i
KARAKTERISTIK FREEZER DENGAN PANJANG PIPA
KAPILER 205 CM
TUGAS AKHIR
ii
THE CHARACTERISTICS OF FREEZER WITH 205 CM
LENGTH CAPILLARY
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2013
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : NICOLAUS FERRY RISCO WIJAYA
Nomor Mahasiswa : 095214031
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
KARAKTERISTIK FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 205 CM.
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal, 15 November 2013 Yang menyatakan
vii
ABSTRAK
Kebutuhan akan mesin pembeku semakin luas. Salah satu mesin pembeku yang sering digunakan sehari – hari adalah freezer. Freezer dipergunakan untuk membekukan bahan bahan yang ada didalamnya. Dengan kondisi yang beku, bahan makanan dapat awet dalam waktu yang relatif lama.
Penelitian dilakukan di laboratorium. Freezer yang dipergunakan dalam penelitian memakai siklus kompresi uap dan menggunakan pipa kapiler dengan panjang 205 cm. Daya kompresor yang dipakai sebesar 115 W. Evaporator dan kondenser yang digunakan adalah komponen standar dari mesin freezer berdaya 115 W. Data-data penelitian yang diambil pada penelitian meliputi suhu dan tekanan pada freezer. Nilai entalpi diambil dari P-h diagram yang didasarkan nilai suhu dan tekanan dari hasil penelitian. Perhitungan kalor yang diserap evaporator, kalor yang dibuang kondenser dan kerja kompresor serta COP didasarkan pada entalpi yang diperoleh dari diagram P-h.
viii
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 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 Freezer Dengan Panjang Pipa Kapiler 205 cm. Keberhasilan pada Tugas Akhir 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 selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
4. Ag. Rony Windaryawan yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas laboratorium untuk keperluan penelitian ini.
ix
5. Stephanus Sumadi dan Bernadeta Tri Suyatin selaku orang tua yang selalu memberi dorongan doa dan motivasi kepada penulis.
6. Yulia Indah permatasari yang telah memberi dukungan semangat dan doa kepada penulis.
7. Hoho, Dito, Aji, Renold dan teman-teman teknik mesin angkatan 2009 yang membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
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, …
x
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
xi
2.2 Refrigeran ... 9
2.3 Siklus Kompresi Uap Standar ... 10
2.4 Tinjauan Pustaka ... 14
BAB III. PERANGKAIAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN ... 17
3.l Perangkaian Alat ... 17
3.2 Metodologi Penelitian ... 22
BAB IV. HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .... 26
4.1. Hasil Penelitian ... 26
4.2 Perhitungan ... 29
4.3. Pembahasan ... 35
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 38
5.1Kesimpulan ... 38
5.2Saran ... 39
DAFTAR PUSTAKA ... 40
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Tekanan kompresor. ... 26
Tabel 4.2. Suhu masuk kompresor dan keluar kompresor. ... 27
Tabel 4.3. Suhu kondenser, masuk kondenser dan keluar kondenser ... 28
Tabel 4.4. Suhu masuk evaporator dan suhu evaporator ... 28
Tabel 4.5. Nilai entalpi ... 29
Tabel 4.6. Kalor yang diserap evaporator ... . 30
Tabel 4.7. Kerja kompresor... 31
Tabel 4.8. Kalor yang dilepas kondenser... 32
xiii
Gambar 2.7. Komponen utama freezer siklus kompresi uap standar ... 11
Gambar 2.8. Diagram P-h siklus kompresi uap ... 12
Gambar 3.1.Kompresor. ... 17
Gambar 3.2.Kondensor jenis U. ... 18
Gambar 3.3 Pipa kapiler. ... 19
Gambar 3.4. Evaporator jenis plat... 20
Gambar 3.5. Filter ... 20
xiv
Gambar 4.1. Kalor yang diserap evaporator dari waktu ke waktu ... 30
Gambar 4.2. Kerja kompresor dari waktu ke waktu ... 32
Gambar 4.3. Kalor yang dilepas condenser dari waktu ke waktu ... 33
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada jaman modern ini, banyak ditemui mesin pendingin, seperti : di tempat perbelanjaan, di kantor, di alat transportasi, di dalam rumah tangga dan lain-lain.
Freezer berfungsi untuk mendinginkan dan membekukan. Beberapa contoh mesin yang berfungsi untuk mendinginkan dan membekukan adalah : kulkas, freezer, ice maker,dispenser, cold srtorage, dan lain-lain. Sedangkan contoh yang digunakan sebagai sistem pengkondisian udara adalah : AC rumah tangga, AC industri, AC alat transportasi, water chiller, dan lain-lain. Sebagian besar mesin pendingin tersebut menggunakan siklus kompresi uap.
AC digunakan manusia untuk mendinginkan udara di dalam ruangan agar orang yang berada di dalam ruangan mendapatkan kondisi udara yang nyaman, meliputi suhu, kelembaban, disribusi dan kecepatan. Dengan adanya AC di dalam ruangan, diharapkan orang yang tinggal di dalam ruangan AC tersebut akan nyaman dan betah. Jika AC dipergunakan di dalam ruang kerja di kantor, diharapkan orang dapat bekerja secara optimal. Tetapi jika AC digunakan di dalam alat transportasi seperti mobil, bis, kereta api, pesawat terbang, dan kapal diharapkan orang orang yang berada di dalamnya dapat menikmati perjalanan dengan nyaman.
Kulkas digunakan sebagai pendingin sayur, daging, minuman, buah-buahan, telur, susu, dan lain-lain. Selain itu juga dapat digunakan untuk membekukan daging dan pembuatan es. Dengan mendinginkan bahan-bahan tersebut diharapkan dapat mengurangi perkembangan mikroorganisme agar bahan-bahan tersebut tidak cepat busuk,dengan kata lain menjaga agar tetap segar walaupun disimpan dalan jangka waktu yang lama.
Mesin pembeku (freezer, ice maker, cold storage) digunakan untuk membekukan bahan-bahan yang ada di dalamnya. Dengan adanya mesin pembeku orang dapat membekukan air menjadi es, buahan segar menjadi buah-buahan beku, daging segar menjadi daging beku, maupun bahan makanan yang lain. Dengan kondisi yang beku, buah-buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang relatif lama, bahkan sampai beberapa bulan. Hal ini memberi keuntungan dalam hal pengiriman buah-buahan, ice cream, bahan makanan dan daging dari satu tempat ke tempat lain dalam waktu yang cukup lama. Dengan adanya mesin pembeku orang dapat membuat es dengan kapasitas produksi seperti yang diinginkan. Untuk kapasitas kecil dan cepat orang dapat mempergunakan ice maker.
Freezer berfungsi untuk mengubah air menjadi es. Pada olahraga ice skating, lantai yang digunakan adalah hasil pembekuan air oleh freezer. Sehingga olahraga
3
Mengingat fungsi freezer yang penting saat ini, maka penulis berkeinginan untuk mengenal, memahami dan mengerti kerja freezer beserta karakteristik freezer. Caranya dengen membuat freezer dengan kapasitas skala rumah tangga.
1.2. Tujuan
Tujuan penelitian adalah sebagai berikut :
a. Membuat freezer dengan siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk membekukan air;
b. Mendapatkan karakteristik freezer yang dibuat :
1. Mendapatkan besarnya energi kalor yang dihisap evaporator per satuan massa dari waktu ke waktu;
2. Mendapatkan besarnya energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa dari waktu ke waktu;
3. Mendapatkan besarnya kerja kompresor per satuan massa dari waktu ke waktu;
4. Mendapatkan nilai COP aktual mesin pendingin dari waktu ke waktu; 1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan freezer :
a. Freezer yang dirancang menggunakan kompresor dengan daya 1/6 PK. b. Freezer yang dirancang menggunakan panjang pipa kapiler 205 cm, diameter
standar 0,110 in.
c. Refrigeran yang dipergunakan dalam freezer : R134a.
e. Kompresor yang dipergunakan dalam penelitian adalah jenis kompresor hermetik.
1.4. Manfaat penelitian Manfaat dari penelitian :
a. Memberi pengalaman bagi peneliti dalam hal pembuatan dan penelitian dengan menggunakan freezer siklus kompresi uap.
b. Memberikan pemahaman bagi peneliti tentang freezer lain yang menggunakan siklus kompresi uap.
c. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi peneliti terkait
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Freezer
Freezer merupakan alat yang dapat menyerap kalor yang berada di sekeliling evaporator, karena di dalamnya terjadi sirkulasi dari bahan pendingin atau refrigeran. Refrigeran bersirkulasi melepas dan menyerap kalor, serta terjadi perubahan tekanan pada sirkulasi tersebut. Sirkulasi ini terjadi secara berulang dan terus menerus. Di dalam sirkulasi ini jumlah refrigeran yang digunakan tetap, yang berubah hanya bentuknya. Komponen utama freezer yang menggunakan siklus kompresi uap terdiri atas: kompresor, kondenser, filter, pipa kapiler dan evaporator.
Gambar 2.1 Freezer
Komponen utama freezer meliputi : (a) kompresor (b) kondenser (c) evaporator (d) pipa kapiler (e) filter
a. Kompresor
Fungsi kompresor adalah untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor digunakan pada freezer dengan siklus kompresi uap standar adalah berjenis hermetik. Kompresor ini menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah. Fase refrigeran ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas lanjut. Keuntungan dari kompresor hermetik adalah (a) tidak memakai sil pada porosnya sehingga jarang terjadi kebocoran refrigeran (b) bentuknya kecil dan sederhana (c) getaran kompresor lebih kecil,sehingga suaranya lebih tenang. Kerugian dari kompresor hermetik adalah (a) komponen yang rusak di bagian dalam rumah kompresor sulit untuk memperbaiki sebelum rumah kompresor dipotong (b) minyak pelumas di dalam kompresor sulit diperiksa.
7
b. Kondenser
Proses kondensasi adalah proses perubahan refrigeran dari fase gas menjadi cair. Hal ini terjadi karena kalor dibuang oleh kondenser ke udara sekitar yang bersuhu lebih rendah. Proses penurunan suhu dan proses kondensasi yang terjadi pada kondenser berlangsung pada tekanan yang tetap. Suhu refrigeran ketika masuk pada kondenser bersuhu tinggi, dan ketika keluar kondenser bersuhu lebih rendah. Pada awal masuk kondenser, fase gas berada pada fase gas panas lanjut yang bersuhu tinggi sampai kemudian bersuhu lebih rendah pada fase uap jenuh. Proses pembuangan kalor oleh kondenser pada tahap berikutnya menyebabkan perubahan fase refrigeran dari gas menjadi cair, dan berlangsung pada suhu yang tetap.
Gambar 2.3 Kondenser
c. Evaporator
Fungsi evaporator adalah menyerap kalor dari beban dalam ruang evaporator. Beban yang bersuhu lebih tinggi akan diambil kalornya oleh evaporator. Kalor dapat mengalir karena adanya perbedaan suhu antara evaporator dan beban. Suhu beban lebih tinggi dari suhu evaporator. Kalor yang diserap evaporator digunakan untuk mengubah fase refrigeran dari fase cair menjadi gas. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap (isobaris) dan suhu yang tetap (isotermis). Suhu evaporator untuk freezer berada jauh dibawah 0 ⁰C, sedangkan suhu beban dalam evaporator bersuhu tinggi.
Gambar 2.4 Evaporator plat d. Pipa Kapiler
9
Gambar 2.5 Pipa Kapiler e. Filter
Filter berfungsi untuk menyaring kotoran (karat, butiran logam yang terjebak dalam saluran, dll) dan untuk menghilangkan kandungan uap air yang terdapat dalam refrigerant. Jika uap air membeku dalam sistemdapat mengganggu sirkulasi refrigeran pada sistem. Filter di tempatkan sebelum pipa kapiler dengan tujuan refrigeran yang mengalir pada pipa kapiler bersih, sehingga tidak terjadi penyumbatan pada pipa kapiler. Penyumbatan pada pipa kapiler menyebabkan sirkulasi refrigeran menjadi tidak lancar.
Gambar 2.6 Filter
2.2Refrigeran
Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya, bahan tersebut adalah bahan pendingin (refrigeran). Refrigeran yaitu fluida atau zat pendingin yang memegang peranan penting dalam sistem pendingin. Refrigeran digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran dapat dikatakan sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin. Refrigeran mengalami beberapa proses atau perubahan fase (cair dan uap), yaitu refrigeran yang mula-mula pada keadaan awal (cair) setelah melalui beberapa proses akan kembali ke keadaan awalnya.
R134a sebagai salah satu alternatif memiliki beberapa properti yang baik, tidak beracun, tidak mudah terbakar dan relatif stabil. R-134a juga memiliki kelemahan di antaranya, tidak bisa dijadikan pengganti R-12 secara langsung tanpa melakukan modifikasi sistem refrigerasi, relatif mahal, dan masih memiliki potensi sebagai zat yang dapat menyebabkan efek pemanasan global karena memiliki Global Warming Potential (GWP) yang signifikan. Selain itu R-134a sangat bergantung kepada pelumas sintetik yang sering menyebabkan masalah dengan sifatnya yang higroskopis (kemampuan menyerap molekul air yang baik).
Refrigeran yang baik dalam freezer harus memiliki sifat seperti : a. Ramah lingkungan.
11
d. Tidak mudah terbakar. e. Tidak menimbulkan bau.
f. Tidak menyebabkan korosi pada material.
2.3Siklus Kompresi Uap Standar
Komponen utama freezer dengan sistem kompresi uap terdiri dari : evaporator, kompresor, kondenser dan pipa kapiler. Skematik freezer seperti terlihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Komponen utama freezer siklus kompresi uap standar
Gambar 2.8 Diagram P-h Siklus Kompresi Uap
Proses dari skema alir siklus kompresi uap (Gambar 2.7) adalah : a) Proses kompresi (Proses 1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap panas lanjut bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Suhu refrigeran keluar kompresor merupakan suhu tertinggi pada siklus kompresi uap.
b) Proses penurunan suhu dan proses kondensasi (Proses 2-3)
13
cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran panas antara refrigeran dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair.
c) Proses penurunan tekanan (Proses 3-4)
Proses penurunan tekanan berlangsung di dalam pipa kapiler. Proses terjadi pada entalpi konstan. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunantekanan dan temperatur. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari cair jenuh ke fase campuran cair dan gas.
d) Proses pendidihan (Proses 4-1)
Proses ini berlangsung di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fase dari campuran cair dan uap menjadi uap. Proses pendidihan refrigeran berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.
2.3.1 Perhitungan Untuk Karakteristik Freezer
Dengan menggunakan P-h diagram, nilai-nilai entalpi pada siklus kompresi uap dapat diketahui. Besaran-besaran kerja kompresi, laju pengeluaran kalor, laju penyerapan kalor, dan koefisien prestasi (COP) dapat dihitung dengan mempergunakan nilai-nilai entalpi yang didapat.
a. Kerja kompressor per satuan massa.
Kerja kompressor per satuanmassa refrigeran yang diperlukan agar freezer
bekerja dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.1)
Wkomppresor = h2-h1....……….………...……....…...………...(2.1) Pada Persamaan (2.1) :
Wkompresor : kerja yang dilakukan kompresor, kJ/kg
h2 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, kJ/kg h1 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondenser.
Besar kalor yang dilepas kondenser per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).
Qkondenser = h2-h3...……….………….…..…...(2.2) Pada Persamaan (2.2) :
h2 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kondenser, kJ/kg h3 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kondenser, kJ/kg
c. Kalor yang diserap evaporator per satuan massa
Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).
Qevaporator = h1-h4 = h1-h3 ...………..…...…..(2.3) Pada Persamaan (2.3) :
15
d. Koefisien prestasi (COP)
Koefisien prestasi (COP) adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP freezer dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).
COPaktual = (h1-h4)/(h2-h1) ……….…...……...(2.4) 2.3.2 Isolator
Isolator adalah bahan yang digunakan untuk mencegah keluarnya kalor dari pipa kapiler menuju evaporator. Sifat dari isolator adalah mempunyai nilai konduktivitas termal yang rendah. Ada isolator yang tahan terhadap suhu dingin dan ada isolator yang tahan terhadap suhu panas.Pada persoalan ini dipilih isolator yang tahan terhadap suhu dingin yaitu styrofoam (gabus) dengan nilai konduktivitasnya sebesar 0,043 kJ/kg.
2.4 Tinjauan Pustaka
Helmi, R (2008) melakukan penelitian terhadap perbandingan COP pada refrigerator dengan refrigeran R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler : 175 mm, 200 mm, 225 mm. Penelitian dilakukan untuk membandingkan COP yang terbaik dari penggunaan kedua refrigeran R12 dan R134a. Diperoleh hasil penelitian nilai COP tertinggi adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan refrigeran R134a. Suhu terendah yang dihasilkan sebesar -16⁰C.
Witjahjo, S (2009) melakukan penelitian terhadap penggunaan LPG (liquefied petroleum gas) sebagai fluida kerja pada system kompresi uap. Penelitian ini dilakukan karena LPG memiliki sifat termodinamika yang
mendekati sifat termodinamika R12. Kesimpulan dari penelitian ini adalah LPG dapat digunakan sebagai refrigeran pengganti R12 dengan beban pendinginan sedang.
17
BAB III
PERANGKAIAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Perangkaian alat 3.1.1. Komponen freezer
Komponen freezer yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondenser, filter, pipa kapiler, dan evaporator.
a. Kompresor
Spesifikasi kompresor yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Kompresor
Jenis kompresor : Kompresor hermetik Seri kompresor : Model BES45H
Voltase : 220 V
Arus : 0,88 A
Daya kompresor : 115 Watt ( 1/6 PK )
b. Kondenser
Spesifikasi kondenser yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.2 Kondensor
Panjang pipa : 900 cm
Diameter dalam pipa : 0,47 cm
Bahan pipa : Baja
Bahan sirip : Baja
Diameter sirip : 0,2 cm Jarak antar sirip : 0,45 cm Jumlah sirip : 110 buah
19
c. Pipa kapiler
Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan adalah sebagai berikut :
Gambar 3.3 Pipa kapiler
Gambar 3.3 Pipa kapiler Panjang pipa kapiler : 205 cm
Diameter pipa kapiler : 0,0028 inch Bahan pipa kapiler : Tembaga
d. Evaporator
Spesifikasi evaporator yang digunakan adalah berjenis plat.
Gambar 3.4 Evaporator Bahan evaporator : Aluminium
e. Filter
Spesifikasi filter yang digunakan sebagai berikut :
Gambar 3.5 Filter
Bahan filter : Tembaga
Panjang : 0,045 m
21
3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin a. Tube cutter
Tube cutter berfungsi memotong pipa tembaga yang akan digunakan untuk sistem pendinginan. Selain mudah digunakan, hasil pemotongannya baik dan rapi.
Gambar 3.6 Tube cutter b. Tang ampere
Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik.
Gambar 3.7 Tang ampere
c. Pressure gauge
Pressure gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian refrigeran maupun pada saat beroperasi. Pada saat pengisian refrigeran, penghentian pengisian refrigeran didasarkan pada nilai tekanan yang ditunjukan
pressure gauge, umumnya dihentikan ketika pressure gauge sudah bertekanan 10
– 15 psia (tekanan pada evaporator).
Gambar 3.8 Pressure gauge
3.1.3. Perakitan freezer dan pemasangan alat ukur. Langkah dalam membuat freezer sebagai berikut :
a. Mempersiapkan komponen freezer dan alat ukur tekanan.
23
e. Proses pemvakuman freezer.
f. Pemasangan alat ukur suhu/termokopel. g. Proses uji coba.
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 standar dari mesin freezer yang terdapat di pasaran. Panjang pipa kapiler yang dipergunakan sepanjang 205 cm.
Gambar 3.9 Mesin freezer
3.2.2. Beban pendinginan
Beban pendinginan pada percobaan yang dilakukan menggunakan air. Volume air sebesar 0,5 liter, dengan kondisi awal air bersuhu 27,2 ⁰C.
3.2.3. Penempatan termokopel
Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel ditempatkan pada posisi yang diinginkan.
25
3.2.4. Menggambar siklus
Menggambar siklus kompresi uap pada P-h diagram dari data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai-nilai entalpi yang diperoleh dari grafik P-h diagram.
26
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4. 1. Hasil Penelitian
a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompressor
Hasil penelitian untuk nilai tekanan masuk dan keluar kompressor disajikan pada Tabel 4.1.
b. Nilai suhu masuk dan keluar kompressor
27
Tabel 4.2 Suhu masuk kompressor dan keluar kompressor
No Waktu t
c. Nilai suhu kondenser, masuk kondenser dan keluar kondenser
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondenser dan suhu keluar kondenser disajikan pada Tabel 4.3
Tabel 4.3 Suhu kondenser, masuk kondenser dan keluar kondenser
Tabel 4.3 Suhu kondenser, masuk kondenser dan keluar kondenser (lanjutan)
d. Nilai suhu masuk evaporator dan suhu evaporator
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk evaporator dan evaporator disajikan pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator dan suhu evaporator
29
e. Nilai entalpi
Hasil penelitian untuk nilai entalpi pada titik 1,2,3 dan 4 pada siklus kompresi uap. Disajikan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Nilai entalpi
Perhitungan kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.3) yaitu : Qevaporator = (h1 – h4), kJ/kg.
Tabel 4.6 Kalor yang diserap evaporator
Hasil dari perhitungan kemudian dimasukan ke dalam bentuk grafik. Pada Gambar 4.1 Grafik kalor yang diserap evaporator dari waktu ke waktu.
Gambar 4.1 Kalor yang diserap evaporator dari waktu ke waktu
31
b. Kerja kompressor
Perhitungan kerja kompresor per satuan massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.1) yaitu : Wkompresor = (h2 – h1), kJ/kg
Hasil dari perhitungan kemudian dimasukan ke dalam bentuk grafik. Gambar 4.2 menyajikan grafik kerja kompresor per satuan massa regrigeran dari waktu ke waktu.
Gambar 4.2 Kerja kompressor dari waktu ke waktu
c. Kalor yang dilepas kondenser
Perhitungan kalor yang dilepas kondenser per satuan massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.2) yaitu : Qkondenser = (h2 – h3), kJ/kg.
Tabel 4.8 Kalor yang dilepas kondenser
33
Tabel 4.8 Kalor yang dilepas kondenser (lanjutan)
No waktu t
Hasil dari perhitungan kemudian dimasukan ke dalam bentuk grafik. Gambar 4.3 menyajikan grafik kalor yang dilepas kondenser per satuan massa refrigeran dari waktu ke waktu.
Gambar 4.3 Kalor yang dilepas kondenser dari waktu ke waktu
d. Koefisien prestasi (COP) aktual
Perhitungan COP aktual dari mesin pendingin diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.4) : COP = (Qevaporator / Wkompresor)
Tabel 4.9 COP dari waktu ke waktu
No Waktu t (menit)
Qevaporator W kompresor COP kJ/kg
35
Gambar 4.4 COP aktual freezer dari waktu ke waktu
4.3. Pembahasan
a. Kalor yang diserap evaporator
1x10-09t4 - 2x10-06t3 + 0,000t2 - 0,105t + 147,6 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t= 480 menit).
b. Kerja kompresor
Hasil penelitian untuk kerja kompresor per satuan massa refrigeran dari waktu t=30 menit sampai t=480 menit disajikan pada Gambar 4.2, pada awal mula nampak bahwa kerja kompresor dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu nilai kerja kompresor per satuan massa refrigeran tetap. Pada penelitian ini kerja kompresor per satuan massa refrigeran mulai tetap pada waktu sekitar t= 420 menit, dengan harga Wkompresor sebesar 63 kJ/kg. Jika nilai Wkompresor dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan Persamaan pendekatan Wkompresor = 1x10-11t5 - 2x10-08t4 + 1x10-05t3 - 0,004t2 + 0,695t + 21,09 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
c. Kalor yang dilepas kondenser
37
d. Koefisien prestasi (COP)
Besar koefisien prestasi (COP) dari waktu ke waktu disajikan pada Gambar 4.4. Tampak dari Gambar 4.4 untuk t = 30 sampai t = 480 menit, nilai COP turun dari waktu ke waktu sampai nilai COP tetap. Pada penelitian ini nilai koefisien prestasi (COP) mulai tetap pada waktu t= 420 menit, dengan harga COP sebesar 2,24 kJ/kg. Jika nilai COP dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan Persamaan COP = -2x 10-12t5 + 3x10-09t4 - 2x10-06t3 + 0,000t2 - 0,058t + 5,178 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
38
a. Freezer yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik.
b. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran saat tetap sebesar 63 kJ/kg pada
t ≥ 420 menit. Jika nilai Wkompresor dinyatakan terhadap waktu t dapat
dinyatakan dengan persamaan Wkompresor = 1x10-11t5 - 2x10-08t4 + 1x10-05t3 - 0,004t2 + 0,695t + 21,09 (berlaku untuk t=30 menit sampai t= 480 menit).
c. Kalor yang dilepas kondenser per satuan massa refrigeran Qkondenser sebesar 0,105t + 147,6 (berlaku untuk t=30 menit sampai t= 480 menit).
39
5.2. Saran
Setelah dilakukan pengambilan data dari mesin pendingin ada kekurangan dan kelebihan yang perlu di perhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan freezer ini, antara lain :
a. Sebelum proses pengambilan data sebaiknya dilakukan pengecekan beberapa kali, sehingga saat proses pengambilan data tidak terjadi kendala seperti kebocoran pada wadah atau kebocoran pada pengelasan sambungan dan kerusakan pada alat ukur.
b. Penelitian dapat dikembangkan dengan adanya proses pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
Frank, K., 1986, Principle of Heat Transfer (Prinsip – Prinsip Perpindahan Panas), Erlangga, Jakarta.
Helmi, R., 2008, Perbandingan Cop Pada Refrigerator dengan Refrigerant R12 Dan R134a, Jakarta.
Holman, J. P., 1994, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta.
Renggani, G.W, 2013, Penggunaan Refrigeran R22 dan R134a pada Mesin Pendingin, Jakarta.
Stoecker, W. F., 1989, Refrigeran dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta. Witjahjo, S., 2009, Uji Prestasi Mesin Pendingin Menggunakan Refrigeran LPG,
