I
CHEST FREEZER DENGAN DAYA KOMPRESOR 0,2 PK
DAN PANJANG PIPA KAPILER 1,4 METER
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1TeknikMesin
Diajukan oleh :
SAMUEL THEODORUS BLEGUR
NIM : 12521405
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
II
CHEST FREEZER WITH 0,2 PK COMPRESSOR CAPACITY
AND 1,4 METER LENGTH OF CAPILLARY PIPE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the SarjanaTeknik degree in Mechanical Engineering
By
SAMUEL THEODORUS BLEGUR
Student Number : 125214050
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI
SANATA DHARMA UNIVERSITY
V
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 26 November 2014
VI
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul.
Chest Freezer dengan daya kompresor 0,2 PK dan panjang pipa kapiler 1,4
meter.
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 26 November 2014
Yang menyatakan,
VII
INTISARI
Indonesia merupakan negara beriklim tropis, sehingga mesin pendingin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Hampir di setiap tempat, banyak di temukan mesin-mesin pendingin. Mesin pendingin siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin (refrigeran) sehingga menghasilkan perubahan panas dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap. b) Mengetahui karakteristik chest freezer meliputi COPaktual dan COPideal chest
freezer, kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator per satuan massa., kalor yang dilepas kondensor per satuan massa., efisiensi dan laju aliran massa dari mesin pendingin
Metode yang digunakan adalah dengan metode eksperimental. Beban pendingin dipilih air 240 ml di dalam ruang pendingin. Lalu proses pengambilan data dilakukan pada mesin pendingin selama 150 menit. Setelah pengambilan data pada mesin, lalu data tersebut dianalisis secara teoritis dengan menetukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus, kapasitas refrigerasi dan COP sistem.
Hasil penelitian memberikan kesimpulan Kalor persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual terendah chest freezer sebesar
3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3 dan COP aktual rata-rata chest
freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi
chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata chest freezer sebesar 4,14, Kalor
persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual
terendah chest freezer sebesar 3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3
dan COP aktual rata-rata chest freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer
sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata
VIII
Abstract
Indonesia is a country with tropic climate,thus refrigerator has been used in our daily life nowadays. Almost in every places,lots of refrigerator can be found. Steam compression cycle of refrigerator is a refrigerator which the inside of it,happens a cycle from the matter of refrigerator (refrigerant) the result with that cycle create changing of heat and pressure.The purpose of this research are a) making chest freezer that works with steam compression cycle. b) understand the characteristic of chest freezer include COP actual and COP ideal chest freezer,compressor works,the heat which been absorbed by evaporator / mass,the heat which been released by the condenser / mass,the efficiency and flow speed of mass from the refrigerator.
The method that has been used is an experimental method. The load of the cooler is 240ml of water inside of the refrigerator. Then the interpretation data process taken on refrigerator for 150 minutes. After taken the interpretation data on machine,then the data must be analyzed theoretical with determine the condition of the refrigerant on every cycle point,the capacity of refrigeration,and COP system
IX
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan lancar dan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat mahasiswa untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, Skripsi ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih 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. 3. Dr. Drs. Vet Asan Damanik., selaku Dosen Pembimbing Akademik
4. Agus Blegur dan Maria selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna bagi kita semua.
Yogyakarta, 26 November 2014
X HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... VI INTISARI ... VII
BAB II. DASAR TEORI TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Dasar Teori ... 5
2.2 Tinjauan Pustaka ... 28
BAB III. PEMBUATAN ALAT ... 24
3.1 Komponen ... 24
3.2 Persiapan Alat dan Bahan ... 38
XI
BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN ... 44
4.1 Mesin Chest Freezer yang Diteliti ... 44
4.2 Skematik Mesin Chest Freezer ... 45
4.3 Alur Pembuatan Mesin Chest Freezer dan Penelitian ... 45
4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan... 48
4.5 Cara Mengolah Data dan Melakukan Pembahasan ... 47
4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan... 49
BAB V. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 50
5.1 Hasil Penelitian ... 50
5.2 Perhitungan dan Pengolahan Data ... 51
5.3 Hasil Perhitungan ... 56
5.4 Pembahasan ... 57
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
6.1 Kesimpulan ... 65
6.2 Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 67
XII
DAFTAR
GAMBARGambar 1.1 Chest freezer untuk bahan makanan ... 2
Gambar 1.2 Chest freezer untuk Rumah Sakit ... 3
Gambar 2.1 Chest Freezer ... 4
Gambar 2.2 Kompresor jenis hermatik ... 7
Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermetik ... 7
Gambar 2.4 Kompresor Rotari ... 8
Gambar 2.5 Kondensor berpendingin udara dan berpendingin air ... 9
Gambar 2.6 Kondensor berpendingin air dan udara.dan kondensor 11 U ... 10
Gambar 2.7 Evaporator Pelat dan Evaporator Pipa ... 10
Gambar 2.8 Evaporator pipa dengan sirip ... 10
Gambar 2.9 Pipa Kapiler ... 11
Gambar 2.10 Filter ... 12
Gambar 2.11 Skema siklus kompresi uap ... 15
Gambar 2.12 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h ... 15
Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s ... 16
Gambar 2.14. Grafik P-h untuk refrigeran R134a ... 21
Gambar 2.15 Perpindahan kalor konduksi ... 23
Gambar 2.16 Perpindahan Kalor Konveksi ... 24
Gambar 3.1 Kompresor ... 31
Gambar 3.2 Kondensor ... 32
Gambar 3.3 Pipa kapiler... 33
XIII
Gambar 3.5 Evaporator ... 34
Gambar 3.6 Tabung berisi refrigeran R134a ... 34
Gambar 3.7 Pemotong pipa ... 35
Gambar 3.8 Pompa vakum ... 35
Gambar 3.9 Manifold gauge ... 36
Gambar 3.11 Termostat ... 37
Gambar 3.12 Sterofoam ... 37
Gambar 3.13 Pembuatan rangka Chest Freezer... 38
Gambar 3.14 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor ... 39
Gambar 3.15 Proses pengelasan kondensor dengan filter... 40
Gambar 3.16 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler ... 40
Gambar 3.17 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator ... 41
Gambar 3.18 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor ... 41
Gambar 3.19 Proses pemvakuman ... 42
Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R134a ... 42
Gambar 3.21 Proses pengujian alat ... 43
Gambar 3.22 Tekanan normal pada pengujian alat... 43
Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (chest freezer) ... 44
Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin chest freezer ... 45
Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital ... 46
Gambar 4.4 Pengukur Tekanan ... 46
Gambar 4.5 P – h diagram ... 47
Gambar 4.6 Air (beban pendinginan) ... 47
Gambar 4.7 Kabel Roll ... 45
XIV
dan waktu ... 58
Gambar 5.4 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator ... 59
Gambar 5.5 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dan waktu ... 60
Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu ... 61
Gambar 5.7 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu ... 61
XV
DAFTAR
TABELTabel 4.1 Pencatatan Hasil Pengukuran Suhu dan Tekanan ... 48
Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1& P2) dan suhu (T1& T3) ... 50
Tabel 5.2 Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb ... 51
Tabel 5.3 Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg ... 52
Tabel 5.4 Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer... 57
Tabel 5.5 Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer... 57
XVI
DAFTAR LAMPIRAN
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 1 (menit 30) ... 68 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 2 (menit 60) ... 68 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 3 (menit 90) ... 68 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 4 (menit 120) ... 69 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini khususnya di Indonesia yang memiliki iklim tropis, sangat membutuhkan mesin pendingin sebagai tempat penyimpanan makanan. Mesin pendingin tempat penyimpanan bahan makanan seperti chest freezer dapat dijumpai di pertokoan dan pasar swalayan. Chest freezer dapat digunakan untuk menyimpan daging ayam, daging sapi, ikan, sosis, kentangdan sejenisnya. Mini market juga menggunakan chest freezer untuk menjual es krim.
Seiring dengan berkembangnya jumlah penduduk, maka kebutuhan akan bahan makanan siap olah pun terus mengalami peningkatan. Chest Freezer yang memiliki suhu kerja antara -15oC sampai -30oC berfungsi sebagai mesin pendingin dan penyimpan bahan makanan seperti agar tidak kadaluwarsa dalam waktu tertentu dan tetap segar untuk memenuhi kebutuhan pasar..
Selain tetap segar, bahan makanan juga memerlukan tempat penyimpanan agar tetap beku seperti ice cream. Kebutuhan lain diluar penyimpanan makanan dan ice cream, seperti penyimpanan vaksin, virus dan darah di Rumah Sakit juga memerlukan mesin pendingin.
Dari latar belakang diatas penulis tertarik untuk melakukan penelitian mesin pendingin chest freezer.
pendingin mempergunakan siklus kompresi uap, misalnya : freezer, kulkas, ice maker,showchase, dispenser, chest freezer,dan cold storage.
Gambar 1.2. Chest freezer untuk Rumah Sakit (Sumber : http://thermoking.freezer.com)
1.2 Tujuan
Tujuan pengujian ini adalah :
a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler 1,4 meter dan daya kompresor 0,2 Pk
b) Mengetahui karakteristik chest freezer yang dibuat meliputi :
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran.
Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.
COPaktual dan COP ideal.
Efisiensi.
Laju alira massa.
1.3 Batasan
a) Refrigeran yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R134a.
b) Komponen mesin pendingin terdiri dari komponen utama seperti : kompresor 0,2 PK, kondensor 11 U, pipa kapiler sepanjang 1,4 meter, filter, evaporator, dan tempat untuk membekukan air.
c) Kondensor dan evaporator yang dipergunakan adalah kondensor dan evaporator yang dipergunakan pada mesin chest freezer standart berdaya 0,2 PK.
d) Pipa kapiler yang dipergunakan dari bahan tembaga berdiameter 0,028 in. 1.4 Manfaat
Manfaat dalam pengujian :
a) Bagi penulis mempunyai pengalaman dalam pembuatan chest freezer.
b) Bagi penulis mampu memahami karakteristik chest freezer dan mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap.
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1 Definisi Chest Freezer
Chest freezer adalah mesin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan
pendingin sehingga terjadi perubahan panas dan tekanan. Chest freezer menggunakan bahan pendingin (refrigeran) yang bersirkulasi menyerap panas dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah menjadi tekanan tinggi. Sirkulasi tersebut berulang secara terus menerus. Dalam sistem chest freezer, jumlah refrigeran yang digunakan adalah tetap, yang berubah adalah bentuknya. Chest freezer digunakan untuk mendinginkan sayur, buah, ice cream dan bahan makanan lainnya. Suhu pendinginannya antara -150C sampai -300C
Dalam penulisan skripsi ini penulis menggunakan chest freezer siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler sepanjang 1,4 m.
Gambar 2.1 Chest Freezer
2.1.2. Chest freezer menggunakan Siklus Kompresi Uap
Chest freezer dengan siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang
sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena memiliki nilai COP yang tinggi. Jenis chest freezer dengan siklus kompresi uap menggunakan kompresor sebagai komponen utama untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan refigeran, pipa kapiler yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refigeran, evaporator yang berfungsi untuk menyerap panas, kondensor yang berfungsi untuk membuang panas.
Demikian dijelaskan komponen utama dari chest freezer dengan siklus kompresi uap.
2.1.2.1. Kompresor
kompresor tidak dapat diperbaiki sebelum rumah kompresor dipotong dan minyak pelumas di dalam kompresor hermetik susah diperiksa.
Gambar 2.2 Kompresor jenis hermatik (sumber : http://www.emsteknik.com)
Selain kompresor hermetik terdapat juga kompresor semi-hermetik dan rotari yang biasa digunakan dalam mesin pendingin. Kompresor semi-hermetik adalah kompresor dimana motor serta kompresornya berada di dalam satu tempat atau rumah, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak. Kompresor ini sering pula disebut kompresor jenis baut atau “Bolted type Hermetic”.
Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermetik. (sumber : http://www.emsteknik.com)
stator. Rotor terdiri dari dua baling – baling. Langkah hisap terjadi saat pintu masuk (2) mulai terbuka dan berakhir setelah pintu masuk tertutup, pada waktu pintu masuk sudah tertutup dimulai langkah tekan, sampai katup pengeluaran (5) membuka, sedangkan pada pintu masuk secara bersamaan sudah terjadi langkah hisap demikian seterusnya.
Keuntungan kompresor rotari adalah sebagai berikut. Karena setiap putaran menghasilkan langkah – langkah hisap dan tekan secara bersamaan, maka momen putar lebih merata akibatnya getaran/kejutan lebih kecil. Ukuran dimensinya dapat dibuat lebih kecil & menghemat tempat. Kerugiannya adalah sampai saat ini hanya dipakai untuk sistem AC yang kecil saja sebab pada volume yang besar, rumah dan rotornya harus besar pula dan kipas pada rotor tidak cukup kuat menahan gesekan.
Gambar 2.4 Kompresor Rotari. (sumber : http://www.emsteknik.com)
lanjut. Suhu gas refrigeran keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja kondensor, demikian pula dengan nilai tekananya. Pada penelitian ini, kompresor yang digunakan adalah 0,2 PK.
2.1.2.2. Kondensor
Kondenser adalah alat yang befungsi sebagai tempat kondensasi atau pengembunan freon. Pada kondenser berlangsung dua proses utama yaitu proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses dari gas jenuh ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas jenuh ke cair jenuh berlangsung pada suhu yang tetap. Saat kedua proses berlangsung, kondensor mengeluarkan kalor dan pada tekanan yang tetap. Kalor yang dilepaskan kondensor dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Berdasrkan media pendinginannya, kondensor dibagi menjadi 3 macam, yaitu kondensor berpendingin air, kondensor berpendingin udara dan kondensor berpendingin air serta udara.
Kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin kapasitas kecil adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, pipa dengan pelat besi dan pipa-pipa dengan sirip-sirip. Pada umumnya jenis kondensor yang sering dipakai pada chest freezer adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat. Dan pada penelitian ini, kondensor yang digunakan adalah kondensor 11 U.
Gambar 2.6 Kondensor berpendingin air dan udara.dan kondensor 11 U. (sumber : http://idkf.bogor.net)
2.1.2.3. Evaporator
Evaporator adalah tempat terjadinya perubahan fase refrigeran dari cair menjadi gas (penguapan). Pada saat proses perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor diambil dari lingkungan evaporator (benda-benda padat atau pun cair yang ada di dalam evaporator chest freezer). Proses penguapan freon di evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator yang banyak digunakan pada chest freezer adalah jenis permukaan datar, pipa-pipa dan pipa dengan sirip-sirip.
Gambar 2.8 Evaporator pipa dengan sirip. (sumber : http://www.diytrade.com)
2.1.2.4. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini mempunyai dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler merupakan suatu pipa pada chest freezer yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan dengan pipa‐pipa lainnya. Dan dalam penulisan skripsi ini, menggunakan pipa kapiler sepanjang 1,4 m dengan diameter 0,
028 in. Fungsi pipa kapiler yaitu menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir di dalam pipa. Proses penurunan tekanan dalam pipa kapiler diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan (proses yang ideal ). Kerusakan chest freezer paling banyak dijumpai pada pipa kapiler yaitu terjadi bocor dan tersumbat.
2.1.2.5. Filter
Filter adalah alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran yang melewati sebuah sistem chest freezer. Dengan adanya filter maka kotoran tidak dapat melewatinya. Selain itu, filter juga berfungsi untuk menangkap uap air yang akan masuk ke dalam sistem. Apabila sebuah sistem terdapat kotoran yang masuk ke dalam pipa kapiler tanpa melalui penyaring atau filter, maka sistem menjadi buntudan tidak dapat bekerja. Demikian juga dengan uap air, adanya uap air dalamsebuah sistem membuat air dapat beku di dalam pipa kapiler dan berakibat tertutupnya sebuah sistem. Bentuk umum dari filter berupa tabung kecil dengan diameter antara 12 - 15 mm, sedangkan panjangnya antara dari 14 - 15 cm.
Gambar 2.10 Filter
(sumber : http://parma-teknik.blogspot.com) 2.1.3. Bahan Pendingin (Refrigeran)
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. Berikut beberapa contoh refrigeran yang ada di lapangan.
2.1.3.1. Udara
Penggunaan udara sebagai refrigeran umumnya dipergunakan di pesawat terbang, sistem pendingin menggunakan refigeran udara menghasilkan COP yang rendah tetapi aman.
2.1.3.2. Amoniak (NH3)
Amonia adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok fluorocarbon yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun amoniak (NH3) beracun dan kadang-kadang mudah terbakar atau meledak pada kondisi tertentu, namun ammonia (NH3) biasa digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada industri besar.
2.1.3.3. Karbondioksida (CO2 )
2.1.3.4. Refrigeran-12
Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia CCl2 F2(Dichloro Difluoro Methane). Refrigeran jenis ini dilarang digunakan
pada saat ini karena tidak ramah lingkungan. R-12 mempunyai titik didih -21,6 F (-29,8 C). Untuk melayani refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif.
2.1.3.5. Refrigeran-22
Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia CHClF2 . R-22 mempunyai titik didih 41,4 F (5,22 C). Refrigeran ini telah banyak
digunakan untuk menggantikan R-12, tetapi pada saat ini penggunaan refigeran jenis ini dilarang untuk digunakan karena kurang ramah lingkungan.
2.1.3.6. HFC (Hydro Fluoro Carbon)
Refigeran jenis ini yang saat ini paling sering digunakan karena memiliki sifat yang ramah lingkungan sehingga tidak merusak lapizan ozon.
Pada saat ini penulis memilih menggunakan jenis refrigeran yang aman dipergunakan dalam sistem pendingin. Sehingga refrigeran yang dipilih adalah refrigeran jenis HFC (hydro fluoro carbon) atau R-134a. Freon 134a ataupun HFC-134a adalah refrigeran haloalkana yang tidak menyebabkan penipisan ozon dan memiliki sifat-sifat yang mirip dengan R-12 (diklorodiflorometana). R134a
mempunyai rumus molekul CH2FCF3 dan titik didih pada−26,3 °C (−15,34 °F).
relatif mudah diperoleh, memiliki kestabilan yang tinggi, umur hidup atmosfer pendek
2.1.4. Siklus Kompresi Uap
Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler. Gambar 2.11. adalah skema alir siklus kompresi uap.
Gambar 2.11 Skema siklus kompresi uap 2.1.5. Tahapan Siklus Kompresi Uap
Gambar 2.12 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h.
Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s.
Keterangan proses-proses pada Gambar 2.12 adalah sebagai berikut :
Proses 1-2 (Proses Kompresi)
Proses 2-2’ (Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut)
Proses ini adalah proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung di kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor di kondensor sehingga fasanya berubah dari gas panas lanjut menjadi cair. Di kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan udara, kalor berpindah dari refrigeran ke udara yang ada sekitar kondensor sehingga refrigeran mengembun menjadi cair. Proses berlangsung pada tekanan tetap.
Proses 2’-3’ (Proses Pengembunan)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor sehingga fasanya berubah dari uap jenuh menjadi cair jenuh. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya. Proses ini berlangsung pada suhu tetap dan tekanan tetap.
Proses 3’-3 (Proses Pendinginan Lanjut)
Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan lanjut membuat membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam keadaan cair. Hal ini membuat refrigeran lebih mudah mengalir melalui pipa-pipa kapiler dalam sebuah sistem pendingin. Proses ini terjadi pada tekanan tetap.
Proses 3-4 (Proses Penurunan Tekanan)
Proses 3 - 4 adalah penurunan tekanan tidak reversible atau isentalpi pada entalpi konstan, dan cairan jenuh menuju tekanan evaporator.
Proses 4-1’(Proses Pendidihan)
Proses ini berlangsung didalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Proses berlangsung pada secara isobaris dan isothermis.
Proses 1’-1 (Proses Pemanasan Lanjut)
Pada proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Dengan adanya pemanasan lanjut, refrigeran yang akan masuk ke dalam kompresor benar-benar dalam kondisi gas. Hal ini membuat kompresor bekerja lebih ringan dan aman. Proses berlangsung pada tekanan tetap.
2.1.6 Rumus-Rumus Perhitungan Karakteristik Untuk Mesin Pendingin. Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan perhitungan, antara lain seperti, kerja kompresor, kalor yang dilepas evaporator per satuan masa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran massa.
a) Kerja Kompresor.
Besar kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.1).
Win = h2– h1 (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
o h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b) Kalor yang dilepas kondensor
Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dinyatakan menggunakan Persamaan (2.2)
Qout = h2– h3 (2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
o Qout : besar kalor yang dilepas kondensor (kJ/kg) o h2 : entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) o h3 : entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
c) Kalor yang diserap evaporator
Besar kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator dinyatakan menggunakan Persamaan (2.3)
Qin = h1– h4 (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
o Qin : besar kalor yang diserap evaporator (kJ/kg) o h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) o h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
d) COP aktual (Coefficient Of Performance)
karena merupakan perbandingan antara dampak refrigerasi (h1-h4) dengan kerja
spesifik kompresor (h2-h1) dinyatakan dalam Persamaan (2.4)
COP
aktual=
(2.4)Pada Persamaan (2.4) :
o COP aktual : koefisien prestasi chest freezer aktual
o h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) o h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
e) COP ideal (Coefficient Of Performance).
Besarnya koefisien yang menyatakan performance dalam posisi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)
COP ideal = (2.5)
Pada Persamaan (2.5) :
o COP ideal : koefisien prestasi maksimum chest freezer, o Te : suhu evaporator (oK)
o Tc : suhu kondensor (oK)
f) Efisiensi Chest freezer
Besarnya efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6)
Efisiensi = (2.6)
o COPideal : koefisien prestasi maksimum chest freezer o COPaktual : koefisien prestasi chest freezer
g) Laju liran massa refrigeran.
Besarnya laju aliran massa refrigerant dapat dihitung dengan Persamaan (2.7)
m = = (2.7)
Gambar 2.14. Grafik P-h untuk refrigeran R134a (sumber : http://www.engr.siu.edu)
2.1.7. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor (heat transfer) terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara kedua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang berpindah biasanya disebut dengan istilah kalor (heat). Kalor (heat) akan selalu bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Proses ini akan berlangsung secara terus menerus sampai tidak ada perubahan temperatur diantara kedua medium tersebut. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan berbagai cara seperti perpindahan kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi dan radiasi. Namun dalam mesin pendingin perpindahan panas terjadi hanya melalui perpindahan panas secara konduksi dan konveksi.
a. Perpindahan Kalor Konduksi
pada benda padat,cair dan gas. . Untuk zat cair dan gas, kondisi zat cair dan gas harus dalam keadaan diam atau tidak bergerak. Contoh perpindahan kalor secara konduksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan sebatang besi yang ujungnya dipanasi dengan api, sehingga ujung satunya akan ikut menjadi panas.
Gambar 2.15 memperlihatkan perpindahan kalor secara konduksi yang dapat dirumuskan sebagai pesamaan laju umum untuk perpindahan kalor konduksi atau sering dikenal dengan hukum fourier seperti pada Persamaan (2.8)
Gambar 2.15 Perpindahan kalor konduksi.
q = - k A. = - kA. ( 2.8)
Pada Persamaan (2.8) :
q : laju perpindahan panas,
k : konduktifitas thermal bahan,
. = gradien suhu perpindahan kalor,
: tebal dinding,
: perubahan suhu,
: suhu dinding 1
: suhu dinding 2
Pada persamaan (2.8) menunjukan bahwa laju perpindahan kalor bernilai minus (-) karena kalor akan selalu berpindah ketemperatur yang lebih rendah b. Perpindahan Kalor Konveksi
Kalor konveksi adalah perpindahan kalor dengan disertai perpindahan molekul molekul atau zat perantaranya. Dengan kata lain, perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (fluida atau gas) untuk mengalirkan kalor. Contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah saat proses merebus air.
Gambar 2.16 Perpindahan Kalor Konveksi
Gambar 2.16 memperlihatkan perpindahan kalor secara konveksi atau sering dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan seperti pada Persamaan 2.9.
q = hA(Ts−T∞) (2.9)
Pada persamaan (2.9) :
q : laju perpindahan panas
h : koefisien perpindahan panas konveksi
A : luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida
T∞: temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan.
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung pada benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Berikut penjelasan dan contoh dari keduanya:
a) Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection) Konveksi bebas adalah konveksi yang disebabkan oleh beda suhu dan perbedaan massa jenis dan tanpa peralatan bantu penggerak dari luar yang mendorongnya. Jadi aliran fluida atau udara pada konveksi bebas terjadi karena adanya perbedaan kerapatan. Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar yang menggerakkan udara.
b) Konveksi paksa (forced convection)
Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa perpindahan panas aliran gas atau fluida disebabkan adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara dengan blower. 2.1.8 Beban Pendinginan
a) Beban laten
Beban laten adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena adanya perubahan wujud (fase). Sebagai contoh air yang sudah didinginkan sampai 0°C kemudian didinginkan lagi sampai menjadi es pada suhu 0°C. Pada proses ini tidak terjadi perubahan suhu melainkan perubahan wujud (fase). Beban pendinginan disini disebut beban laten dan panas yang diserap disebut dengan panas laten.
b) Beban sensible
Beban sensible adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu 100°C didinginkan menjadi 0°C (masih dalam keadaan cair). Beban yang diterima dalam proses itu disebut beban sensible. Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C menjadi 0°C disebut panas sensible.
2.1.9 Proses Perubahan Fase
Secara umum proses perubahan fase dapat berlangsung karena adanya pengaruh temperatur. Perubahan fase banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya perubahan cair ke padat, gas ke cair, padat ke gas dan lain sebagainya. Namun dalam suatu sistem mesin pendingin hanya berlangsung dua perubahan fase yaitu pengembunan ( gas ke cair) dan penguapan (cair ke gas).
a) Proses Pengembunan (kondensasi).
ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi cairan disebut kondensor. Pada meisn pendingin, proses pengembunan atau kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refigeran dibuang keluar dari kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar kondensor adalah udara. Karenanya udara di sekitar memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan suhu kondensor.
b) Proses Penguapan (evaporasi)
Proses penguapan adalah proses perubahan bentuk zat dari cair menjadi uap / gas. Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat refigeran mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refigeran berubah fase dari cair menjadi gas. Proses penguapan memerlukan kalor. Kalor diambil dari lingkungan sekitar dimana evaporator itu ditempatkan. Pada mesin pendingin air, kalor diambil dari lingkungan sekitar evaporator yang berupa air sehingga air dapat berubah suhunya menjadi rendah dan berubah wujud menjadi es.
2.1.10 Contoh Spesifikasi Chest Freezer
(Sumber : http://showcasecoolerdast.com)
Dimensi 1080x625x840
Inner box, alumunium emboss plate 0,36mm
Evaporator, Aluminium pipe OD8 x t 1,0 mm x 22663 mm
Accumulator, Copper
Capilary pipe, OD 1.8 x ID 0.7 x 2500mm
Cabinet Box PCM 0.4 mm
Condensor, Steel Pipe D 4. 0 x t 0.71 x 21000 mm
Kompresor, Panasonic SF48C10RAX. 220V/50Hz,139W
Refrigeran R-134a, 100 gram
2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar, K (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini dilakukan dengan batasan -batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu 60, 100, 200,300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin (b) data dianalisi secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan : (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan cop sebes ar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt).
digunakan air. Dari hasil penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan pada line suction dapat meningkatkan nilai COP chestfreezer (b) waktu pendinginan tidak banyak perubahan.
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1. Komponen-komponen mesin pendingin
Komponen utama Chest Freezer yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan fluida kerja refrigeran R134a.
a) Kompresor
Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1. Kompresor (sumber : http://www.emsteknik.com) Jenis kompresor : Hermetik
Seri kompresor : AE 150 FK -932
Voltase : 220 Volt
b) Kondensor
Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Jenis : Kondensor Tipe U, dengan jumlah U = 11
Diameter pipa : 4.7 mm
Bahan pipa : Besi
Bahan sirip : Besi
Jarak sirip : 5 mm
Diameter sirip : 0.14 mm
Gambar 3.2. Kondensor
c) Pipa kapiler
Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Diameter pipa kapiler : 0,028 inchi Bahan pipa kapiler : tembaga
Gambar 3.3. Pipa kapiler d) Filter
Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.4. Filter Panjang filter : 100 mm
Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Bahan pipa evaporator : tembaga Bahan plat evaporator : alumunium
Gambar 3.5 Evaporator (sumber : http://www.diytrade.com) f) Refrigeran R134a
Refrigeran R134a dipergunakan sebagai fluida kerja Chest Freezer yang dibuat. Dalam penelitian ini dipergunakan refrigeran R134a karena lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigeran lain yang tersedia dipasaran.
3.1.1. Peralatan pendukung pembuatan chest freezer a. Alat pemotong pipa
Alat pemotong pipa adalah alat yang mempunyai fungsi untuk memotong pipa, agar hasil potongan menjadi rapi.
Gambar 3.7 Pemotong pipa (sumber : http://www.directindustry.com) b. Pompa vakum
Pompa vakum adalah alat yang mempunyai fungsi untuk proses atau untuk mengeluarkan udara dari dalam sistem mesin Chest Freezer sebelum diisi freon sebagai fluida kerja Chest Freezer.
Gambar 3.8 Pompa vakum
c. Manifold gauge
Manifold gauge adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengukur tekanan
refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat Chest Freezer bekerja.
Gambar 3.9 Manifold gauge
(sumber : http://www.friogasrefrigeracao.com.br) d. Alat las
Alat las adalah alat yang mempunyai fungsi untuk menyambung pipa-pipa tembaga pada Chest Freezer agar sistem dapat bekerja.
e. Termostat
Termostat adalah alat yang mempunyai fungsi sebagai pengatur suhu pada evaporator, jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai kebutuhan maka alat ini akan memutus arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.
Gambar 3.11 Termostat f. Sterofoam
Sterofoam mempunyai fungsi sebagai tempat diletakan evaporator agar evaporator dapat tertutup rapat.
3.2. Persiapan Alat dan Bahan
Persiapan komponen harus dilakukan sebelum memulai tahap proses pembuatan chest freezer. Komponen yang harus dipersiapkan berupa komponen-komponen utama chest freezer (Kompresor, Evaporator, Pipa Kapiler dan Kondensor) dan alat bantu yang diperlukan dalam pembuatan chest freezer. Hal ini sangat perlu dilakukan karena akan mempercepat dan mempermudah proses selanjutnya dalam pembuatan chest freezer.
Setelah semua komponen-komponen disiapkan, maka akan dilanjutkan pada proses penyambungan komponen-komponen chest freezer.
3.3 Langkah-Langkah Pembuatan Chest Freezer
Langkah-langkah pembuatan Chest Freezer dapat diketahui sebagai berikut ini : a. Proses pembuatan rangka Chest Freezer.
Pada proses ini diperlukan alat sebagai berikut alat potong plat baja mempunyai fungsi untuk memotong plat sesuai ukuran panjang, lebar dan tinggi yang sudah ditentukan sebelumnya, alat las mempunyai fungsi untuk menyambung plat baja yang sudah dipotong sebelumnya. Alat ukur mempunyai fungsi untuk menentukan ukuran plat baja.
b. Proses penyambungan dengan las antara kompresor dengan kondensor.
Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara kompresor dengan kondensor. Dalam proses penyambung terdapat perbedaan material yang akan disambung pipa output kompresor terbuat dari besi sedangkan kondensor terbuat dari tembaga. Proses penyambungan komponen ini membutuhkan bahan bantu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material dan agar pipa saluran keluar kompresor dan pipa saluran masuk kondensor tersambung dengan baik dan tidak bocor. Bahan yang digunakan pada pengelasan atau penyambungan ini menggunakan bahan perak dan kuningan.
Gambar 3.14 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor c. Proses penyambungan dengan las antara kondensor dengan filter,.
Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara pipa output kondensor dengan input filter. Proses penyambungan menggunakan las
Gambar 3.15 Proses pengelasan kondensor dengan filter d. Proses penyambungan dengan las antara filter dengan pipa kapiler.
Dalam proses ini diperlukan alat las yang mempunyai fungsi untuk menyambung output filter dengan pipa input pada pipa kapiler. Proses penyambungan menggunakan alat las dengan bahan perak dan kuningan sebagai penyambungnya. Tang adalah alat bantu yang mempunyai fungsi sebagai penahan pada sat proses pengelasan dilakukan.
Gambar 3.16 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler e. Proses penyambungan dengan las antara pipa kapiler dengan evaporator.
penyambungan menggunakan las dengna bahan perak dan kuningan. Tang mempunyai fungsi menahan pada saat proses pengelasan dan juga memipihkan diameter pipa saluran masuk evaporator supaya pipa kapiler dapat tersambung dengan baik.
Gambar 3.17 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator
f. Proses penyambungan dengan las antara evaporator dengan kompresor. Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai pipa penghubung evaporator dengan kompresor. Proses penyambungan komponen tersebut menggunakan alat las dengan bahan kuningan dan perak.
g. Proses pemvakuman Chest Freezer.
Dalam proses pemvakuman diperlukan pompa vakum yang mempunyai fungsi untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini bertujuan untuk mengeluarkan udara-udara yang masih terjebak dalam saluran-saluran pipa di Chest Freezer agar siklus dalam Chest Freezer dapat bekerja dengan maksimal.
Gambar 3.19 Proses pemvakuman h. Proses pengisian refrigeran R134a.
Dalam proses ini diperlukan refrigeran R134a sebagai fluida kerja Chest Freezer. Tekanan refrigeran yang akan dimasukan dalam siklus Chest Freezer harus sesuai dengan standar kerja Chest Freezer agar dapat bekerja dengan maksimal.
i. Proses pengujian Chest Freezer
Dalam proses ini kita nyalakan kompresor dan tunggu selama kira-kira 30-60 menit. Bila terjadi bunga es pada evaporator dan pipa tembaga yang menghubungkan antara evaporator dan pipa kapiler, serta tekanan pada manifold gauge cenderung konstan, maka chest freezer siap untuk digunakan untuk
mengambil data.
Gambar 3.21 Proses pengujian alat.
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Mesin yang Diteliti
Mesin yang diteliti adalah chest freezer dengan siklus kompresi uap hasil rangkaian sendiri dengan komponen standar dari chest freezer yang tersedia dipasaran. Chest freezer yang dirangkai bekerja dengan siklus kompresi uap yang disertai dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut berdaya 0,2 Pk, dengan panjang pipa kapiler 140 cm. Proses pendinginan yang terjadi dalam chest freezer ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan benda yang ada di dalam ruangan evaporator. Gambar 4.1 menyajikan mesin yang diteliti.
4.2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti
Gambar 4.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur tekanan (manifold gauge) pada chest freezer.
Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin chest freezer
Keterangan pada Gambar :
Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T1) dan alat ukur tekanan P1
Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2
Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel T3
4.3 Alat Bantu Penelitian
a) Termokopel dan Alat penampilnya
Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan dengan listrik. Alat penampil suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai suhu yang diukur.
Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital (sumber : http://elektronikautis.blogspot.com) b) Pengukur Tekanan
Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi, sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.
Gambar 4.4 Pengukur Tekanan
c) P – h diagram
P – h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan P - h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap titik yang diteliti.
Gambar 4.5 P – h diagram
d) Air
Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian.
4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan
Untuk mendapatkan data – data hasil penelitian dipergunakan alat ukur termokopel dan alat ukur tekanan. Pengukuran suhu dan tekanan dilakukan setiap 30 menit. Hasil penelitian disajikan pada tabel seperti pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan.
b) Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepaskan kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COP ideal, nilai COP actual chest
freezer dan efisiensi, serta laju aliran massa refrigeran.
c) Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada seperti persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, persamaan (2.2) untuk menghitung energi kalor yang dilepaskon densor, persamaan (2.3) untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, persamaan (2.4) untuk menghitung COP aktual, persamaan (2.5) untuk menghitung COP ideal,
persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi chest freezer dan persamaan (2.7) untuk menghitung laju aliran massa refrigeran.
d) Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COP aktual, COP ideal, Efisiensi, Laju
- t kond : suhu kondensor (oC)
- Pada saat pengambilan data, suhu kamar sebesar 30oC
- Media yang didinginkan adalah air dengan volume 240 ml dan suhu awal 28oC
- P1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (psia).
- P2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (psia).
- T1 : Suhu refrigeran saat masuk kompresor (oC).
- T3 : Suhu refrigeran saat masuk pipa kapiler (oC).
5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data.
Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan menggambarkannya pada diagram p-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb.
No Waktu setiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 4.3.
Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg.
No Waktu
Contoh untuk menentukan besaran nilai nilai entalpi dapat dilihat dari diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran R 134a. Dari diagram dapat dilihat nilai h2 saat menit ke 60 adalah 140 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h harus
Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeranR 134a diambil dari data menit (t) ke 60.
Keterangan dari diagram P-hpada Gambar 5.2 :
h1= 272,142 kJ/kg
h2 = 325,64 kJ/kg
h3 = 93,04 kJ/kg
h4 = 93,04 kJ/kg
a) Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran.(Win)
Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang dihasilkan oleh chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.3) :
Win = h2-h1
= 325,64 kJ/kg – 272,142 kJ/kg
Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 53,50 kJ/kg (pada saat t=60 menit)
b) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Qout)
Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.4) :
Qout = h2-h3
= 325,64 kJ/kg – 95,04 kJ/kg
= 232,6 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 232,6 kJ/kg (pada saat t=60 menit)
c) Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.5) :
Qin = h1-h4
= 272,142 kJ/kg – 93,04 kJ/kg
= 179,102 kJ/kg
d) COP aktual
COPaktual dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari
mesin chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6) :
COP
aktual=
==
= 3,3
Maka COP aktual chest freezer sebesar 3,3 (pada saat t=60 menit)
e) COP ideal
Untuk menghitung performance ideal pada chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat menggunakan persamaan (2.7)
COP ideal =
=
= 4,2
f) Efisiensi (η)
Untuk mendapatkan efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8)
Efisiensi η = x 100%
η = x 100%
η = 80%
Maka efisiensi η chest freezer sebesar 80% (pada saat t=60 menit)
g) Laju aliran massa refrigeran (
Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2.9)
=
=
= 0,0043 kg/s
Maka laju aliran massa chest freezer sebesar 0,0043 kg/s (pada saat t=60 menit) 4.3. Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 0 menit sampai (t) 150 menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor
persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan massa
refrigeran yang diserap evaporator (Qin), COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju
Tabel 5.4.Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer
Tabel 5.5. Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer
No Waktu (t)
(menit) COP ideal Efisiensi (η)
Laju aliran
Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, dan
waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.6, Gambar 5.7, Gambar 5.8, Gambar 5.9, Gambar 5.10, Gambar 5.11, Gambar 5.12.
Gambar 5.6 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dan waktu
Gambar 5.6 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) dari waktu ke waktu. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran
Gambar 5.7 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dan waktu.
Gambar 5.7 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai kalor terendah yang
Gambar 5.8 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dan waktu
Gambar 5.8 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas evaporator (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai kalor persatuan massa
Gambar 5.9 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu
Gambar 5.9 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi (COP) aktual dari
waktu ke waktu. Nilai COP aktual terendah adalah 3,08 dan nilai COP aktual
tertinggi adalah sebesar 3,3 dan rata-rata nilai COP aktual adalah sebesar 3,17.
Perubahan kerja kompresor juga berpengaruh pada koefisien prestasi COPaktual.
Sehingga unjuk kerja yang terjadi pada mesin chest freezer menurun pada menit ke-90.
Gambar 5.10 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi COPideal dari waktu
ke waktu. Nilai COP ideal terendah adalah 4,1 dan nilai COP ideal tertinggi adalah
sebesar 4,2 dan rata-rata nilai COP ideal adalah sebesar 4,14. Perubahan yang
terjadi pada kompresor yang diikuti koefisien prestasi aktual juga mengakibatkan
perubahan nilai nilai COP ideal.
Gambar 5.11 Hubungan efisiensi dan waktu
Gambar 5.11 memperlihatkan efisiensi dari waktu ke waktu. Nilai efisiensi terendah adalah 0,75 dan nilai efisiensi tertinggi adalah sebesar 0,8 dan rata-rata efisiensi adalah sebesar 1,45. Perubahan kerja kompresor yang semakin berat oleh karena transfer kalor yang terjadi dihalangi oleh butiran air yang membeku, sistem perpipaan yang di”bending” secara manual sehingga ada kemungkinan
menyebabkan efisiensi mesin chest freezer tidak dapat 100% dan bahkan menurun pada menit ke-90 karena pengaruh kerja kompresor.
Gambar 5.12 Hubungan laju aliran massa refrigeran dan waktu Gambar 5.12 memperlihatkan laju aliran massa dari waktu ke waktu. Nilai laju aliran massa terendah adalah 0,0041 kg/s dan nilai laju aliran masa tertinggi adalah sebesar 0,043 kg/s dan rata-rata laju aliran massa adalah sebesar 0,0042 kg/s. Tertutupnya evaporator oleh butiran air yang membeku, mengakibatkan laju aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Dari pengujian mesin pendingin chest freezer untuk mendinginkan air, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
a) Mesin pendingin chest freezer yang dibuat dapat mendinginkan air dengan volume 240 ml sampai menjadi es pada suhu -24oC.
b) Kerja kompresor per satuan massa terendah sebesar 53 kJ/kg, kerja kompresor persatuan massa tertinggi sebesar 58 kJ/kg.
c) Kalor per satuan massa terendah yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg. d) Kalor per satuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg,
kalor per satuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg. e) COPaktual terendah chest freezer sebesar 3,08, COPaktual tertinggi chest freezer
sebesar 3,3.
f) COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer
sebesar 4,2.
g) Efisiensi terendah chest freezer sebesar 75%, efisiensi tertinggi chest freezer sebesar 80%.
6.2 Saran.
DAFTAR PUSTAKA
Anwar, K., 2010, Efek Beban Pendinginan Terhadap Performa Sistem Mesin Pendingin, Jakarta.
Handoyo, EA dan Lukito, A (2002), Analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin,
Jakarta.
LAMPIRAN
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 1 (menit 30)
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 3 (menit 90)
