1
KARAKTERISTIK MESIN FREEZER BERPENUKAR KALOR
DENGAN PIPA KAPILER MELILIT PIPA KELUARAN
EVAPORATOR
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
REYNOLD WILLIAM RUNGGEARY NIM : 095214054
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE HEAT EXCHANGER FREEZER MACHINE
CHARACTERISTIC WITH CAPILARY PIPE WINDING
EVAPORATOR OUTPUT PIPE
FINAL ASSIGNMENT
Presented as partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
by
REYNOLD WILLIAM RUNGGEARY Student Number : 095214054
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
ABSTRAK
Mesin pendingin mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kehidupan manusia pada masa sekarang ini, baik untuk keperluan rumah tangga maupun industri. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai pengawet makanan maupun penyejuk udara. Dalam penelitian ini membahasa tentang karakteristik mesin freezer berpenukar kalor dengan pipa kapiler melilit pipa keluaran evaporator. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat mesin freezer, mengetahui besaran energi persatuan massa refrijeran yang digunakan oleh evaporator, kompresor dan kondenser, serta mengetahui besar COP yang dihasilkan oleh mesin freezer yang diteliti. Penelitian dilakukan di laboratorium. Mesin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian memakai siklus kompresi uap. Pipa kapiler dililitkan pada pipa keluaran evaporator dengan panjang pipa kapiler 220 cm.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa mesin freezer telah berhasil dibuat dan berfungsi dengan baik. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran pada saat stabil sebesar 34 kJ/kg. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Wkomp = -0,000000003t4 + 0,000003t3 - 0,001t2 + 0,313t + 11,76 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit). Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran pada saat stabil sebesar 145 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang diserap evaporator dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Qevap = 0,00004t2 - 0,031t + 151,9 76 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit). Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrijeran pada saat stabil sebesar -199 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas kondenser dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Qkond = 0,0000000001t5 + 0,00000002t4 - 0,00001t3 + 0,003t2 - 0,441t - 175,5 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit). COP aktual mesin freezer pada saat stabil sebesar 4,26. COP mesin freezer t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan COPaktual = 0,0000000008t4 - 0,000001t3 + 0,000t2 - 0,078t + 9,460 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: MESIN FREEZER BERPENUKAR KALOR DENGA PIPA KAPILER MELILIT PIPA KELUARAN EVAPORATOR.
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam penelitian dan penyusunan Tugas Akhir ini tentunya tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin dan dosen pembimbing di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Wibowo Kusbandono, S.T.,M.T, selaku dosen pembimbing Akademik 2009.
4. Dosen-dosen program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, atas ilmu pengetahuan dan bimbingannya kepada penulis semasa kuliah.
5. Terima kasih kepada Ayah dan Ibu yang telah memberi motivasi dan memberikan dana untuk kelancaran pembuatan tugas akhir.
6. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Sanata Dharma.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pemberian semangat sampai dengan penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis tulis diatas.
ix
cambuk bagi penulis untuk terus belajar, maka segala bentuk kritik dan saran yang membangun akan penulis terima. Penulis mohon maaf jika terdapat kesalahan dan informasi yang kurang dalam naskah ini.
Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS...vi
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA... 4
2.1 Dasar Teori...4
2.1.1 Freezer...4
2.1.2 Laju Perpindahan Kalor...6
xi
2.1.4 Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap...8
2.1.5 Komponen Pendukung Mesin Pendingin...15
2.1.6 Siklus Kompresi Uap...18
2.1.7 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin...20
2.2 Tinjauan Pustaka...21
BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN...23
3.1 Pembuatan Alat...23
3.1.1 Komponen Mesin Freezer...23
3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Freezer...26
3.1.3 Langkah-langkah Pembuatan Mesin Freezer...26
3.2 Metodologi Penelitian... ...30
3.2.1 Benda Uji...30
3.2.2 Beban Pendinginan...31
3.2.3 Peralatan Pendukung...32
3.2.4 Cara Pengambilan Data...32
3.2.5 Cara Pengolahan Data...33
3.2.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan...34
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...35
4.1 Hasil Penelitian...35
4.2 Perhitungan...38
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...47
5.1 Kesimpulan...47
5.2 Saran...48
DAFTAR PUSTAKA...49
LAMPIRAN...50
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Chest freezer... ...5
Gambar 2.2 Upright freezer... ...6
Gambar 2.3 Komponen utama mesin pendingin siklus kompresi uap...9
Gambar 2.4 Kompresor jenis piston... ...10
Gambar 2.5 Kompresor jenis rotary... ...10
Gambar 2.6 Evaporator mesin freezer...13
Gambar 2.7 Kondenser...13
Gambar 2.8 Pipa kapiler...14
Gambar 2.9 Filter...15
Gambar 2.10 Termostat...16
Gambar 2.11 Overload motor protector...16
Gambar 2.12 Heater ...17
Gambar 2.13 Fan...17
Gambar 2.14 Diagram P-h...18
Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut...18
Gambar 3.1 Kompresor...23
Gambar 3.2 Kondenser...24
Gambar 3.3 Pipa kapiler...25
Gambar 3.4 Evaporator...26
xiv
Gambar 3.11 Proses uji coba...30
Gambar 3.12 Benda uji...31
Gambar 3.13 Beban pendinginan...31
Gambar 3.14 Posisi penempatan termokopel...32
Gambar 3.15 Proses pengambilan data temperatur...33
Gambar 3.16 Proses pengambilan data tekanan...33
Gambar 3.17 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi...34
Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit...42
Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit...43
Gambar 4.3 Energi kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit...44
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tekanan masuk dan keluar kompresor...35
Tabel 4.2 Suhu masuk dan keluar kompresor...36
Tabel 4.3 Suhu masuk dan keluar kondenser...36
Tabel 4.4 suhu masuk dan keluar evaporator...37
Tabel 4.5 Suhu evaporator dan kondenser...38
Tabel 4.5 Nilai entalpi...38
Tabel 4.6 jumlah energi persatuan massa refrijeran yang diserap evaporator...39
Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran...40
Tabel 4.8 Jumlah energi persatuan massa refrijeran yang dilepas kondenser...41
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada jaman sekarang ini mesin pendingin sudah menjadi kebutuhan bagi manusia. Kebutuhan manusia terhadap mesin pendingin berawal dari keinginan untuk mengawetkan bahan makanan, fungsi mesin pendingin juga awalnya hanya terbatas pada mendinginkan bahan makanan, kemudian teknologi dari mesin pendingin berkembang sehingga dapat digunakan untuk kebutuhan yang lainnya. Mesin pendingin sekarang dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan kebutuhan industri. Sebagian besar dari mesin pendingin tersebut menggunakan siklus kompresi uap.
Untuk rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai pengawet makanan dan penyejuk ruangan. Kegunaan lain dari mesin pendingin adalah untuk kebutuhan industri, seperti mengawetkan daging dalam jumlah banyak pada tempat pemotongan hewan. Pada perkantoran mesin pendingin berfungsi sebagai penyejuk ruangan agar orang yang bekerja pada kantor tersebut merasa lebih nyaman dalam bekerja, sedangkan pada sistem transportasi mesin pendingin dapat berfungsi sebagai penyejuk udara pada kendaraan pribadi maupun komersil dan sebagai pendingin untuk mengawetkan bahan makanan pada saat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya.
diubah bentuknya dari cair menjadi gas maupun dari gas menjadi cair untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondenser. Jenis refrijeran yang umum digunakan pada saat ini adalah refrigeran yang ramah terhadap lingkungan karena tidak mengandung clorofluorocarbon (CFC) yang dapat merusak ozon. Mengingat pentingnya mesin pendingin dan luasnya pemakaian mesin pendingin, maka penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin pendingin dengan melakukan penelitian tentang mesin pendingin.
1.2. Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini, akan dicari karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap. Mesin pendingin yang akan ditinjau adalah mesin freezer dengan daya 1/6 PK. Mesin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan mesin pendingin freezer hasil buatan sendiri.
1.3. Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah : a. Membuat mesin freezer.
b. Menghitung kerja kompresor mesin freezer persatuan massa refrijeran. c. Menghitung energi kalor persatuan massa refrijeran yang diserap mesin
pendingin.
d. Menghitung energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas mesin pendingin
1.4. Manfaat penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Mampu memahami karakteristik mesin pendingin dengan siklus kompresi uap.
b. Mempunyai pengalaman dalam pembuatan mesin pendingin, pembeku dan mesin pengkondisian udara.
c. Hasil dari penelitian ini dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lainnya.
1.5. Batasan Masalah
Penelitian akan dibatasi pada pembuatan mesin pendingin dengan sistem siklus kompresi uap dengan menggunakan komponen dengan spesifikasi sebagai berikut :
a. Kompresor dengan daya 115W.
b. Evaporator dan kondenser yang dipergunakan merupakan evaporator dan kondenser standar untuk mesin pendingin freezer.
c. Panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 220 cm.
d. Refrigeran yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R134a. e. Beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 500 ml. f. Temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara
4
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1. Freezer
Freezer merupakan jenis mesin pendingin yang digunakan untuk membuat es batu dan membekukan bahan makanan seperti daging, ikan dan sebagainya agar dapat tetap segar dan tahan lama.
a. Pembagian freezer berdasarkan prinsip kerjanya.
Berdasarkan prinsip kerjanya freezer dibagi menjadi dua kategori :
- Freezer dengan daur kompresi uap
Freezer dengan sistem daur kompresi uap menggunakan kerja mekanik yang mengevaporasi dan mengkompresi refrijeran dalam proses pendinginannya.
- Freezer dengan sistem kriogenik
Freezer dengan sistem kriogenik bekerja dengan menyemprotkan secara langsung bahan pendingin berupa nitrogen cair dan karbon dioksida cair atau gas secara langsung pada bahan yang akan didinginkan.
Berdasarkan pada laju pergerakan es freezer terbagi menjadi beberapa kategori :
- Slow freezer (0,2 cm/h), contoh : chest freezer
- Quick freezer (0,5 – 3cm/h), contoh : blast freezer
- Rapid freezer (5 – 10 cm/h), contoh : fluidised bed freezer
- Ultra rapid freezer (10 – 100 cm/h) contoh : kriogenik freezer
c. Macam-macam freezer yang sering dipergunakan
Beberapa jenis freezer yang sering digunakan adalah :
- Chest freezer
Chest freezer merupakan jenis mesin pendingin yang berbentuk seperti peti dengan suhu kerja antara - 20⁰ C sampai -38⁰ C.
Gambar 2.1 Chest freezer
- Up right freezer
Gambar 2.2 Upright freezer
2.1.2. Laju perpindahan Kalor
Laju perpindahan kalor pada mesin pendingin terdiri atas dua jenis yaitu laju perpindahan kalor konduksi dan laju perpindahan kalor konveksi.
a. Laju 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 bersinggungan secara langsung.
b. Perpindahan kalor konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses transpor energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.
- Konveksi bebas
Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralatan 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 peroses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa fluida untuk mengalir. Alat bantu yang diperrgunakan dapat berupa pompa, blower, kipas angin atau kompressor.
2.1.3. Refrijeran
Refrijeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus kompresi uap dari mesin pendingin. Refrijeran berfungsi untuk menyerap kalor dari benda-benda yang berada di dalam evaporator dan membuangnya ke lingkungan sekitar kondenser.
a. Syarat-syarat refrijeran
Refrijeran yang dipergunakan dalam mesin pendingin siklus kompresi uap sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut :
- Tidak beracun.
- Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas, udara dan sebagainya.
- Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
- Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar kalor yang diserap evaporator sebesar-besarnya.
- Mempunyai konduktifitas termal yang tinggi. b. Jenis-jenis refrijeran
Refrijeran dibedakan menjadi dua jenis yaitu refrijeran primer dan refrijeran sekunder.
- Refrijeran primer
Refrijeran primer adalah fluida kerja yang digunakan oleh mesin pendingin, yang mengalami siklus kompresi uap. Refrijeran mengalami proses penguapan di evaporator dan mengalami proses pengembunan di kondenser.
- Refrijeran sekunder
Refrijeran sekunder adalah fluida yang didinginkan oleh evaporator pada sistem refrijerasi.
2.1.4. Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap
Gambar 2.3 Komponen utama mesin pendingin siklus kompresi uap
a. Kompresor
Fungsi kompresor pada mesin pendingin adalah untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi.
Jenis-jenis kompresor menurut prinsip kerjanya yang banyak digunakan pada mesin pendingin siklus kompresi uap standar adalah sebagai berikut :
Gambar 2.4 Kompresor jenis piston
Kompresor jenis piston banyak digunakan pada kulkas, freezer dan mesin pendingin lain yang memerlukan kapasitas pendinginan yang tidak terlalu besar.
- Kompresor jenis rotary
Kompresor jenis rotary banyak digunakan pada mesin pengkondisian udara jenis central, mesin pengkondisian udara rumah tangga dan mesin pendingin lain yang memerlukan kapasitas pendinginan yang besar.
Jenis-jenis kompresor jika dilihat dari posisi motor penggeraknya, dapat dibagi menjadi tiga jenis : kompresor hermetik, kompresor semi hermetik dan kompresor open type
1. Kompresor hermetic
Kompresor hermetik adalah kompresor yang motor penggerak dan kompresornya berada dalam suatu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutarkan poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.
Keuntungan dari kompresor hermetik adalah : - Bentuknya kecil, kompak dan harganya murah.
- Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran. - Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingannya
rendah.
Kerugian dari kompresor hermetik adalah :
- Kerusakan yang terjadi didalam kompresor susah dideteksi sebelum rumah kompresor dibuka.
Kompresor semi adalah kompresor yang motor serta kompresornya berada di dalam satu tempat atau rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak.
3. Kompresor Open type
Kompresor open type adalah kompresor yang motor penggeraknya terpisah dengan kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui hubungan sabuk. Kompresor ini umumnya digunakan pada mesin pendingin dengan kapasitas besar.
Keuntungan kompresor open type :
- Jika terjadi kerusakan kita dapat dengan mudah melakukan penggantian komponen.
- Ketinggian minyak pelumas dapat diketahui dengan lebih mudah. - Putaran kompresor dapat diubah dengan cara mengubah diameter puli. - Pada daerah yang belum tersedia listrik, kompresor dapat bekerja dengan
sumber tenaga lain seperti mesin diesel. Kekurangan kompresor open type : - Bentuknya besar dan berat.
- Berharga mahal. b. Evaporator
ini diperlukan energi kalor, energi kalor diambil dari lingkungan evaporator yaitu dari bagian dalam mesin pendingin.
Gambar 2.6 Evaporator mesin freezer c. Kondenser
Kondenser pada mesin pendingin merupakan tempat perubahan fase refrigeran dari gas menjadi cairan (pengembunan atau kondensasi). Pada proses yang terjadi pada kondenser kondenser mengeluarkan kalor,kalor yang dikeluarkan kondenser dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar.
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler pada mesin pendingin berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran. Pipa kapiler dipasang diantara kondenser dan evaporator, pada sisi masuk dari pipa kapiler dipasangi filter. Ketika refrijeran mengalir di dalam pipa kapiler refrigeran mengalami penurunan tekanan karena ukuran penampang pipa yang lebih kecil dari pipa sebelumnya. Diameter pipa kapiler yangumum digunakan pada mesin pendingin adalah 0,0026 dan 0,0028 m.
Gambar 2.8 Pipa kapiler
e. Filter
menyebabkan air menjadi beku di dalam pipa yang menyebabkan aliran refrijeran menjadi buntu.
Gambar 2.9 Filter
2.1.5. Komponen Pendukung Mesin Pendingin
Selain komponen utama, mesin pendingin juga memiliki beberapa komponen pendukung lain yang berfungsi untuk membantu kerja dari mesin pendingin yaitu : Thermostat, Overload Protector, Heater dan Fan.
a. Themostat
Gambar 2.10 Thermostat b. Overload motor protector
Overload motor protector pada mesin pendingin merupakan pengaman yang berfungsi untuk melindungi motor kompresor dari beban kerja yang berlebihan. Ketika kompresor mengalami panas yang berlebihan maka
Overload motor protector akan memutus arus ke motor kompresor agar kompresor tidak mengalami kerusakan.
Gambar 2.11Overload motor protector
Heater pada mesin pendingin berfungsi untuk mencairkan bunga es yang terdapat pada evaporator. Heater juga dapat mencegah bunga es pada rak es dan rak penyimpanan lainnya di mesin pendingin.
Gambar 2.12 Heater
d. Fan
Fan pada mesin pendingin berfungsi untuk mensirkulasikan suhu dingin dari evaporator ke seluruh bagian penyimpanan dari mesin pendingin. Fan juga berfungsi mencegah terjadinya bunga es di evaporator, tanpa fan maka suhu dingin akan terkumpul di evaporator saja dan akan menghasilkan bunga es.
2.1.6. Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut pada diagram P-h dapat digambarkan seperti pada gambar 2.14.
Gambar 2.14 Diagram P-h
Skema siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.15.
Siklus kompresi uap pada gambar 2.14 dan 2.15 dapat dibagi menjadi beberapa tahapan sebagai berikut : proses kompresi, proses kondensasi, proses ekspansi dan evaporasi.
a. Proses kompresi
Proses kompresi terjadi pada tahap 1-2 dari gambar 2.14 dan 2.15. Refrigeran dalam bentuk uap masuk ke kompresor, kerja atau usaha yang diberikan pada refrijeran akan menyebabkan kenaikan pada tekanan sehingga temperatur refrigeran akan lebih tinggi dari temperatur lingkungan atau refrigeran mengalami fasa superheated.
b. Proses kondensasi
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2-3 dari gambar 2.14 dan 2.15. Refrigeran dalam fasa superheated memasuki kondenser dan mengalami pelepasan kalor pada tekanan konstan ke lingkungan yang menyebabkan penurunan dari fasa superheated dan pengembunan refrijeran.
c. Proses ekspansi
Proses ekspansi terjadi pada tahap 3-4 dari gambar 2.14 dan 2.15. Refrigeran dalam fasa cair mengalir menuju ke komponen ekspansi dan mengalami penurunan tekanan dan suhu. Sehingga suhu dari refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa refrigeran berubah menjadi cair jenuh.
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-5 dari gambar 2.14 dan 2.15. Refrigeran dalam fasa cair jenuh mengalir ke evaporator memiliki tekanan dan temperatur rendah sehingga akan menerima kalor dari lingkungan yang akan didinginkan sehingga fasa dari refrigeran akan berubah seluruhnya menjadi uap jenuh yang akan masuk ke kompresor untuk di sirkulasikan kembali.
2.1.7. Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin
Dengan bantuan diagram entalpi-tekanan, besaran yang penting dalam siklus kompresi uap dapat diketahui. Kerja kompresi, energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondenser dan koefisien prestasi (COP).
a. Kerja kompresor (Wcomp)
Kerja kompresor persatuan massa refrijeran merupakan perubahan entalpi pada titik 1-2 di Gambar 2.15, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.3)
Wcomp = h2 – h1 , kJ/kg (2.3) b. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser
Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.15, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.4).
Qkon = h3 – h2 , kJ/kg (2.4)
Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.15, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.5).
Qevap = h5– h4 , kJ/kg (2.5)
d. Koefisien prestasi (COP)
Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah dampak refrijerasi dibagi kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.6) COPaktual = Qin/Win = (h1-h4) / (h2-h1) ( 2.6)
2.2. Tinjauan Pustaka
pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 Watt dengan COP sebesar 2,64. Sedangkan untuk waktu pendinginan diperolah paling lama oleh beban paling tinggi (bola lampu 400 Watt).
23
BAB III
PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Pembuatan Alat
3.1.1. Komponen Mesin Freezer
Komponen mesin freezer yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondenser, evaporator, filter.
a. Kompresor
Spesifikasi kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Kompresor Jenis kompresor : Hermetic Refrigeration
Arus : 0,88 A Daya kompresor : 115 Watt b. Kondenser
Spesifikasi kondenser yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Gambar 3.2 Kondenser Panjang pipa : 900 cm
Gambar pipa kapiler :
Gambar 3.3 Pipa kapiler
Panjang pipa kapiler : 220 cm Diameter pipa kapiler : 0,028 cm Bahan pipa kapiler : Tembaga d. Evaporator
Gambar 3.4 Evaporator Bahan evaporator : Baja galvanis
3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Freezer
a. Pemotong pipa
Fungsi pemotong pipa adalah untuk memotong pipa pada proses pembuatan mesin pendingin.
b. Pelebar pipa
Fungsi pelebar pipa adalah untuk memperbesar ujung dari pipa agar mempermudah proses penyambungan dan pengelasan.
Gambar 3.6 Pelebar pipa c. Tang
Fungsi tang adalah untuk menahan pipa pada saat proses pengelasan.
Fungsi pompa vakum adalah untuk mengeluarkan udara dari dalam sistem mesin pendingin agar diperoleh keadaan vakum didalam sistem mesin pendingin.
Gambar 3.8 Pompa vakum e. Manifold gauge
Fungsi manifold gauge adalah untuk mengukur tekanan refrijeran pada saat pengisian maupun pada saat operasi.
f. Alat las
Fungsi Alat las pada penelitian ini adalah untuk menyambung pipa-pipa pada mesin pendingin.
Gambar 3.10 Alat las Bahan las : Kuningan & Perak
3.1.3. Langkah - langkah Pembuatan Mesin Freezer
langkah – langkah pembuatan mesin pendingin adalah 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 metil
e. Proses pemvakuman mesin pendingin.
g. Pemasangan alat ukur suhu/termokopel. h. Proses uji coba
Gambar 3.11 Proses uji coba
3.2. Metodologi Penelitian
3.2.1. Benda Uji
Gambar 3.12 Benda uji
3.2.2. Beban Pendinginan
Beban pendinginan yang digunakan pada penelitian ini adalah air dengan volume sebesar 0,5 liter. Kondisi awal air bersuhu 27⁰C (sama dengan suhu udara lingkungan).
3.2.3. Peralatan Pendukung
Alat yang digunakan untuk mendukung proses penelitian yaitu : a. Termokopel
b. Gelas ukur c. Air d. Kabel roll
3.2.4. Cara Pengambilan Data
a. Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel ditempatkan pada posisi yang diinginkan.
Gambar 3.15 Proses pengambilan data temperatur
b. Data tekanan diperoleh dari alat ukur tekanan yang dipasang sebelum masuk kompresor dan setelah keluaran evaporator.
Gambar 3.16 Proses pengambilan data tekanan
3.2.5. Cara Pengolahan data
Gambar 3.17 Contoh penggunaan p-h diagram untuk mencari entalpi b. Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk
menghitung besarnya energi persatuan massa yang dilepas kondenser, energi persatuan massa yang diserap evaporator, kerja kompresor dan COP mesin pendingin.
3.2.6. Cara Mendapatkan Kesimpulan
35
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor
Hasil penelitian untuk tekanan masuk dan keluar kompresor dapat dilihat pada Tabel 4.1
Tabel 4.1 Tekanan masuk dan keluar kompresor
No Waktu
b. Nilai suhu masuk dan keluar kompresor
Tabel 4.2 Suhu masuk dan keluar kompresor c. Nilai suhu masuk dan keluar kondenser
Hasil penelitian suhu masuk dan keluar kondenser terdapat pada tabel 4.3 Tabel 4.3 Suhu masuk dan keluar kondenser
d. Nilai suhu masuk dan keluar evaporator
Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk dan keluar evaporator dapat dilihat pada tabel 4.4
Tabel 4.4 suhu masuk dan keluar evaporator
No Waktu
e. Suhu kerja evaporator dan kondenser
Tabel 4.5 Suhu evaporator dan kondenser
4.2. Perhitungan
a. Kerja evaporator
Perhitungan kerja evaporator diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.5 yaitu : Qevap = (h5– h4) , kJ/kg
Tabel 4.6 jumlah energi persatuan massa refrijeran yang diserap evaporator
Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran
Perhitungan nilai kerja kondenser diperoleh dari persamaan 2.4 yaitu : Qkon = (h3 – h2) , kJ/kg
Tabel 4.8 Jumlah energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas
d. Koefisien Prestasi (COP Aktual)
Perhitungan koefisien prestasi diperloh dengan menggunakan persamaan 2.6 yaitu :
Qevap = 0,00004t2 - 0,031t + 151,9 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
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 menjadi stabil. Pada penelitian ini kerja kompresor persatuan massa refrijeran mulai stabil pada waktu sekitar t= 150 menit, dengan harga Wkomp sebesar 34 kJ/kg. Jika nilai Wkomp dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan Wkomp = -0,000000003t4 + 0,000003t3 - 0,001t2 + 0,313t + 11,76 (berlaku untuk t =30 menit sampai t = 480 menit).
Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit
Gambar 4.3 Energi kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit
Gambar 4.4 COP mesin freezer dari t = 30 menit sampai t = 480 menit COPaktual = (8*10^-10)t4 - (1*10^-6)t3 + 0,000t2 - 0,078t + 9,460
R² = 0,952
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
-20 80 180 280 380 480
CO
Pakt
ual
47
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
a. Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. b. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran pada saat stabil sebesar 34
kJ/kg. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Wkomp = -0,000000003t4 + 0,000003t3 - 0,001t2 + 0,313t + 11,76 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
c. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran pada saat stabil sebesar 145 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang diserap evaporator dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Qevap = 0,00004t2 - 0,031t + 151,9 76 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
d. Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrijeran pada saat stabil sebesar -199 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas kondenser dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Qkond= 0,0000000001t5 + 0,000000024 - 0,00001t3 + 0,003t2 - 0,441t - 175,5 (berlaku untuk t = 30 menit sampai t = 480 menit).
COPaktual = 0,0000000008t4 - 0,000001t3 + 0,000t2 - 0,078t + 9,460 (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.
DAFTAR PUSTAKA
Stoecker, WF, 1989, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Frank Kreith, 1984, perpindahan kalor
Witjahjo, 2009, Uji Prestasi Mesin Pendingin Menggunakan Refrijeran LPG Anwar, 2010, Efek Beban Pendinginan Terhadap Performa Sistem Mesin Pendingin
LAMPIRAN
P-h diagram menit ke 30
P-h diagram menit ke 90
P-h diagram menit ke 150
P-h diagram menit ke 210
P-h diagram menit ke 270
P-h diagram menit ke 330
P-h diagram menit ke 390
P-h diagram menit ke 450
