i
KAPILER 200 CM DAN DAYA KOMPRESOR 1/5 HP
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Oleh:
ALEX PUTRA
NIM : 115214052
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015
ii
FRUIT COOLING MACHINE WITH 200 CM LENGTH OF
CAPPILARY PIPE AND 1/5 HP COMPRESSOR POWER
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By :
ALEX PUTRA
NIM : 115214052
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
vii
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi, ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan baik dan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “Mesin Pendingin Buah Dengan Panjang Pipa Kapiler 200 CM Dan Daya Kompresor 1/5 HP” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si. M.Sc, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku dosen pembimbing skripsi II.
3. Dr. Drs. Vet Asan Damanik , M.Si, sebagai Dosen Pembimbing utama Skripsi. 4. Charles Marbun dan Yuniar Dongoran selaku Orang Tua penulis yang selalu memberi dukungan motivasi dalam penulisan Tugas Akhir.
5. Andrew Marwasas Marbun, Aris Daltone Mangasa Marbun dan Elisabeth Putri Fransiska Br Marbun selaku Abang dan Adek penulis.
6. Keluarga yang selalu memberi motivasi pada penulisan Skripsi ini.
7. Stefanus Ricky Riadri, Juanda Sihotang, Pebrianto Sitanggang, Valdo Nababan yang telah membantu menyelesaikan Skripsi ini.
viii
Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Semoga Skripsi ini dapat memberi manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 13 Oktober 2015
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN... iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ... vi
KATA PENGANTAR... vii
DAFTAR ISI ... ix
ISTILAH PENTING ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
ABSTRAK ... xviii ABSTRACT ... xix BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 2 1.3. Tujuan Penelitian ... 2 1.4. Batasan-Batasan ... 3 1.5. Manfaat Penelitian ... 3
x
2.1. Dasar Teori ... 4
2.1.1. Mesin Pendingin ... 4
2.1.2. Komponen Utama Mesin Pendingin Buah... 6
2.1.3. Siklus Kompresi Uap ... 13
2.1.4. Rumus-Rumus Perhitungan ... 17
2.2. Tinjauan Pustaka ... 21
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 23
3.1. Persiapan Komponen Utama Mesin Pendingin ... 23
3.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin ... 27
3.3. Proses Pembuatan Mesin Pendingin Minuman ... 33
3.3.1. Pembuatan Mesin Pendingin Buah ... 33
3.3.2. Proses Pemvakuman dan Pemetialan ... 37
3.3.3. Proses Pengisian Refrigeran 134a ... 38
3.3.4. Uji Coba ... 40
BAB IV METODOLIGI PENELITIAN ... 41
4.1. Alur Penelitian ... 41
4.2. Obyek yang Diteliti ... 42
4.3. Skematik Alat Penelitian ... 43
4.4. Alat Bantu Penelitian ... 45
4.5. Cara Mendapatkan Data ... 48
xi
DAN PEMBAHASAN ... 52
5.1. Hasil Penelitian ... 52
5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data ... 55
5.3. Pembahasan ... 65
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
6.1. Kesimpulan ... 69
6.2. Saran... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71
xii
ISTILAH PENTING
Simbol Keterangan
h1 Nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, (kJ/kg) h2 Nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, (kJ/kg) h2 Nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, (kJ/kg) h3 Nilai entalpi refrigeran keluar dari kondensor, (kJ/kg) Win Kerja kompresor per satuan massa refrigeran, (kJ/kg)
Qout Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran,
(kJ/kg)
Qin Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran,
(kJ/kg)
ṁ Laju aliran massa refrigeran, (kg/detik) COPaktual Koefisien prestasi aktual mesin pendingin
COPideal Koefisienprestasi ideal mesin pendingin
Te Suhu evaporator, (K)
Tc Suhu kondensor, (K)
η Efisiensi mesin pendingin
W Kerja kompresor per satuan waktu, (J/detik)
V Besar tegangan listrik yang digunakan kompresor, (V) I Besar arus listrik yang digunakan kompresor, (A)
xiii
Gambar 2.1 Skema mesin pendingin siklus kompresi uap ... 5
Gambar 2.2 Kompresor Hermatic ... 7
Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermatic ... 8
Gambar 2.4 Kompresor Open Type ... 8
Gambar 2.5 Kondensor pipa u ... 9
Gambar 2.6 Filter ... 10
Gambar 2.7 Pipa kapiler ... 11
Gambar 2.8 Evaporator ... 11
Gambar 2.9 Kipas... 12
Gambar 2.10 Tabung berisi refrigeran R.134a ... 13
Gambar 2.11 Siklus kompresi uap pada diagram p-h ... 14
Gambar 2.12 Siklus kompresi uap pada diagram T-s ... 14
Gambar 2.13 P-h diagram refrigeran 134a ... 17
Gambar 3.1 Kompresor Hermatik ... 23
Gambar 3.2 Kondensor 12 U ... 24
Gambar 3.3 Filter ... 25
Gambar 3.4 Pipa kapiler ... 25
Gambar 3.5 Evaporator ... 26
Gambar 3.6 Freon/Ferigeran R-134a ... 27
Gambar 3.7 Pemotong Pipa (Tubbing cutter) ... 27
xiv
Gambar 3.10 Alat Las ... 29
Gambar 3.11 Bahan Las ... 29
Gambar 3.12 Pompa Vakum ... 30
Gambar 3.13 Kunci L ... 30
Gambar 3.14 Thermostat ... 31
Gambar 3.15 Metil ... 31
Gambar 3.16 Manifold gauge ... 32
Gambar 3.17 Kotak gabus ... 32
Gambar 3.18 Fan (kipas) ... 33
Gambar 3.19 Meja kayu ... 33
Gambar 3.20 Kotak gabus pada meja ... 34
Gambar 3.21 Letak kompresor ... 34
Gambar 3.22 Pemasangan kondensor pada meja ... 34
Gambar 3.23 Letak Evaporator pada kotak gabus ... 35
Gambar 3.24 Sekat pada kotak gabus ... 35
Gambar 3.25 Letak thermostat pada meja ... 35
Gambar 3.26 Sambungan filter dengan pipa keluar kondensor ... 36
Gambar 3.27 Potongan pipa kapiler pada lubang keluar filter... 36
Gambar 3.28 Letak adaptor pada meja ... 37
Gambar 4.1 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin pendingin ... 41
Gambar 4.2 Mesin pendingin buah ... 42
xv
Gambar 4.5 Alat penampil suhu digital ... 45
Gambar 4.6 Pressure gauge ... 46
Gambar 4.7 Multimeter ... 46
Gambar 4.8 Clamp meter (tang ampere) ... 47
Gambar 4.9 Stopwatch ... 47
Gambar 4.10 Proses pengambilan data ... 50
Gambar 4.11 Penggunaan P-h diagram ... 51
Gambar 5.1 Win dari waktu ke waktu ... 56
Gambar 5.2 Qout dari waktu ke waktu ... 57
Gambar 5.3 Qin dari waktu ke waktu ... 59
Gambar 5.4 COPaktual mesin pendingin dari waktu ke waktu ... 60
Gambar 5.5 COPideal mesin pendingin dari waktu ke waktu ... 62
Gambar 5.6 Laju aliran massa dari waktu ke waktu ... 63
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengambilan data ... 49
Tabel 5.1 Hasil data penelitian ... 52
Tabel 5.2 Nilai rata-rata data ... 53
Tabel 5.3 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor ... 54
Tabel 5.4 Nilai Win ... 55
Tabel 5.5 Nilai Qout ... 57
Tabel 5.6 Nilai Qin ... 58
Tabel 5.8 Nilai COPaktual mesin pendingin ... 60
Tabel 5.9 Nilai COPideal mesin pedingin ... 61
Tabel 5.7 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) ... 63
xvii
Lampiran 1 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data t = 15 menit ... 72 Lampiran 2 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
t = 30 menit ... 73 Lampiran 3 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data
t = 45 menit ... 74
Lampiran 4 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari data rata-rata t = 60 menit ... 75
Lampiran 5 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data t = 75 menit ... 76
Lampiran 6 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data t = 90 menit ... 77
xviii
ABSTRAK
Penelitian ini menggunakan mesin pendingin buah yang menggunakan siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler 200 cm , daya kompresor 1/5 Hp, refrigeran 134a, kondensor yang memiliki lekukan sebanyak 12U dan evaporator standar yang digunakan kulkas 2 pintu. Data yang diambil yaitu (a) suhu refrigeran saat masuk kompresor (T1), (b) suhu refrigeran saat keluar
kondensor (T3), (c) suhu beban pendinginan (Tbeban), (d) tekanan rendah refrigeran
masuk kompresor (P1), (e) tekanan tinggi refrigeran keluar kompresor (P2), (f)
tekanan tinggi refrigeran masuk pipa kapiler (P3), (g) tekanan rendah refrigeran
keluar pipa kapiler (P4), (h) besar tegangan listrik untuk kerja kompresor (V) dan
(i) besar arus listrik untuk kerja kompresor (I).
Penelitian ini memberikan hasil (a) mesin pendingin buah telah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik, suhu evaporator mesin pendingin buah mencapai -23°C, mampu mendinginkan buah hingga mencapai suhu 4°C, (b) kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win) rata–rata 52,16 kJ/kg, (c) kalor yang
dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) rata-rata 187,83 kJ/kg, (d)
kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) rata-rata 135,50
kJ/kg, (e) COPaktual rata-rata 2,59, (f) COPideal rata-rata 3,58, (g) laju aliran massa
refrigeran (ṁ) rata-rata 0,00343 kg/detik, dan (h) Efisiensi () rata-rata 72,16%.
xix
This research used cooler fruit machine that using the vapor compression cycle with 200 cm length of capillary pipe, 1/5 Hp compressor power, 134a refrigerant, condenser that has 12U curvature and standard evaporator that is used by 2 doors refrigerator. The data that gathered such as (a) the temperature when enters compressor (T1), (b) the temperature when leaves condenser (T3) (c) the temperature of cooling burden (Tburden), (d) the refrigerant low pressure enters compressor (P1), (e) refrigerant high pressure leaves compressor (P2), (f) the refrigerant high pressure enters capillary pipe (P3), (g) the refrigerant low pressure leaves capillary pipe (P4), (h) the electric tension for compressor (V) and (i) the electric flow for compressor.
This research results are (a) the cooler fruit machine has finally made and works well, the temperature of its evaporator reach -23°C, can refrigerate fruits reaching 4°C. (b) the work of compressor for each refrigerant mass (Win) average is 52,16 kJ/kg, the heat which is heated condenser for each refrigerant mass (Qout) average is 187,83 kJ/kg, the heat which was absorbed by evaporator for each refrigerant mass(Qin) average is 135,50 kJ/kg, COPactual average is 2,59, COPideal average is about 3,58, the rate of refrigerant mass flow average is 0,00343 kg/seconds and Efficiency () average is 72,16 %.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknologi mesin pendingin saat ini sangat mempengaruhi kehidupan dunia modern, tidak hanya terbatas untuk peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi ini dibutuhkan untuk penyiapan bahan makanan, penyimpanan dan distribusi makanan, proses kimia yang memerlukan pendinginan, pengkondisian udara untuk kenyamanan ruangan baik pada industri, perkantoran, transportasi maupun rumah tangga.
Peran mesin pendingin sangat penting bagi kehidupan manusia saat ini, sehingga banyak mesin pendingin dijumpai di berbagai tempat. Mesin pendingin dapat dijumpai di rumah tangga (kulkas), perkantoran (dispenser), transportasi (mesin AC), industri dan lainnya. Umumnya mesin pendingin mempunyai fungsi mendinginkan, membekukan, dan mengkondisikan udara. Sebagian besar proses pendingin menggunakan siklus kompresi uap.
Dalam rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai pengawet makanan (kulkas) dan penyejuk ruangan (mesin AC). Mesin pendingin dalam rumah tangga sering digunakan untuk mendinginkan, mengawetkan (makanan, minuman, buah, sayur). Pada perkantoran mesin pendingin yang di gunakan AC berfungsi sebagai penyejuk ruangan agar orang yang berada di kantor lebih nyaman dan dapat bekerja lebih baik. Sedangkan dalam sistem transportasi
maupun komersil.
Mengingat mesin pendingin sangat penting bagi rumah tangga, perkantoran, perindustrian, perdagangan dan lainnya. Maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja mesin pendingin.
1.2 Rumusan Masalah
Bagaimana karakteristik (COP, efisiensi, dan laju aliran massa refrigeran) mesin pendingin buah dengan panjang pipa kapiler 200 cm dan daya kompresor 1/5 HP ?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat model mesin pendingin buah dengan siklus kompresi uap. b. Menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran.
c. Menghitung kalor yang di lepas kondensor per satuan massa refrigeran. d. Menghitung kalor yang di serap evaporator per satuan massa refrigeran. e. Menghitung dan mesin pendingin buah.
Batasan-batasan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Refrigeran yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R-134a. b. Kompresor yang digunakan berdaya 1/5 HP.
c. Kondensor yang digunakan berukuran 12 U, merupakan kondensor standar yang digunakan untuk kompresor 1/5 HP.
d. Panjang pipa kapiler yang digunakan 200 cm.
e. Evaporator yang digunakan dengan jenis evaporator bersirip.
f. Menggunakan kipas untuk mensirkulasikan udara dingin dari ruangan evaporator ke ruangan beban pendinginan.
g. Mesin pendingin menggunakan sistem refrigerasi siklus kompresi uap.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat memberikan manfaat :
a. Pengalaman dan pengetahuan secara langsung bagi penulis.
b. Hasil penelitian dapat diharapkan menjadi referensi bagi peneliti lain yang ingin meneliti mesin pendingin dengan siklus kompresi uap.
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1 Mesin Pendingin
Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk mendinginkan atau peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas dari dalam ruangan untuk menjadikan temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya sehingga menghasilkan suhu/temperatur yang dingin. Mesin pendingin yang banyak digunakan umumnya menggunakan siklus kompresi uap. Siklus kompresi uap terdiri dari beberapa proses, yaitu proses kompresi, proses kondensasi, proses penurunan tekanan (proses iso entalpi ), dan proses evaporasi.
Komponen utama dari mesin pendingin yaitu kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler dan evaporator, serta refrigeran. Secara skematis, mesin pendingin di gambarkan pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Skema mesin pendingin siklus kompresi uap
Proses kerja mesin pendingin adalah dimulai dari kompresor. Dengan adanya aliran listrik, motor kompresor akan bekerja dengan menghisap gas refrigeran yang bersuhu rendah dari saluran hisap. Kemudian kompresor memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap atau gas bertekanan tinggi, gas kemudian memasuki kondensor. Gas bertekanan tinggi tersebut di dalam kondensor akan didinginkan oleh udara di luar mesin pendingin. Dengan proses tersebut kalor berpindah dari kondensor ke udara sekelilingnya sehingga suhunya turun mencapai suhu kondensasi (pengembunan) dan wujudnya berubah menjadi cair. Refrigeran kemudian memasuki pipa kapiler yang berdiameter kecil dan panjang sehingga tekanannya akan turun. Selanjutnya refrigeran memasuki ruang evaporator, di dalam evaporator refrigerant mulai menguap, ini disebabkan karena terjadi penurunan tekanan yang mengakibatkan titik didih refrigerant menjadi
Pipa Kapiler Kompresor Qin Qout 1 2 3 4 Kondensor Evaporator Win
lebih rendah maka terjadi perubahan fase refrigerant dari cair menjadi gas (mendidih). Proses pendidihan dapat berlangsung karena evaporator mengambil kalor dari lingkungan di sekeliling evaporator, sehingga ruangan di sekitar evaporator menjadi dingin. Siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang - ulang sehingga didapat suhu yang diinginkan.
Mesin pendingin buah merupakan mesin pendingin yang menggunakan prinsip penukar kalor dengan sistem kompresi uap. Alat ini digunakan untuk mendinginkan buah dengan bantuan kipas (fan) yang berfungsi untuk mengalirkan udara dingin dari ruang evaporator ke ruangan yang berisi buah.
Suhu kerja pada mesin pendingin buah ini dirancang pada suhu 1,5°C -12,5°C, pengaturan suhu tersebut dilakukan dengan tujuan agar buah yang didinginkan tidak mengalami pembekuan. Dengan dijaga pada kondisi tersebut, buah tidak cepat mengalami proses pembusukan dan tetap segar untuk jangka waktu beberapa hari.
2.1.2 Komponen Utama Mesin Pendingin Buah
a. Kompresor
Kompresor adalah alat untuk meningkatkan tekanan refrigerant. Cara kerja kompresor adalah menghisap refrigerant lalu mendorongnya dengan piston untuk diteruskan ke pipa yang menuju masuk kondensor. Kompresor sendiri memiliki 3 (tiga) jenis yaitu kompresor hermatic, semi-hermatic, open type. Kompresor
(satu) poros dalam suatu kompresor. Kompresor semi-hermatic adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya terpisah tetapi masih dalam suatu kompresor. Kompresor open type adalah kompresor yang poros penggeraknya terpisah dengan motor listriknya.
Gambar 2.2 Kompresor hermatic
Keuntungan kompresor hermatic bentuknya yang kecil karena poros kompresor dengan motor listriknyadalam satu casing, harga lebih murah dari kompresor jenis lain tidak berisik, tidak menghasilkan getaran yang kuat dan tidak memakai tenaga penggerak dari luar.
Kekurangan kompresor hermatic adalah jika bagian dalam kompresor yang rusak maka harus merusak casingnya, minyak pelumas kompresor hermatic susah diperiksa.
Gambar 2.3 Kompresor semi-hermatic
Kelebihan kompresor semi-hermatic bentuknya kecil, perawatan lebih muda dari pada kompresor hermatic, tidak perlu memotong casing kompresor untuk memperbaiki bagian kompresor, tidak memakai tenaga penggerak dari luar, tidak berisik dan tidak menghasilkan getaran yang kuat
Kekurangan kompresor semi-hermatic adalah bentuk kompresor yang besar untuk mesin pendingin dan harganya mahal.
Gambar 2.4 Kompresor open type
Kelebihan kompresor open type adalah jika pada motornya rusak dapat diperbaiki motornya saja, rpm kompresor dapat diatur dengan menggunakan
puli, minyak kompresor mudah diperiksa, jika tidak ada listrik kompresor open
type dapat dihidupkan dengan menggunakan tenaga diesel atau motor bensin.
Kekurangan kompresor open type bentuknya paling besar dari kompresor jenis lain, bobotnya paling berat dari kompresor jenis lain, harganya paling mahal.
b. Kondensor
Kondensor adalah suatu alat untuk merubah fase bahan pendingin dari bentuk gas menjadi cair. Pada saat terjadinya perubahan fase tersebut panas dikeluarkan oleh kondensor ke udara melalui rusuk-rusuk kondensor. Sebagai akibat dari kehilangan panas suhu bahan pendingin buah. Refrigeran berubah dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh kemudian mengembun berubah menjadi cair. Kondensor yang umum digunakan pada mesin pendingin kapasitas kecil, adalah jenis pipa u dengan jari-jari penguat, pipa tanpa sirip besi dan pipa-pipa dengan sirip-sirip.
c. Filter
Filter adalah alat untuk menyaring kotoran yang dibawa oleh refrigerant sebelum memasuki pipa kapiler. Filter dapat menyaring kotoran hasil pengelasan, hasil korosi, dan air yang terkandung dalam refrigerant. Bentuk dari alat ini ialah tabung kecil dengan diameter antara 10-20 mm, sedangkan panjangnya tak kurang dari 8-15 mm, bahannya pada umumnya dari tembaga.
Gambar 2.6 Filter d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi dan disebut juga alat kontrol refrigeran. Alat ekspansi ini mempunyai dua kegunaan yaitu menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler merupakan suatu pipa pada mesin pendingin yang pada umumnya berukuran diameter 0,028 inch. Beberapa keuntungan menggunakan pipa kapiler sebagai alat penurun tekanan adalah harganya yang murah dan mudah dicari serta pada saat mulai beroperasi kompresor dapat bekerja lebih ringan karena momen torquenya (momen puntir) yang diperlukan kecil. Pada sistem yang menggunakan katup-katup lain, pada saat kompressor akan mulai bekerja di dalam sistem telah ada
perbedaan tekanan pada sisi tekanan tinggi dan rendah, tapi dengan memakai pipa kapiler pada saat kompresor tidak bekerja tekanan didalam sistem akan jadi sama karena pada pipa kapiler tidak terdapat alat penutup apa-apa, dengan demikian kompressor dapat bekerja lebih ringan.
Gambar 2.7 Pipa Kapiler e. Evaporator
Evaporator adalah alat untuk menyerap kalor dari ruang yang akan didinginkan. Pada evaporator terjadi perubahan fase dari campuran cair dan gas jenuh atau dapat pula gas panas lanjut tanpa adanya perubahan suhu, dan perubahan fase dari gas jenuh menjadi gas panas lanjut disertai dengan peningkatan suhu pada pemanasan lanjut.
f. Kipas
Kipas adalah alat untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator. Pada mesin buah-buahan yang ada di pendingin buah, udara dingin yang dihembuskan kipas akan mendinginkan ruang pendingin.
Gambar 2.9 Kipas g. Bahan Pendingin (Refigeran)
Refrigerant adalah bagian yang penting dalam fluida yang digunakan. Refrigerant berfungsi sebagai cairan untuk menyerap kalor di evaporator dan
melepas kalor di kondensor. Refrigerant yang biasa digunakan pada mesin pendingin buah adalah R-134a., Refrigeran R-134a memiliki beberapa karakteristik yang baik yaitu tidak beracun dan tidak mudah terbakar dan relatif stabil.
Refrigerant yang dipergunakan dalam mesin pendingin siklus kompresi uap sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut :
Mempunyai titik didih -26,1 °C. Tidak merusak lapisan ozon (O3).
Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas, udara dan sebagainya.
Tidak beracun.
Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh
Beberapa merek bahan pendingin sejenis refrigeran 134a yang dijumpai di pasaran antara lain refrigeran 134a, SUVA 134a, HFC 134a, dan KLEA Forane 134a.
Gambar 2.10 Tabung berisi refrigeran R.134a
2.1.3 Siklus Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refrigerasi, namun yang paling umum digunakan pada mesin pendingin adalah refrigerasi dengan siklus kompresi uap. Komponen utama dari siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator, dengan menggunakan fluida kerja
Refrigerant. Diagram p-h dan T-s untuk siklus kompresi uap digambarkan
Gambar 2.11 Siklus kompresi uap pada diagram p-h
Gambar 2.12 Siklus kompresi uap pada diagram T-s
s Win T Qout Qin 4 3 3a 2a 2 1a 1 1a 4 h 2a Qin h3 = h4 h1 h2 2 Win 1 Qout 3 3a P P1 P2
Proses pendinginan lanjut
Proses penurunan suhu Proses pemanasan lanjut Proses pendidihan Proses pengembunan
Proses kompresi uap pada skema, P-h dan T-s diagram dapat dijelaskan sebagai berikut :
a) Proses 1-2 adalah proses kompresi.
Sebelum terjadinya proses kompresi, refrigeran berupa gas panas lanjut bertekanan rendah. Ketika terjadinya proses kompresi, kompresor menaikkan tekanan refrigeran sehingga refrigeran menjadi uap panas lanjut bertekanan tinggi dan temperatur refrigeran menjadi naik. Proses kompresi berjalan secara isentropis adiabatis, proses kompresi memerlukan sumber tenaga listrik untuk menggerakkan kompresor dari luar.
b) Proses (2-2a) adalah proses penurunan suhu refrigeran.
Proses ini berlangsung di kondensor. Penurunan temperatur refrigeran pada tekanan tinggi mengakibatkan fase uap refrigeran mencapai titik uap jenuh. Ketika proses ini berlangsung tekanan refrigeran tetap. Penurunan suhu di sebabkan karna adanya kalor yang berpindah dari rerigeran ke lingkungan sekitar kondensor, suhu kondensor lebih tinggi dibandingkan suhu lingkungan, itulah sebabnya kalor dapat mengalir
c) Pada proses (2a-3a) adalah proses kondensasi.
Proses kondensasi berlangsung ketika refrigeran berada di kondensor. Proses kondensasi ini terjadi karena adanya pelepasan kalor ke lingkungan luar. Suhu refrigran lebih tinggi dari suhu lingkungan luar, sehingga kalor pada refrigeran mengalir ke lingkungan luar. Selama proses ini berlangsung tekanan dan suhu
refrigeran tetap. Pada proses kondensasi ini fase refrigeran berubah dari fase uap menjadi fase cair. Kalor yang dilepas merupakan kalor laten pengembunan.
d) Pada proses (3a-3) adalah proses pendinginan lanjut.
Terjadi pelepasan kalor setelah proses kondensasi (pengembunan), sehingga suhu refrigeran semakin turun dari suhu kondensasi. Ketika proses ini kondisi refrigeran berubah dari cair jenuh menjadi fase cair lanjut dan belangsung pada tekanan yang tetap.
e) Proses (3-4) merupakan proses penurunan tekanan.
Proses penurunan tekanan berlangsung di pipa kapiler dan mengakibatkan suhu refrigeran menjadi sangat rendah dari suhu hasil pendinginan lanjut. Kondisi refrigeran berubah bentuk dari fase cair menjadi fase campuran (uap+cairan) akibat dari penurunan tekanan dan penurunan suhu refrigeran. Proses ini berlangsung pada entalpi yang tetap.
f) Proses (4-1a) merupakan proses penguapan.
Pada proses ini terjadi perubahan fase refrigeran dari campuran (uap+cairan) menjadi uap jenuh. Kalor yang dipergunakan untuk merubah fase diambil dari lingkungan sekitar evaporator. Suhu refrigeran saat berada di evaporator lebih rendah dari suhu lingkungan di sekitar evaporator, sehingga kalor di lingkungan evaporator mengalir ke refrigeran. Proses ini berjalan pada tekanan yang tetap dan suhu yang sama.
g) Proses (1a-1) merupakan proses pemanasan lanjut.
Pada proses ini suhu refrigeran meningkat dari suhu evaporasi (penguapan), sehingga fase refrigeran berubah dari jenuh uap menjadi uap panas lanjut. Proses pemanasan lanjut ini berlangsung pada tekanan yang tetap.
Gambar 2.13 P-h diagram refrigeran 134a
2.1.4 Rumus-Rumus Perhitungan
Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan persamaan-persamaan yang di pergunakan untuk menghitung : (a) menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, (b) menghitung kalor yang dilepas kondensor per satuan
massa refrigeran, (c) menghitung kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, (d) dan mesin pendingin laju aliran massa
refrigeran, (e) menghitung laju aliran massa refrigeran dan efisiensi mesin pendingin.
a. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran ( ).
Kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan :
= , (2.1)
dengan adalah kerja kompresor per satuan massa refrigeran, adalah entalpi
refrigeran masuk ke kompresor, adalah entalpi refrigeran keluar dari kompresor.
b. Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran ( ).
Besar kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan :
= , (2.2)
dengan adalah kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant, adalah entalpi refrigeran masuk ke kondensor, adalah entalpi refrigeran keluar dari kondensor.
c. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran ( ).
Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan :
= , (2.3)
dengan adalahkalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, adalah entalpi refrigeran keluar dari evaporator, adalah entalpi refrigeran saat masuk evaporator.
d. mesin pendingin dan mesin pendingin.
atau (Coefficient Of Performance) aktual mesin pendingin adalah
perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan :
=
,
(2.5)dengan adalah Koefisien prestasi aktual mesin pendingin, adalah kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, adalah kerja kompresor per satuan massa refrigeran, adalah entalpi refrigeran keluar dari evaporator, adalah entalpi refrigeran masuk ke kondenser, adalah entalpi refrigeran keluar dari pipa kapiler.
mesin pendingin merupakan COP (Coefficient Of Performance)
maksimal yang dapat dicapai mesin pendingin. COPideal mesin pendingin dapat
dihitung dengan Persamaan :
= , (2.6) dengan adalah koefisienprestasi ideal mesin pendingin, adalah suhu evaporator, adalah suhu kondensor.
e. Menghitung Laju aliran massa refrigeran (ṁ) dan Efisiensi mesin pendingin (η).
Laju aliran massa refrigeran pada mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan :
ṁ =
= (V.I/1000) / , (2.4)
dengan ṁ adalah laju aliran massa refrigeran, W adalah kerja kompresor per satuan waktu, V adalah besar tegangan listrik yang digunakan kompresor, I adalah besar arus listrik yang digunakan kompresor, adalah kerja kompresor per
satuan massa refrigeran.
Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan : η =
dengan η adalah Efisiensi mesin pendingin, adalah koefisien prestasi aktual dari mesin pendingin, adalah koefisien prestasi ideal dari mesin pendingin
2.2 Tinjauan Pustaka
Akintunde (2004), meneliti performa R-12 dan R134a didalam pipa kapiler sebanyak 58 pipa kapiler yang berbeda. Diperoleh bahwa pipa kapiler dengan panjang 2,03 m, diameter kurang dari 1,1 mm dan diameter koil kurang dari 1000 mm dapat digunakan untuk sistem pendingin skala kecil antara 8 sampai 12 kW. Hasil lain di peroleh bahwa laju aliran refrigeran berkurang seiring pengecilan diameter koil.
Basri (2007), melakukan penelitian pada pipa kapiler mesin pendingin untuk mendapatkan karakteristikhidraulik dan termal aliran dua fase refrigeran 134a, yaitu koefisien gesek dan bilangan nusselt. Untuk mendapatkan aliran 2 fase secara nyata, digunakan pemanas atau heater pada pipa kapiler sehingga kualitas uap refrigeran yang keluar lebih besar. Namun penelitian ini tidak mengkaji efek pemasangan heater ini terhadap performa sitem pendingin yang digunakan.
Anwar (2010), meneliti tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem pendingin. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa dengan menambah beban pendingin yaitu lampu didalam cold box atau ruang pendingin mempengaruhi waktu pendinginan. Yaitu waktu pendinginan semakin lama untuk setiap peningkatan beban pendingin bila di bandingkan dengan tanpa beban atau tanpa lampu di cold box. Serta kenaikan refrigerasi terjadi seiring penambahan beban pendingin.
Dwinanda (2011), melakukan penelitian analisis pengaruh bentuk lekukan pipa kapiler pada refrigerator. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk lekukan pipa kapiler pada refrigerator. Penelitian ini menggunakan metode studi pustaka dan studi lapangan. Penelitian ini juga menyajikan daftar alat serta
bahan yang dipergunakan untuk membuat refrigerator. Hasil dari percobaan ketiga pipa kapiler tersebut, yang menghasilkan suhu dingin terendah dan COP terbesar adalah yang diberi lekukan spiral.
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1. Persiapan Komponen Utama Mesin Pendingin
Komponen yang digunakan pada penelitian ini meliputi : kompresor, kondensor filter, pipa kapiler, fan, evaporator dan refrigeran.
a. Kompresor.
Kompresor merupakan unit mesin pendingin yang berfungsi untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refrigeran di dalam unit mesin pendingin tersebut.
Gambar 3.1 Kompresor Hermatik Jenis kompresor : Torak
Seri compressor : Model AQAW77X
Voltase : 220-240 V
Kondensor merupakan suatu alat yang digunakan untuk membuang panas refrigeran di dalam sistem mesin pendingin.
Gambar 3.2 Kondensor 12 U
Panjang kondensor : 92,5 cm
Diameter pipa : 4,8 mm
Bahan pipa : Baja
Bahan sirip : Baja
Diameter sirip : 1,2 mm
Jumlah sirip : 92 sirip
Jumlah U : 12 U
c. Filter.
Filter berfungsi untuk menyaring kotoran yang dibawah oleh refrigeran, sehingga ketika masuk ke pipa kapiler refrigeran dapat mengalir dengan baik.
Gambar 3.3 Filter
Bahan filter : Tembaga
Diameter filter : 19 mm
Panjang filter : 88 mm
d. Pipa Kapiler.
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan dari tekanan tinggi ke rendah, proses penurunan terjadi karena diameter pipa yang kecil.
Gambar 3.4 Pipa kapiler
Bahan pipa kapiler : Tembaga
Panjang pipa kapiler : 200 cm Diameter pipa kapiler :0,028 inch
Evaporator berfungsi untuk menguapkan freon, untuk merubah fase dari cair menjadi gas. Untuk mengubah fase dari cair menjadi gas ini diperlukan kalor yang diambil dari lingkungan evaporator tersebut.
Gambar 3.5 Evaporator
Panjang evaporator : 14 cm
Lebar evaporator : 19 cm
Diameter pipa : 8,5 mm
Bahan evaporator : Alumunium
Bahan sirip : Baja
Jumlah sirip : 362 sirip
Jenis evaporator : Bersirip
f. Freon / Refrigeran.
Adalah sejenis gas yang digunakan sebagai pendingin. Freon yang di pergunakan berjenis R-134 a.
Gambar 3.6 Freon/Ferigeran R-134a
3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin Buah
Dalam pembuatan mesin pendingin digunakan beberapa peralatan pendukung diantaranya:
a. Pemotong Pipa (Tubbing cutter).
Pemotong Pipa (Tubbing cutter) fungsinya untuk memotong pipa tembaga pada mesin pendingin potongan yang dihasilkan biasa dan kotorannya lebih sedikit, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Pemotong Pipa (Tubbing cutter) Sumber: (http://www.indonetwork.co.id)
Pelebar pipa berfungsi untuk mengembangkan pada ujung pipa tembaga agar mempermudah proses penyambungan pipa dan pengelasan, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Pelebar Pipa (Tube expander) Sumber: (http://affordabletool.com/) c. Tang.
Tang adalah alat yang digunakan untuk menahan pipa pada saat pengelasan, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Tang Sumber: (http://pixabay.com)
Fungsi alat las untuk menyambungkan pipa-pipa pada mesin pendingin, hasil dari penyambungan pipa harus bagus agar tidak terjadi kebocoran, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Alat Las e. Bahan Las.
Bahan las yang digunakan pada pipa-pipa mesin pendingin adalah perak dan borak. Untuk bahan borak digunakan jika penyambungan antara tembaga dan besi. Penggunaan bahan tambah dikarenakan pada proses pengelasan tembaga akan lebih merekat jika menggunakan borak sebagai pengikat dan kuningan/perak sebagai bahan tambah, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.11.
Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigeran dari sistem pendinginan sehingga dapat menghilangkan gas-gas yang tidak terkondensasi seperti udara dan uap air. Proses ini dilakukan agar tidak mengganggu kerja mesin pendingin saat di operasikan, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Pompa Vakum Sumber: (www.indonetwork.co.id)
g. Kunci L.
Kunci L digunakan untuk membuka dan menutup kran pada kulkas, yang fungsinya untuk merubah jalan aliran fluida sesuai karakteristik pipa kapiler yang diinginkan, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar 3.13.
Adalah alat yang digunakan untuk mengatur suhu evaporator pada suhu 12,5-1,5°C. Jika suhu yang diinginkan telah tercapai, maka kompresor akan mati, seperti Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Thermostat
i. Metil.
Metil merupakan cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran pipa. Penggunaan cairan sebanyak satu tutup botol metil, seperti ditunjukan pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Metil
Manifold gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran dalam sistem
pendinginan baik dalam saat pengisian maupun pada saat beroprasi, seperti ditunjukan pada Gambar 3.16.
Gambar 3.16 Manifold gauge.
k. Kotak Gabus.
Kotak gabus berfungsi sebagai tempat pendinginan. Kotak berbahan gabus digunakan karena bahan gabus memiliki nilai konduktivitas yang rendah sehingga kalor dari lingkungan luar tidak dapat masuk dengan cepat ke dalam ruangan pendinginan, seperti ditunjukan pada Gambar 3.17.
Fan (kipas) berfungsi untuk menghembuskan udara dingin dari ruangan
evaporator ke ruangan pendinginan. Pada penelitian ini menggunakan fan DC, bertegangan 12V dan berarus 0,23A, seperti ditunjukan pada Gambar 3.18.
Gambar 3.18 Fan (kipas)
3.3 Proses Pembuatan Mesin Pendingin Buah 3.3.1 Pembuatan Mesin Pendingin Buah
Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin Buah yaitu :
a. Mempersiapkan meja kayu yang berfungsi sebagai dudukan mesin pendingin buah.
Gambar 3.20 Kotak gabus pada meja
c. Memasang kompresor dengan daya 1/5 HP dan pasangkan baut pada meja.
Gambar 3.21 Letak kompresor d. Menetapkan kondensor pada bagian samping meja.
. Gambar 3.23 Letak Evaporator pada kotak gabus
f. Pada kotak gabus antara ruangan evaporator dan ruangan pendinginan diberi sekat dengan gabus.
Gambar 3.24 Sekat pada kotak gabus
g. Memasang thermostat pada sisi samping meja kayu, dan persiapkan juga kabel yang terhubung antara thermostat dengan kompresor.
Gambar 3.26 Sambungan filter dengan pipa keluar kondensor i. Melas pipa kapiler dengan evaporator.
j. Melas pipa hisap kompresor dengan pipa keluar evaporator.
k. Pasangkan dan las potongan pipa kapiler dengan panjang kira-kira 10 cm pada lubang keluar filter.
Gambar 3.27 Potongan pipa kapiler pada lubang keluar filter
l. Memasang adaptor pada meja kayu dengan menggunakan baut. Kemudian sambungkan kabel in adaptor pada overload kompresor.
Gambar 3.28 Letak adaptor pada meja
m. Memasang fan (kipas) pada sekat gabus antara ruangan evaporator dan ruangan pendinginan, lalu sambungkan kabel kipas dengan kabel out adaptor.
3.3.2 Proses Pemvakuman dan Pemetialan
Agar mesin pendingin dapat digunakan, perlu dilakukan dan dibutuhkan beberapa proses, yaitu proses pemetilan dan pemvakuman. Langkah-langkah tersebut yaitu:
a. Pengisian Metil
Pemberian metil pada pipa kapiler yang telah dipasang / dilas pada evaporator, dengan langkah-langkah sebagai berikut :
a. Menghidupkan kompresor dan tutup pentil tersebut. b. Menuang metil kira-kira 1 tutup botol metil.
c. Meletakkan tutup botol metil tersebut pada ujung pipa kapiler, yang kemudian akan dihisap oleh pipa kapiler tersebut untuk membersihkan atau memastikan bahwa tidak ada kotoran yang tersumbat di dalam pipa kapiler.
Merupakan proses untuk menghilangkan udara yang terjebak dalam rangkaian, dengan cara :
a. Mempersiapkan manifold terlebih dahulu, dengan 1 selang yang berwarna biru ( low pressure), yang dipasang pada pentil yang sudah dipasang dopnya, dan 1 selang berwarna merah ( high pressure ), yang dipasang pada tabung freon. b. Pada saat pemvakuman, kran manifold terbuka, dan kran tabung freon
tertutup.
c. Kemudian menyalakan kompresor, dan secara otomatis udara yang terjebak dalam rangkaian akan keluar lewat potongan pipa kapiler pada yang telah dilas dengan lubang out filter.
d. Memastikan bahwa udara yang terjebak telah habis dengan cara menggunakan korek api yang dinyalakan dan ditaruh di depan ujung potongan pipa kapiler. e. Jarum pressure gauge menunjukan angka yang negatif (secara maksimal). f. Melas ujung potongan pipa kapiler tersebut.
3.3.3 Proses Pengisian Refrigeran 134a
Beberapa tahap cara pengisian refrigeran pada mesin pendingin sebagai berikut :
a. Persiapkan manifold gauge berserta selang merah dan biru, refrigeran 134a, pentil kompresor, dan clamp meter.
b. Pasang pentil di bagian pipa pengisian refrigeran pada kompresor.
c. Pasang selang manifold berwarna merah pada pentil pengisian refrigeran pada kompresor dan selang warna biru pada tabung refrigeran 134a.
e. Ketika proses pengisian refrigeran, kompresor harus dalam keadaan hidup dan tekanan harus di bawah 0 s/d -30 psi yang sebelumnya telah divakum terlebih dahulu.
f. Kemudian pasang tang ampere pada salah satu kabel yang menuju overload kompresor dan pada umumnya angka menunjukan dibawah arus yang terdapat pada spesifikasi kompresor, misalnya pada 0,90 A sebelum di isi refrigeran sekitar 0,4 A.
g. Buka keran manifold warna biru secara perlahan-lahan jangan sampai melebihi 10 psi.
h. Setelah angka tekanan sudah menunjukkan 10 psi dan pada clamp meter sudah menunjukan angka yang sesuai pada spesifikasi kompresor tersebut misal 0,9 A berarti refrigeran telah selesai diisi dan tutup semua keran pada manifold.
i. Bila terjadi bunga es pada pipa evaporator, maka refrigeran telah bekerja dengan baik.
j. Setelah refrigeran telah terisi ke dalam sistem kemudian matikan komperesor. k. Kemudian tutup, lepaskan selang manifold dan tutup penutup pentil
Mesin pendingin yang telah selesai dibuat perlu diuji untuk mendapatkan informasi apakah mesin pendingin telah benar-benar dapat bekerja dengan baik atau belum. Bila mesin pendingin dalam keadaan baik berati mesin pendingin tidak mengalami kebocoran atau kebuntuan, tetapi bila mesin pendingin dalam keadaan tidak baik berarti mesin pendingin mengalami kebocoran atau kebuntuan dan menghasilkan suhu kerja evaporator dan kondensor tidak seperti yang diinginkan. Jika mesin pendingin belum dapat bekerja dengan baik, maka mesin pendingin perlu dibenahi atau dibetulkan dahulu, jika mesin pendingin sudah dapat bekerja dengan baik maka pengambilan data penelitian dapat dilakukan.
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Alur Penelitian
Diagram alur pada Gambar 4.1 merupakan tahap pembuatan mesin pendingin buah dan penelitiannya :
Gambar 4.1 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin pendingin. Baik
Tidak Baik Mulai
Perancangan Mesin Pendingin
Pemvakuman dan Pemetilan Mesin Pendingin
Persiapan dan Penyambungan Komponen-Komponen Mesin Pendingin
Pengisian Refrigeran 134a
Uji Coba
Pengambilan Data , , , , , , V, I
Pengolahan Data , , , , , Laju aliran massa refrigeran (ṁ), Efisiensi mesin pendingin (η), Pembahasan dan Kesimpulan.
Selesai
Penggambaran Siklus Kompresi Uap Pada P-h Diagram, Diperoleh , , , , , dan
apel sebanyak 12 biji dengan berat 2 kg. Proses penelitian berlangsung selama 90 menit dan dilakukan sebanyak 5 kali pengambilan data, dengan hari yang berbeda.
4.2 Obyek yang Diteliti
Obyek yang diteliti adalah mesin pendingin buah. Gambar 4.2 memperlihatkan mesin pendingin buah yang dijadikan obyek yang diteliti pada penelitian ini.
Untuk mengambil data-data pada penelitian diperlukan alat ukur tekanan, alat ukur suhu, multimeter dan clamp meter (tang ampere). Posisi-posisi pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Skematik alat penelitian
Keterangan alat bantu penelitian pada Gambar 4.3 sebagai berikut : a. Termokopel dan alat penampil suhu digital ( )
Termokopel dan alat penampil suhu digital ( ) berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran masuk kompresor.
b. Termokopel dan alat penampil suhu digital ( )
Termometer dan alat penampil suhu digital ( ) berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran keluar kondensor.
Kotak gabus Kondensor Evaporator Kompresor Pipa kapiler filter P1 P2 P3 P4 T1 T3 Fan Clamp meter Multimeter Termokopel Tbeban Beban pendingin
Termokopel dan alat penampil suhu digital ( )berfungsi untuk mengukur suhu beban pendinginan.
d. Pressure gauge ( )
Pressure gauge ( ) berfungsi untuk mengukur tekanan rendah refrigeran masuk kompresor.
e. Pressure gauge ( )
Pressure gauge ( ) berfungsi untuk mengukur tekanan tinggi refrigeran keluar kompresor.
f. Pressure gauge ( )
Pressure gauge ( ) berfungsi untuk mengukur tekanan tinggi refrigeran masuk pipa kapiler.
g. Pressure gauge ( )
Pressure gauge ( ) berfungsi untuk mengukur tekanan rendah refrigeran keluar pipa kapiler.
h. Multimeter
Multimeter berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik yang digunakan kompresor untuk melakukan kerja.
i. Clamp meter (tang ampere)
Clamp meter (tang ampere) berfungsi untuk mengukur besar arus listrik yang digunakan kompresor untuk melakukan kerja.
Pada penelitian ini menggunakan alat bantu yang berfungsi untuk membantu memperoleh data. Beberapa alat bantu yang digunakan pada penelitian ini yaitu : a. Termokopel dan Penampil Suhu Digital Termokopel
Termokopel dan alat penampil suhu digital berfungsi untuk mengukur suhu pada saat pengujian. Cara penggunaanya yaitu dengan menempelkan ujung termokopel pada bagian yang akan diukur.
Gambar 4.4. Termokopel
(sumber : www.elektronikautis.blogspot.com)
Gambar 4.5 Alat penampil suhu digital (sumber : www.indo-digital.com)
Pada penelitian ini pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran masuk kompresor, keluar kompresor, masuk pipa kapiler dan keluar pipa kapiler.
Gambar 4.6 Pressure gauge c. Multimeter
Pada penelitian ini multimeter digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik kompresor saat pengambilan data.
Gambar 4.7 Multimeter (sumber : www.rapidonline.com)
Pada penelitian ini clamp meter (tang ampere) digunakan untuk mengukur besar arus listrik kompresor saat pengambilan data.
Gambar 4.8 Clamp meter (tang ampere) (sumber : www.kpindo.com) e. Stopwatch
Pada penelitian ini stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pada saat proses pengambilan data.
Gambar 4.9 Stopwatch (sumber : www.sperdirect.com)
Pemanas air digunakan untuk memanaskan air hingga suhu 100C pada tekanan 1atm. Kemudian air yang telah dididihkan tersebut, digunakan untuk membantu proses kalibrasi termokopel. Kalibrasi bertujuan untuk menyamakan hasil pengukuran suhu beberapa termokopel.
4.5 Cara Mendapatkan Data
Data-data penelitian di peroleh dari hasil pengukuran alat ukur yang dipasang pada mesin pendingin buah. Cara yang dilakukan untuk mendapatkan data pada penelitian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
a. Menyiapkan peralatan pendukung pengambilan data.
b. Memastikan bahwa termokopel yang digunakan sudah dikalibrasi.
c. Membuka kran pada pipa kapiler yang akan diuji, agar refrigeran dapat mengalir dalam sistem mesin pendingin.
d. Menempelkan kabel termokopel pada beban pendingin, pipa masuk kompresor dan pipa keluar kondensor.
e. Menempelkan kabel multi meter pada overload kompresor. f. Mengaitkan clamp meter pada overload kompresor
g. Menyalakan mesin pendingin buah setelah langkah a, b, c, d, e dan f dilakukan.
h. Pencatatan dalam pengambilan data yaitu :
: Suhu refrigeran saat masuk kompresor, (°C) : Suhu refrigeran saat keluar kondensor, (°C)
: Tekanan rendah refrigeran masuk kompresor, (psi) : Tekanan tinggi refrigeran keluar kompresor, (psi) : Tekanan tinggi refrigeran masuk pipa kapiler, (psi) : Tekanan rendah refrigeran keluar pipa kapiler, (psi)
V : Besar tegangan listrik untuk kerja kompresor, (Volt)
I : Besar arus listrik untuk kerja kompresor, (Ampere)
Proses pengambilan data diambil setiap 15 menit dengan total waktu selama 90 menit. Tabel 4.1. menyajikan tabel yang dipergunakan untuk pengisian data.
Tabel 4.1. Tabel pengambilan data
No Waktu (t) (Menit)
Tekanan (psi) Suhu (°C) Tegangan
(V) Arus (I) 1 15 2 30 3 45 4 60 5 75 6 90
Gambar 4.10 Proses pengambilan data
4.6 Cara Mengolah Data dan Pembahasan
Cara yang digunakan untuk mengolah data serta pembahasan dengan beberapa cara yaitu :
a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukan dalam tabel ( , , , , , , , V, I) dan dihitung rata-rata dari percobaan 1, 2, 3, 4, 5 dan 6.
b. Setelah diperoleh data rata-rata, kemudian digambarkan siklus kompresi uap pada P-h diagram.
c. Berdasarkan hasil gambar siklus kompresi uap pada P-h diagram ditentukan entalpi ( , , , ), suhu kondensor dan suhu evaporator.
Gambar 4.11 Penggunaan P-h diagram
d. Setelah entalpi diketahui, entalpi digunakan untuk mengetahui karakteristik dari mesin pendingin buah dengan cara menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, laju aliran massa refrigeran, , dan efisiensi dari mesin
pendingin buah tersebut.
e. Untuk memudahkan pembahasan, hasil-hasil perhitungan untuk karakteristik mesin pendingin buah digambarkan dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik dengan mengacu juga pada tujuan penelitian.
1 2 3
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil PenelitianDari penelitian yang telah dilakukan terhadap mesin pendingin buah, diperoleh hasil nilai rata-rata tekanan refrigeran masuk kompresor dan keluar pipa kapiler , tekanan refrigeran keluar kompresor dan keluar kondensor
, suhu refrigeran masuk kompresor (
), suhu refrigeran keluar kondensor ( ), besar tegangan listrik untuk kerja kompresor (V), dan besar arus listrik untuk kerja kompresor (I). Pada Tabel 5.2 menyajikan nilai rata-rata tekanan refrigeran masuk kompresor dan keluar pipa kapiler , tekanan refrigeran keluar kompresor dan keluar kondensor , suhu refrigeran masuk kompresor ( ), suhu refrigeran keluar kondensor ( ), besar tegangan listrik untuk kerja kompresor (V), dan besar arus listrik untuk kerja kompresor (I).
Tabel 5.1 Data hasil penelitian tekanan , , V, dan I
No
Waktu (t) (Menit)
Tekanan (Psi) Suhu (°C) Tegangan
V (Volt) Arus I (Ampere) 1 15 3 169 169 5,4 -12,6 42,6 27 211,6 0,86 2 30 3,4 171 171 5,2 -13,7 43,3 21,1 211,4 0,85 3 45 3,2 170 170 5,2 -13,5 42,6 15,1 211 0,86 4 60 3,2 171 171 5 -14 43,1 10,2 209,2 0,86 5 75 3 171,6 171,6 5 -14,6 43,1 6,4 208,2 0,86 6 90 3,2 172,8 172,8 4,8 -15,2 43,4 4 207,6 0,84
, ,
No Waktu t (menit)
Tekanan (MPa) Suhu (°C)
Tegangan V (Volt) Arus I (Ampere) 1 15 0,13 1,26 -12,6 42,6 27 211,6 0,86 2 30 0,13 1,28 -13,7 43,3 21,1 211,4 0,85 3 45 0,13 1,27 -13,5 42,9 15,1 211 0,86 4 60 0,12 1,28 -14 43,1 10,2 209,2 0,86 5 75 0,12 1,28 -14,6 43,1 6,4 208,2 0,86 6 90 0,12 1,28 -15,2 43,4 4 207,6 0,84 Keterangan Tabel 5.2 :
= Tekanan refrigeran masuk kompresor (MPa). = Tekanan refrigeran keluar pipa kapiler (MPa). = Tekanan refrigeran keluar kompresor (MPa). = Tekanan refrigeran masuk pipa kapiler (MPa). = Suhu refrigeran masuk kompresor (C).
= Suhu refrigeran keluar kondensor (C).
V = Besar tegangan listrik untuk kerja kompresor (Volt).
I = Besar arus listrik untuk kerja kompresor (Ampere).
Tekanan yang dicantumkan dalam Tabel 5.2 adalah tekanan absolut, tekanan di konversi dari Psi ke MPa dan ditambah tekanan Atm.
1 Psi = 0,006894 MPa 1 atm = 0,10135 MPa
1 Psi = 0,000145037 Pa 1 kPa = 1000 Pa
1 MPa = 0,001 Pa
Dari hasil menggambar siklus kompresi uap pada P-h diagram, maka diperoleh nilai entalpi ( , , , ), suhu evaporator ( ) dan suhu kondensor
(Tc). Pada Tabel 5.3 menyajikan nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu evaporator ( )
dan suhu kondensor ( ).
Tabel 5.3 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor
No Waktu t (menit) Entalpi (kJ/kg) Suhu (°C) 1 15 394 447 259 259 -23 46 2 30 393 446 258 258 -24 47 3 45 392 446 258 258 -23 47 4 60 395 448 257 257 -24 47 5 75 395 445 260 260 -23 46 6 90 396 446 259 259 -23 46 Keterangan Tabel 5.3 :
a. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran ( ).
Kerja kompresor per satuan massa refrigeran ( ) dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.1). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai
diambil pada menit ke 90 hasilnya adalah sebagai berikut :
= – = (446-396) kJ/kg = 50 kJ/kg
Hasil semua perhitungan, dilakukan dengan cara yang sama, disajikan pada table 5.4. Tabel 5.4 Nilai No Waktu t (menit) Entalpi (kJ/kg) (kJ/kg) 1 15 447 394 53 2 30 446 393 53 3 45 446 392 54 4 60 448 395 53 5 75 445 395 50 6 90 446 396 50
Dari Tabel 5.4 nilai dari waktu ke waktu dapat disajikan dalam bentuk
Gambar 5.1 dari waktu ke waktu
b. Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran ( ).
Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran ( ) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.2). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai diambil pada menit ke 90 yang hasilnya adalah sebagai berikut :
= –
= (446-259) kJ/kg
= 187 kJ/kg
Hasil semua perhitungan, dilakukan dengan cara yang sama, disajikan pada table 5.5. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 15 30 45 60 75 90 Win (k J/ kg) Waktu t (menit)
No Waktu t (menit) Entalpi (kJ/kg) (kJ/kg) 1 15 447 259 188 2 30 446 258 188 3 45 446 258 188 4 60 448 257 191 5 75 445 260 185 6 90 446 259 187
Dari Tabel 5.5 nilai dari waktu ke waktu dapat disajikan dalam bentuk grafik yang hasilnya seperti tersaji pada Gambar 5.2.
Gambar 5.2 dari waktu ke waktu 0 100 200 300 400 500 15 30 45 60 75 90 Qou t (k J/ kg) Waktu t (menit)
c. Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran ( ).
Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran ( ) dapat
dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.3). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai diambil pada menit ke 90 yang hasilnya adalah sebagai
berikut :
= –
= (396-259) kJ/kg
= 136 kJ/kg
Hasil semua perhitungan, dilakukan dengan cara yang sama, disajikan pada table 5.6. Tabel 5.6 Nilai No Waktu t (menit) Entalpi (kJ/kg) (kJ/kg) 1 15 394 259 135 2 30 393 258 135 3 45 392 258 134 4 60 395 257 138 5 75 395 260 135 6 90 396 259 136
Dari Tabel 5.6 nilai dari waktu ke waktu dapat disajikan dalam bentuk
Gambar 5.3 dari waktu ke waktu
d. Koefisien prestasi aktual dan mesin pendingin.
Koefisien prestasi aktual ( ) mesin pendingin dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.5). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai diambil pada menit ke 90 yang hasilnya adalah sebagai berikut :
= = = (136/50) = (396-259)/( 446-396) kJ/kg = 2,72
Hasil semua perhitungan, dilakukan dengan cara yang sama, disajikan pada table 5.8. 0 100 200 300 400 500 15 30 45 60 75 90 Qin (k J/ kg) Waktu t (menit)
No Waktu t (menit) (kJ/kg) (kJ/kg) 1 15 135 53 2,54 2 30 135 53 2,54 3 45 135 54 2,48 4 60 138 53 2,60 5 75 135 50 2,70 6 90 136 50 2,72
Dari Tabel 5.8 nilai mesin pendingin dari waktu ke waktu dapat
disajikan dalam bentuk grafik yang hasilnya seperti tersaji pada Gambar 5.5.
Gambar 5.4 mesin pendingin dari waktu ke waktu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 30 45 60 75 90 CO Pak tu al Waktu t (menit)
Koefisien prestasi ideal ( ) mesin pendingin dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai diambil pada menit ke 90 yang hasilnya adalah sebagai berikut :
=
= (-23)+ 273/(46-(-23)) = 250/69
= 3,62
Hasil semua perhitungan, dilakukan dengan cara yang sama, disajikan pada table 5.9.
Tabel 5.9 Nilai mesin pedingin
No Waktu t (menit) Suhu (K) 1 15 -23 46 3,62 2 30 -23 47 3,57 3 45 -23 47 3,57 4 60 -24 47 3,50 5 75 -23 46 3,62 6 90 -23 46 3,62
Dari Tabel 5.9 nilai mesin pendingin dari waktu ke waktu dapat disajikan dalam bentuk grafik yang hasilnya seperti tersaji pada Gambar 5.6.
Gambar 5.5 mesin pendingin dari waktu ke waktu
e. Laju aliran massa refrigeran (ṁ) dan Efisiensi mesin pendingin (η).
Laju aliran massa refrigeran (ṁ) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.4). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) diambil pada menit ke 90 yang hasilnya adalah sebagai berikut : ṁ = = (V.I/1000) / = (((207.0,84) / 1000) / 50) kg/detik = ((174,38/1000) / 50) kg/detik = (0,17438 / 50) kg/detik = 0,003487 kg/detik 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 15 30 45 60 75 90 CO Pide al Waktu t (menit)
5.7.
Tabel 5.7 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ)
No Waktu t (menit) Daya (kJ/detik) (kJ/kg) ṁ (kg/detik) 1 15 0,18197 53 0,00343 2 30 0,17969 53 0,00339 3 45 0,18146 54 0,00336 4 60 0,17974 53 0,00339 5 75 0,17905 50 0,00358 6 90 0,17438 50 0,00348
Dari Tabel 5.7 nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) dari waktu ke waktu dapat disajikan dalam bentuk grafik yang hasilnya seperti tersaji pada Gambar 5.4.
Gambar 5.6 Laju aliran massa dari waktu ke waktu
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 15 30 45 60 75 90 ṁ (k g/ d e ti k) Waktu t (menit)
persamaan (2.7). Sebagai contoh perhitungan untuk efisiensi mesin pendingin ()
diambil pada menit ke 90 yang hasilnya adalah sebagai berikut : =
x 100 %
= (2,72/3,62) x 100%
= 0,75 x 100%
= 75 %
Hasil semua perhitungan, dilakukan dengan cara yang sama, disajikan pada table 5.10.
Tabel 5.10 Nilai efisiensi mesin pendingin ()
No Waktu t (menit) η (%) 1 15 2,54 3,62 70 2 30 2,54 3,57 71 3 45 2,48 3,57 69 4 60 2,60 3,50 74 5 75 2,70 3,62 74 6 90 2,72 3,62 75
Dari Tabel 5.10 nilai efisiensi mesin pendingin () dari waktu ke waktu dapat disajikan dalam bentuk grafik yang hasilnya seperti tersaji pada Gambar 5.7.
Gambar 5.7 Efisiensi mesin pendingin (%) dari waktu ke waktu
5.3 Pembahasan
Pada penelitian ini mesin pendingin buah dengan siklus kompresi uap telah berhasil dibuat dan mampu bekerja dengan baik serta tidak bocor. Suhu evaporator mesin pendingin mampu mencapai -23°C, lebih rendah dari suhu buah yang akan di dinginkan. Suhu kerja kondensor dapat mencapai 49°C lebih tinggi dari suhu lingkungan.
Hasil penelitian untuk kerja kompresor per satuan massa refrigeran ( ) dari
t = 0 s/d t = 90 menit disajikan pada Tabel 5.4 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.1. Dari data yang didapat diperoleh informasi (a) Win terkecil 50
kJ/kg, (b) terbesar 54 kJ/kg, (c) rata-rata 52,16 kJ/kg. Kesimpulannya
kerja kompresor per satuan massa refrigeran rata-rata sebesar 52,16 kJ/kg.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 15 30 45 60 75 90 (%) Waktu t (menit)
refrigeran ( ) dari t = 0 s/d t = 90 menit disajikan pada Tabel 5.5 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.2. Dari data yang didapat diperoleh informasi (a) terkecil 185 kJ/kg, (b) terbesar 191 kJ/kg, (c)
rata-rata 187,83 kJ/kg. Kesimpulannya kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran rata-rata sebesar 187,83 kJ/kg.
Hasil penelitian untuk kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran ( ) dari t = 0 s/d t = 90 menit disajikan pada Tabel 5.6 dan dalam bentuk Grafik pada Gambar 5.3. Dari data yang didapat diperoleh informasi (a)
terkecil 134 kJ/kg, (b) terbesar 138 kJ/kg, (c) rata-rata 135,50 kJ/kg.
Kesimpulannya kalor yang dapat diserap evaporator per satuan massa refrigeran rata-rata sebesar 135,50 kJ/kg.
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi aktual ( ) mesin pendingin dari t = 0 s/d t = 90 menit disajikan pada Tabel 5.8 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.5. Dari data yang didapat diperoleh informasi (a) terkecil 2,48, (b) terbesar 2,72, (c) rata-rata 2,59.
Kesimpulannya koefisien prestasi aktual ( ) mesin pendingin rata-rata sebesar 2,59.
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi ideal ( ) mesin pendingin
dari t = 0 s/d t = 105 menit disajikan pada Tabel 5.9 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.6. Dari data yang didapat diperoleh informasi (a) terkecil 3,50, (b) terbesar 3,62, (c) rata-rata 3,58.
