= 30 sampai t= 480 menit ).
c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 57
kJ/kg. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t = 30 menit
sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Wkomp = 2.10
-11
t5 - 3.10-8t4 + 2.10-5t3 - 0,005t2 + 0,694t + 21,59 dan R² = 0,915
( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).
d. Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran pada saat stabil
sebesar 197 kJ/kg. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
refrigerant dari t= 30 sampai t= 480 menit dapat dinyatakan dengan
persamaan Qkond = -2.10-13t6 + 4.10-10t5 - 3.10-7t4 + 9.10-5t3 - 0,015t2 +
1,39t + 151,4 dan R² = 0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480
e. COP aktual pada saat stabil sebesar 2,58 dapat dinyatakan dengan
persamaan COP aktual = -1.10-12t5 + 2.10-09t4 - 1.10-06t3 + 0,000t2 - 0,046t
+ 4,958 dan R² = 0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).
f. COP ideal pada saat stabil sebesar 3,93 dapat dinyatakan dengan
persamaan COP ideal = 9.10-11t4- 1.10-7t3 + 5.10-5t2 - 0,010t + 4,573 dan R²
= 0,930 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).
g. Efisiensi pada saat stabil sebesar 68 % dapat dinyatakan dengan
persamaan Efisiensi = -3.10-13t5 + 4.10-10t4 - 2.10-7t3 + 7.10-5t2 - 0,009t +
1,114 dan R² = 0,931 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).
5.2. Saran
a. Pembuatan mesin pendingin dapat dikembangkan untuk mesin - mesin
pendingin yang lain yang mempunyai kapasitas berbeda.
b. Pembuatan mesin pendingin dapat dikembangkan untuk mesin-mesin
pendingin dengan fungsi yang lain : ice maker, cold storage, water chiller,
49
DAFTAR PUSTAKA
Stoecker, W. F., 1989, Refrigeran dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta.
Frank Kreith. 1986. Principle of Heat Transfer (Prinsip – Prinsip Perpindahan
Panas). Erlangga. Jakarta.
Holman, J. P., 1994, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta.
http://amazine.co/11876/bagaimana-cara-kerja-freezer/ diakses pada tanggal 31
mei 2013
https://en.wikipedia.org/wiki/Refrigerator diakses pada tanggal 31 mei 2013
http://septiyanabdul.blogspot.com/2012/09/teori-dasar-refrigerasi.html diakses
pada tanggal 03 Juni 2013
http://muhsub.blogspot.com/2010/08/pengertian-kompresor.html diakses pada
50
LAMPIRAN
Grafik P-h diagram untuk menentukan nilai entalpi pada tiap titik yang telah
ditentukan.
2. Menit ke 60
4. Menit ke 120
6. Menit ke 180
8. Menit ke 240
10.Menit ke 300
12.Menit ke 360
14.Menit ke 420
