PENGARUH PERENDAMAN AIR PADA PIPA YANG
TERLETAK DIANTARA KOMPRESOR DAN KONDENSOR
TERHADAP COP DAN EFISIENSI MESIN PENDINGIN
DENGAN DAYA KOMPRESOR 1/8 PK
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh:
CANDRA BAYU AJI NIM: 125214003
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
THE INFLUENCE OF SOAKING BY WATER TO THE PIPE
LOCATED BETWEEN COMPRESSOR AND CONDENSOR
AGAINST COP AND EFFICIENCY MACHINE COOLING
WITH CAPACITY OF COMPRESSOR 1/8 PK
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
CANDRA BAYU AJI Student Number: 125214003
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
vii
ABSTRAK
Saat ini mesin pendingin sangat berperan dalam kehidupan masyarakat. Mesin pendingin dipergunakan untuk mendinginkan minuman seperti soft drink, minuman kaleng, dan minuman berenergi tanpa membekukan cairan di dalam kemasannya, akan tetapi dapat juga sebagai pengawet dan pendingin makanan. Tujuan penelitian ini adalah : (a) merakit mesin pendingin dengan siklus kompresi uap yang digunakan untuk mendinginkan minuman dengan pipa diantara kompresor dan kondensor direndam (b) mengetahui karakteristik mesin pendingin yang dirakit dengan perendaman pada pipa diantara kompresor dan kondensor (c) menghitung kalor yang dihisap evaporator persatuan massa refrigeran (d) menghitung kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran (e) menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran (f) menghitung COPaktual
dan COPideal mesin pendingin (g) menghitung efisiensi mesin pendingin (h)
mengetahui pengaruh perendaman pipa yang terletak diantara kompresor dan kondensor dengan air terhadap COP dan efisiensi mesin pendingin.
Mesin pendingin yang diteliti merupakan mesin pendingin dengan siklus kompresi uap. Variasi yang digunakan adalah dengan perendaman dan tidak direndam pada pipa diantara kompresor dan kondensor. Penelitian pertama pipa diantara kompresor dan kondensor tidak direndam dan diuji sebanyak 3 kali dalam 3 hari. Penelitian kedua pipa diantara kompresor dan kondensor direndam menggunakan air dengan volume 750 ml dan diuji sebanyak 3 kali dalam 3 hari. Daya kompresor 1/8 PK, kondensor yang digunakan 7U, pipa kapiler sepanjang 1 m diameter 0,026 inci, evaporator jenis plat.
Hasil penelitian memberikan kesimpulan. Koefisien prestasi ideal (COPideal) direndam lebih tinggi daripada yang tidak direndam. Koefisien prestasi
aktual (COPaktual) direndam lebih tinggi dibanding tidak direndam. Efisiensi mesin
pendingin untuk yang tidak direndam lebih tinggi daripada yang direndam.
Kata kunci : mesin pendingin, rendaman pipa diantara kondenser dan kompresor, COP, efisiensi, kompresi uap.
viii
ABSTRACT
At this time the engine coolant was instrumental in the life of the community. Engine Coolants used to cool beverages like soft drink, beverage cans, energy drinks and without freezing the liquid in the packaging, but can also be as preservatives and cooling food. The purpose of this research is: (a) assemble the cooling machine with steam compression cycle is used to cool the drink with the pipe between the compressor and the condenser is immersed (b) knowing the characteristics of the cooling machine assembled by submersion on the pipe between the compressor and the condenser (c) calculating thermal evaporator refrigerant mass unity smoked (d) calculate the heat released unity mass a refrigerant condenser (e) calculate the mass of refrigerant compressors work Union (f) calculate COPactual and COPideal cooling machine (g) calculate the efficiency of the cooling machine (h) know how the submersion pipes located between the compressor and the condenser with water against the COP and the efficiency of the engine coolant.
Engine coolant cooling machine is researched with steam compression cycle. A variation that is used is by soaking and not soaked in the pipe between compressor and condenser. First research pipelines between compressor and condenser not soaked and tested as much as 3 times in 3 days. The second research of pipe between compressor and condenser water soaked with a volume of 750 ml and tested as much as 3 times in 3 days. With the compressor power 1/8 PK, condenser used 7U, capillary pipe along the 1 m diameter 0.026 inch, evaporator plate type.
Research results provide a conclusion. Coefficient of ideal achievement (COPideal) soaked higher than not soaked. The actual achievements of the coefficients (COPactual) are soaked is higher than not soaked. The efficiency of the cooling machine for which is not higher than soaked.
Keywords : machine cooling, soaked pipe between compressor and condenser, COP, efficiency, compression steam
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat serta limpahan rahmat-Nya, sehingga penyusunan Skripsi yang berjudul “Pengaruh perendaman air pada pipa yang terletak diantara kompresor dan kondensor terhadap COP dan efisiensi mesin pendingin dengan kapasitas kompresor 1/8 PK” dapat diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan Skripsi ini banyak mengalami kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan berkat dari Tuhan Yang Maha Esa, kendala-kendala yang dihadapi tersebut dapat diatasi. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih dan penghargaan kepada:
1. Drs. Johanes Eka Priyatma, M.Sc., Ph.D. selaku Rektor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. PK. Purwadi, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan juga selaku Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah dengan sabar, tekun, tulus dan ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran memberikan bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga kepada penulis selama menyusun Skripsi.
4. Dosen Program Studi Teknik Mesin, yang telah memberi bekal ilmu pengetahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan studi dan menyelesaikan penulisan Skripsi ini.
x
5. Rekan-rekan Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin yang telah banyak memberikan masukan kepada penulis baik selama dalam mengikuti perkuliahan maupun dalam penulisan skripsi ini.
6. Restu Utami dan Mikaela Quinsy Tigereva Arendra, yang telah menjadi penyemangat dan pelepas lelah penulis selama penulisan skripsi ini.
7. C. Susilo dan ML. Nuratri Subarmastuti selaku orang tua, yang sangat banyak memberikan bantuan moril, material, arahan, dan selalu mendoakan keberhasilan dan keselamatan selama menempuh pendidikan.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian penulisan Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.
Terimakasih.
Yogyakarta, 6 November 2018
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...i
TITLE PAGE ...ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...iii
HALAMAN PENGESAHAN ...iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ...vi
ABSTRAK ...vii
ABSTRACT ...viii
KATA PENGANTAR ...ix
DAFTAR ISI ...xi
DAFTAR TABEL ...xiv
DAFTAR GAMBAR ...xv
BAB I PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Rumus Masalah ...2
1.3 Tujuan Penelitian ...2
1.4 Batasan dalam Pembuatan Mesin ...3
1.5 Manfaat Penelitian ...3
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...5
xii
2.1.1 Prinsip Kerja Mesin Pendingin ...5
2.1.2 Siklus Kompresi Uap ...6
2.1.3 Perhitungan Pada Siklus Kompresi Uap ...10
2.1.4 Komponen Komponen Siklus Kompresi Uap ...14
2.1.4.1 Kompresor ...14 2.1.4.2 Kondensor ...15 2.1.4.3 Evaporator ...16 2.1.4.4 Pipa Kapiler ...17 2.1.4.5 Filter ...18 2.1.4.6 Thermostat ...19 2.1.4.7 Refrigeran ...20
2.1.4.8 Lilitan Pada Pipa diantara Kompresor dan Kondensor ...21
2.2 Tinjauan Pustaka ...22
BAB III PEMBUATAN ALAT ...24
3.1 Persiapan Alat ...24
3.1.1 Komponen Utama Pembuatan Mesin Pendingin ...24
3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin ...27
3.2 Pembuatan Mesin Pendingin...35
3.2.1 Proses Pembuatan Mesin Pendingin ...35
BAB IV METODE PENELITIAN ...38
4.1 Mesin yang Diteliti ...38
xiii
4.3 Alat Bantu Penelitian ...39
4.4 Variasi Penelitian ...43
4.5 Cara Pengambilan Data...43
4.6 Cara Mengolah Data dan Melakukan Pembahasan ...43
4.7 Cara Mengambil Kesimpulan ...45
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...46
5.1 Hasil Penelitian ...46
5.2 Perhitungan ...48
5.3 Pembahasan...51
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ...55
6.1 Kesimpulan ...55
6.2 Saran ...56
DAFTAR PUSTAKA ...57
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1 Nilai tekanan pengukuran masuk dan keluar
kompresor dalam tekanan terukur satuan psi ...46 Tabel 5.2 Nilai tekanan pengukuran masuk dan keluar
kompresor dalam tekanan terukur satuan psi dan MPa ...46 Tabel 5.3 Nilai suhu kerja evaporator dan kondensor
dalam satuan oC dan K ...47 Tabel 5.4 Nilai entalpi pada siklus kompresi uap ...48 Tabel 5.5 Nilai Win, Qin, Qout, COP, dan Efisiensi
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja mesin pendingin ...5
Gambar 2.2 Rangkaian Siklus Kompresi Uap ...7
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h ...8
Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-s yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut ...8
Gambar 2.5 Diagram tekanan – entalpi R134a ...13
Gambar 2.6 Kompresor hermetik jenis torak ...15
Gambar 2.7 Kondensor U, dengan 7U ...16
Gambar 2.8 a) Evaporator Plat (b) Evaporator Pipa Bersirip ...17
Gambar 2.9 Pipa Kapiler ...18
Gambar 2.10 Filter ...19
Gambar 2.11 Thermostat ...20
Gambar 2.12 Refrigeran jenis R134a ...21
Gambar 2.13 Lilitan Pada Pipa diantara Kompresor dan Kondensor ...22
Gambar 3.1 Kompresor hermetik jenis torak ...24
Gambar 3.2 Kondensor dengan 7U ...25
Gambar 3.3 Pipa Kapiler ...26
Gambar 3.4 Evaporator plat ...26
Gambar 3.5 Filter ...27
Gambar 3.6 Refrigeran R134a...27
xvi
Gambar 3.8 Akrilik...28
Gambar 3.9 Styrofoam ...29
Gambar 3.10 Tube Cutter ...29
Gambar 3.11 Tube Expander...29
Gambar 3.12 Manifold Gauge ...30
Gambar 3.13 Alat Las Tembaga...31
Gambar 3.14 (a) Borak, (b) Bahan Las Tembaga ...31
Gambar 3.15 Pentil ...32
Gambar 3.16 Metil ...32
Gambar 3.17 Thermostat ...33
Gambar 3.18 Pompa vakum ...33
Gambar 3.19 Bak tampung ...34
Gambar 3.20 Lilitan pipa diantara kompresor dan kondensor ...34
Gambar 4.1 Skematik mesin pendingin ...38
Gambar 4.2 Diagram alur penelitian mesin pendingin...39
Gambar 4.3 Stopwatch ...40
Gambar 4.4 Pressure gauge ...40
Gambar 4.5 APPA digital ...41
Gambar 4.6 Thermocouple ...41
Gambar 4.7 Kabel roll ...42
Gambar 4.6 Botol minum ...42
Gambar 4.7 Diagram P-h R134a ...43
Gambar 4.8 Cara mendapatkan h1, h2, h3, h4 suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondensor pada Diagram P-h ...45
xvii
Gambar 5.1 Diagram perbandingan Win ...51
Gambar 5.2 Diagram perbandingan Qin ...52
Gambar 5.3 Diagram perbandingan Qout ...52
Gambar 5.4 Diagram perbandingan COPideal ...53
Gambar 5.5 Diagram perbandingan COPaktual ...53
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Di dunia yang semakin modern dan cuaca yang semakin panas, kebutuhan akan mesin pendingin semakin tinggi. Mesin pendingin yang ada di pasaran sebagian besar merupakan mesin pendingin yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Menurut fungsinya, mesin pendingin berfungsi untuk membekukan, mendinginkan, dan ada yang berfungsi untuk pengkondisian udara. Beberapa contoh mesin pendingin yang digunakan untuk mendinginkan ataupun untuk membekukan adalah : showcase, cold storage, freezer, kulkas, dan lain sebagainya. Sedangkan mesin pendingin yang berfungsi untuk pengkondisian udara adalah : AC, water chiller, air cooler dan lain sebagainya.
Mesin pendingin dapat dipergunakan untuk mendinginkan minuman kemasan seperti : soft drink, minuman kaleng, minuman berenergi, dan lain – lain. Mesin pendingin mudah di temukan di tempat-tempat perbelanjaan, rumah sakit, stasiun, kantin sekolah, serta tempat-tempat lain yang kebanyakan berada di tempat yang ramai yang dikunjungi banyak orang. Mesin pendingin menggunakan blower yang digunakan untuk mengalirkan udara dingin dari evaporator ke dalam ruangan mesin pendingin. Di belakang mesin pendingin biasanya terdapat bak penampungan air hasil pencairan bunga es yang harus dibuang airnya setiap kali penuh. Kondisi seperti ini mengganggu kenyamanan pemakai.
Dengan latar belakang tersebut, penulis berkeinginan untuk mempelajari, memahami, serta mengetahui pengaruh dari perendaman pipa kondenser pada bak air hasil pencairan bunga es terhadap unjuk kerja dari mesin pendingin serta membantu mengurangi air hasil pencairan bunga es dengan menggunakan panas dari pipa kondenser. Cara yang dilakukan adalah merakit serta meneliti mesin pendingin yang dirakit dengan merendam sebagian pipa kondenser untuk mengetahui apakah ada pengaruhnya atau tidak terhadap unjuk kerja dan efisiensi mesin pendingin tersebut.
1.2. Rumusan Masalah
Masalah dirumuskan sebagai berikut:
a. Bagaimanakah merakit mesin pendingin yang bekerja dengan siklus kompresi uap yang digunakan untuk mendinginkan minuman?
b. Bagaimanakah karakteristik mesin pendingin yang telah dirakit?
c. Bagaimanakah pengaruh rendaman air pada pipa yang terletak di antara kompresor dan kondensor terhadap karakteristik mesin pendingin?
1.3.Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian mesin pendingin adalah :
a. Merakit mesin pendingin dengan siklus kompresi uap yang digunakan untuk mendinginkan minuman.
b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin yang dirakit:
- Menghitung kalor yang dihisap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
- Menghitung kalor yang dilepaskan kondensor persatuan massa refrigeran (Qout)
- Menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
- Menghitung COPactual dan COPideal mesin pendingin
- Menghitung efisiensi mesin pendingin
c. Mengetahui pengaruh perendaman pipa yang terletak diantara kompresor dan kondensor dengan air terhadap COP dan efisiensi mesin pendingin.
1.4. Batasan dalam Pembuatan Mesin Pendingin
Batasan-batasan dalam pembuatan mesin pendingin ini adalah : a. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/8 PK.
b. Refrigeran yang digunakan pada mesin pendingin adalah R134a.
c. Pipa kapiler yang digunakan sepanjang 1 m, diameter 0,026 inchi, dan bahan terbuat dari tembaga.
d. Kondensor yang digunakan U7
e. Evaporator yang dipergunakan evaporator plat dengan panjang 42 cm dan lebar 30 cm.
f. Menggunakan tambahan komponen yaitu filter dan bak tampung air bervolume 0,75 liter.
g. Ukuran ruang pendingin 20 cm x 33 cm x 45 cm 1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan pada mesin pendingin ini adalah :
a. Dapat menjadi referensi bagi peneliti lain yang melakukan penelitian tentang mesin pendingin.
b. Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang penukar kalor khususnya tentang mesin pendingin.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori2.1.1 Prinsip Kerja Mesin Pendingin
Mesin pendingin atau refrigerator berfungsi untuk memindahkan kalor dari dalam suatu ruangan ke luar ruangan atau menyerap kalor yang terdapat di dalam ruangan bersuhu rendah untuk dipindahkan keluar dari ruangan tersebut. Gambar 2.1 menyajikan prinsip dasar mesin pendingin.
Gambar 2.1 Prinsip dasar kerja mesin pendingin
Prinsip dasar kerja mesin pendingin dapat diaplikasikan pada kulkas dan penyejuk udara ruangan. Pada kulkas, ruang yang dikondisikan adalah seluruh
Luar Ruangan
(Lingkungan Bersuhu Tinggi)
Ruangan yang dikondisikan (Lingkungan Bersuhu Rendah)
Refrigerator
W
in Daya ListrikQ
outruangan yang ada di dalam kulkas, sedangkan yang bersuhu tinggi adalah lingkungan di luar kulkas. Pada sistem penyejuk udara ruangan, yang dikondisikan adalah ruangan yang ada di dalam gedung, sedangkan yang bersuhu tinggi adalah di luar ruangan gedung.
Contoh lain penggunaan mesin pendingin atau refrigerator adalah sebagai pengkondisian udara rumah tangga, hotel, ruang rapat, kantor, sekolah, dan juga pengkondisian kabin alat transportasi seperti bus, mobil, kereta api, pesawat terbang. Mesin pendingin juga dapat dipergunakan untuk mendinginkan, membekukan, dan mengawetkan seperti pada freezer, ice maker, cold storage, dan showcase.
2.1.2 Siklus Kompresi Uap
Mesin pendingin yang banyak digunakan umumnya bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap. Komponen utama mesin pendingin dengan siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor, dan katup ekspansi atau pipa kapiler. Gambar 2.2 menyajikan rangkaian komponen dari siklus kompresi uap, Gambar 2.3 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h, serta Gambar 2.4 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-s. Tanda panah pada gambar – gambar tersebut, menyatakan arah aliran refrigeran pada mesin siklus kompresi uap. Sedangkan arah tanda panah pada aliran kalor menunjukkan arah aliran kalor (Qin maupun Qout).
Gambar 2.2 Rangkaian Komponen Utama Siklus Kompresi Uap (Sumber: http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media)
Pada siklus kompresi uap, evaporator bekerja menghisap kalor yang ada di dalam ruangan. Kalor yang diserap digunakan untuk menguapkan cairan refrigeran. Oleh kompresor uap refrigeran dikompresi hingga mencapai tekanan kondensor. Di dalam kondensor panas yang dibawa refrigeran tadi dibuang ke luar lingkungan dengan cara dikondensasi. Kemudian tekanan refrigeran diturunkan oleh pipa kapiler kembali ke tekanan kerja evaporator. Filter dipasang untuk menjaga refrigeran tetap bersih. Penempatan filter adalah sebelum pipa kapiler, karena pipa kapiler mudah buntu. Hal ini disebabkan karena ukuran diameter pipa kapiler kecil. Kompresor bekerja karena adanya energi listrik, selama energi listrik diberikan, siklus kompresi uap akan berlangsung terus menerus.
Pada Gambar 2.2, Gambar 2.3, dan Gambar 2.4, Qin merupakan kalor yang
diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran, proses ini berlangsung di evaporator. Qout merupakan energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor
persatuan massa refrigeran, proses tersebut berlangsung di kondensor. Win
Q
outW
inmerupakan kerja kompresor persatuan massa refrigeran, proses ini berlangsung di kompresor.
Entalpi
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap pada diagram P-h
Entropi
Gambar 2.4 Siklus kompresi uap pada diagram T-s yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
W
inh
3= h
4h
1h
2P
Q
inh
P
2Q
outP
1 T ek an anW
inT
Q
outQ
inT
c 2s
T
e 2a 1a 1 3 3a 4 2a 2 1a 3a 3 1 4Proses siklus kompresi uap yang terjadi disajikan pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 meliputi proses kompresi, desuperheating, kondensasi, pendinginan lanjut, throttling (penurunan tekanan), penguapan dan proses pemanasan lanjut. Tidak semua siklus kompresi uap menggunakan pemanasan dan pendinginan lanjut.
a. Proses Kompresi (1 – 2)
Proses kompresi yang berlangsung pada entropi yang tetap (atau berlangsung pada proses isoentropi). Kondisi awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah dikompresi refrigeran menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi.
b. Proses Desuperheating (2 – 2a)
Proses ini berlangsung setelah refrigeran keluar dari kompresor. Refrigeran yang keluar ini kemudian membuang panas ke lingkungan sehingga gas panas lanjut turun suhunya, dan menjadi gas jenuh bertekanan tinggi.
c. Proses Kondensasi (2a – 3a)
Proses kondensasi merupakan proses pembuangan kalor dari kondensor ke lingkungan sekitar kondensor pada suhu dan tekanan yang tetap. Terjadi perubahan fase dari gas jenuh menjadi fase cair jenuh.
d. Proses Pendinginan Lanjut (3a – 3)
Proses pendinginan lanjut adalah proses untuk menurunkan suhu refrigeran dari kondisi cair jenuh ke cair lanjut. Proses berlangsung pada tekanan tetap. Proses ini terjadi aliran pendinginan dari kondensor ke lingkungan.
e. Proses Throttling atau Proses Penurunan Tekanan (3 – 4)
Proses throttling adalah proses penurunan tekanan refrigeran yang berlangsung pada entalpi yang tetap. Kondisi refrigeran berubah bentuk dari fase cair menjadi fase campuran antara cair dan gas. Akibat penurunan tekanan, suhu refrigeran juga mengalami proses penurunan. Proses ini terjadi di pipa kapiler.
f. Proses Evaporasi atau Penguapan (4 – 1a)
Pada proses evapoasi terjadi perubahan fase dari cair menjadi gas. Kalor yang dipergunakan untuk merubah fase diambil dari lingkungan sekitar evaporator. Proses berjalan pada tekanan yang tetap dan suhu yang sama. Suhu evaporator lebih rendah dari suhu lingkungan di sekitar evaporator.
g. Proses Pemanasan Lanjut (1a – 1)
Pada proses pemanasan lanjut temperatur refrigeran mengalami kenaikan. Walaupun temperatur gas refrigeran naik, tetapi tekanan tidak berubah. Sebenarnya ada perubahan sedikit, namun perubahan ini diabaikan pada sistem refrigerasi.
2.1.3 Perhitungan pada siklus kompresi uap
Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk menganalisa unjuk kerja mesin pendingin kompresi uap yang meliputi kerja kompresor persatuan massa refrigeran, energi yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, energi yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar mesin pendingin dapat bekerja dapat dihitung dengan Persamaan (2.1) :
Win = h2 - h1 (2.1)
pada Persamaan (2.1) :
Win : kerja yang dilakukan kompresor, (kJ/kg)
h2 : nilai enthalpi refrigeran keluar dari kompresor, (kJ/kg)
h1 : nilai enthalpi refrigeran masuk ke kompresor, (kJ/kg) b. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)
Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):
Qout = h2 - h3 (2.2)
pada Persamaan (2.2) :
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran, (kJ/kg)
h2 : nilai enthalpi refrigeran masuk ke kondensor, (kJ/kg)
h3 : nilai enthalpi refrigeran keluar dari kondensor, (kJ/kg) c. Energi kalor yang diserap oleh evaporator (Qin)
Besar kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.3) :
Qin = h1-h4 = h1-h3 (2.3)
pada Persamaan (2.3) :
h1 : nilai enthalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg)
h4 : nilai enthalpi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg)
d. Koefisien prestasi aktual / Coefficient of Performance aktual (COPaktual)
COPaktual mesin pendingin adalah perbandingan antara kalor yang diserap
evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan (2.4):
COPaktual= 𝑾𝑾𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸 = (𝒉𝒉𝒉𝒉−𝒉𝒉𝒉𝒉)(𝒉𝒉𝒉𝒉−𝒉𝒉𝒉𝒉) (2.4)
pada Persamaan (2.4) :
Qin : Kalor yang diserap evaporator persatuan massa. (kJ/kg)
Win : kerja yang dilakukan kompresor. (kJ/kg)
e. Koefisien prestasi ideal / Coefficient of Performance ideal (COPideal)
COPideal merupakan COP maksimal yang dapat dicapai mesin pendingin,
dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) :
COPideal = Te / (Tc – Te ) (2.5)
pada Persamaan (2.5) :
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin pendingin
Te : suhu mutlak evaporator, K
f. Efisiensi mesin kompresi uap (ƞ)
Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan (2.6) :
η = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑎𝑎𝑎𝑎 (2.6)
pada Persamaan (2.6) :
η : efisiensi mesin pendingin
COPaktual : koefisien prestasi mesin pendingin
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin pendingin
Penggunaan diagram tekanan-entalpi tergantung dengan jenis bahan pendingin atau refrigeran yang dipakai. Pada penelitian ini refrigeran yang digunakan adalah jenis R134a. Untuk diagram tekanan-entalpi R134a disajikan pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Diagram tekanan-entalpi R134a
2.1.4 Komponen komponen siklus kompresi uap
Komponen utama dari mesin dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator, serta komponen tambahannya adalah filter, thermostat, refrigeran dan lilitan sebagian pipa kondensor.
2.1.4.1 Kompresor
Kompresor adalah suatu alat yang berfungsi untuk menaikkan tekanan. Sebagai akibat kenaikan tekanan, suhu refrigeran juga ikut naik. Kompresor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah jenis kompresor hermatik (Hermatic Compressor). Kompresor ini digerakan langsung oleh motor listrik dengan komponen mekanik dan berada dalam satu wadah tertutup. Kompresor hermatik dapat bekerja dengan prinsip reciprocating maupun rotary, posisi porosnya bisa vertikal maupun horizontal. Faktor lain penggunaan kompresor hermatik ini pada mesin pendingin adalah motor dapat bekerja pada keadaan yang bersih, karena dalam satu wadah yang tertutup tidak ada debu atau kotoran yang dapat memasukinya. Dalam penggunaan kompresor hermatik ada beberapa keuntugan dan kerugian, yang dimilikinya.
Keuntungan :
a. Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran bahan refrigeran.
b. Bentuknya kecil dan harganya murah.
c. Tidak memakai penggerak dari luar sehingga suaranya lebih tenang dan getarannya kecil.
Kerugian :
a. Bagian yang rusak di dalam rumah kompresor tidak dapat diperbaiki sebelum rumah kompresor dipotong.
b. Minyak pelumas didalam kompresor hermatik susah diperiksa.
Gambar 2.6 Kompresor Hermatik jenis torak (Sumber: https://www.indotara.co.id) 2.1.4.2 Kondensor
Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk menurunkan suhu dan merubah fase refrigeran dari fase gas menjadi cair. Pada saat terjadinya penurunan suhu dan perubahan fase, panas dikeluarkan kondensor ke udara melalui rusuk-rusuk kondensor. Sebagai akibat dari kehilangan panas, kondisi refrigeran berubah dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan kemudian berubah fase menjadi cair lanjut. Pada saat perubahan dari gas panas lanjut ke gas jenuh, suhu refrigeran mengalami penurunan, pada saat perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh, suhu refrigeran tetap dan pada saat proses subcooling, suhu refrigeran
mengalami penurunan. Proses perubahan kondisi yang berlangsung di kondensor berjalan pada tekanan yang tetap. Kondensor yang umum digunakan pada mesin pendingin kapasitas kecil, adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, dengan bentuk lintasan U. Gambar 2.7 menyajikan gambar kondensor dengan jari – jari penguat.
Gambar 2.7 Kondensor U, dengan 7U 2.1.4.3 Evaporator
Evaporator merupakan salah satu komponen utama dari sistem pendinginan, yang di dalamnya mengalir suatu cairan refrigeran yang berfungsi sebagai penyerap panas dari produk yang didinginkan dengan cara merubah fase dari cair menjadi gas. Proses penguapan memerlukan panas, panas diambil dari lingkungan sekitar evaporator (air atau bahan makanan/minuman yang akan didinginkan di sekitar evaporator). Evaporator jenis plate dan jenis pipa bersirip yang sering dipakai untuk proses pendinginan makanan ataupun minuman. Bahan pipa evaporator yang terbaik adalah logam, karena logam berfungsi sebagai konduktor. Namun kebanyakan terbuat dari bahan tembaga atau alumunium.
Tembaga dan kuningan dapat digunakan untuk semua refrigeran kecuali ammonia. Tembaga akan larut oleh ammonia murni, alumunium dan magnesium akan berkarat dengan cepat jika digunakan untuk methyl-klorida jika didalamnya terdapat uap air. Jenis evaporator yang banyak digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa dengan plat datar atau plate, pipa-pipa, dan pipa dengan sirip-sirip. Gambar 2.8 menyajikan gambar evaporator jenis plat dan jenis pipa bersirip-sirip.
Gambar 2.8 (a)Evaporator Plat (b)Evaporator Pipa Bersirip (Sumber: (a) https://tommyji.en.made-in-china.com (b)
http://www.bloganton.info) 2.1.4.4 Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan. Pipa kapiler merupakan suatu pipa pada mesin pendingin dengan ukuran diameter berkisar antara 0,026 atau 0,031 inci, yang dimaksudkan untuk menghasilkan drop tekanan yang diinginkan. Beberapa keuntungan menggunakan pipa kapiler adalah harganya yang murah dan mudah dicari serta pada saat mulai beroperasi kompresor dapat bekerja lebih ringan karena momen torquenya (momen puntir) yang diperlukan lebih kecil. Pada sistem yang menggunakan katup-katup lain, pada saat kompresor 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 kompresor dapat bekerja lebih ringan.
Gambar 2.9 Pipa Kapiler
(Sumber: https://www.tokopedia.com/sudirgateknik) 2.1.4.5 Filter
Filter (saringan) berguna untuk menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran refrigeran selama bersirkulasi. Filter dipasang pada posisi sebelum pipa kapiler, diharapkan kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler. Dengan kondisi yang bersih, kemungkinan pipa kapiler tersumbat menjadi kecil.Sehingga tidak masuk ke dalam kompresor dan pipa kapiler. Dengan bahan pendingin yang bersih menyebabkan evaporator dapat menyerap kalor lebih maksimal. Bentuk filter berupa tabung kecil dengan diameter antara 10-20mm, sedangkan panjangnya tak kurang dari 8-15mm, di dalam tabung tersebut terdapat penyaring atau filter.
Gambar 2.10 Filter
(Sumber: https://indonesian.alibaba.com/product-detail/copper-filter-drier-for-air-conditioner-parts)
2.1.4.6 Thermostat
Thermostat adalah komponen tambahan yang berfungsi sebagai pengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lama berhenti kompresor, dan mengatur kerja kompresor. Pada thermostat dilengkapi dengan tabung berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut di tempatkan pada ruang mesin pendingin (ruang evaporator) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.
Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai suhu yang ditentukan, maka cairan dalam tabung thermostat akan beku, cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan tadi berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong, ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan menekannya sehingga kontak sakelar akan membuka, dengan demikian terputuslah sambungan listrik dari PLN. Terputusnya aliran listrik akan membuat kompresor berhenti bekerja dalam waktu yang relatif lama, dan ketika ruang pendingin suhunya naik fluida dalam thermostat akan mencair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sakelar kontak sehingga sakelar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik dari PLN, kompresor akan kembali bekerja dan demikian kembali berturut – turut kerja thermostat.
Gambar 2.11 Thermostat
(Sumber: http://www.serviceacsurabayatehnik.com/2017/03/funsi-thermostat-pada-kulkas)
2.1.4.7 Refrigeran
Fluida kerja yang dipergunakan dalam mesin pendingin disebut refrigeran. Refrigeran adalah suatu zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan pendingin atau refrigeran yang digunakan untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya dalam kondensor.
Terdapat berbagai jenis refrigeran yang dapat digunakan dalam sistem kompresi uap. Suhu kerja evaporator dan kondensor menentukan dalam pemilihan refrigeran. Refrigeran yang umum digunakan pada mesin pendingin termasuk ke dalam keluarga chlorinated fluorocarbons. Pada penelitian ini refrigeran yang digunakan adalah jenis R134a. Beberapa syarat dari bahan pendingin yang dapat dipergunakan untuk keperluan proses pendinginan antara lain :
Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan. Ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon
Umur hidup di udara pendek
Tidak memberikan efek pemanasan global.
Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak pelumas dan sebagainya.
Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin.
Bila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat–alat yang sederhana maupun dengan alat detektor kobocoran.
Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.
Gambar 2.12 Refrigeran jenis R134a
(Sumber: https://www.budgetheating.com/Automotive-Freon-Refrigerant-R134a-30lb-jug-p/26001.htm)
2.1.4.8 Lilitan Pada Pipa diantara Kompresor dan Kondensor
Lilitan pada pipa diantara kompresor dan kondensor adalah sebagai pemanfaatan panas dari proses siklus kompresi uap. Lilitan ini nantinya akan memanaskan air sisa siklus kompresi uap yang ditampung dalam wadah di
belakang mesin pendingin (kulkas), yang kadang tiap seminggu sekali harus kita buang, sehingga dari pemanfaatan ini dapat sedikit membantu mengurangi air sisa siklus kompresi uap yang tertampung dalam wadah tanpa repot – repot untuk membuang airnya.
Gambar 2.13 Lilitan Pada Pipa diantara Kompresor dan Kondensor
2.2 Tinjauan Pustaka
Siti Fatimah (2008) telah melakukan penelitian tentang elevasi aliran air pendingin pada kondensor dengan pendingin air sistem menara dan filling, dengan mengubah filling alumunium menjadi tembaga dan variasi aliran air pendingin 1m, 1,5m, 2m, 2,5m, 3m, bertujuan untuk meningkatkan COP dari mesin yang diteliti tersebut. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan COP tertinggi ada pada aliran air pendingin 3m.
Perdana G.R (2014) telah melakukan penelitian tentang pengaruh penggunaan water cooled condenser terhadap prestasi kerja mesin pendingin
menggunakan refrigeran LPG. Penelitian tersebut bertujuan mempercepat perpindahan panas dan meningkatkan COP mesin pendingin tersebut. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan nilai COP sebesar 15,31 dengan debit aliran air 73,33 ml/detik.
Azridjal Aziz, Joko Harianto, dan Afdhal Kurniawan Mainil (2015) telah melakukan penelitian tentang Potensi Pemanfaatan Energi Panas Terbuang Pada Kondensor AC Sentral Untuk Pemanas Air Hemat Energi. Penelitian tersebut bertujuan untuk memanfaatkan panas yang terbuang dari kondensor. Hasil penelitian tersebut, panas yang dibuang kondensor yang dapat digunakan untuk pemanas air adalah sebesar 228,318 kW dengan temperatur masuk kondensor maksimal sebesar 57,78oC.
24
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1. Persiapan Alat
3.1.1. Komponen Utama Mesin Pendingin a. Kompresor
Kompresor merupakan jantung pada mesin pendingin yang memiliki fungsi untuk menaikkan tekanan cairan refrigeran sehingga suhu refrigeran juga ikut naik. Gambar 3.1 merupakan kompresor yang digunakan pada mesin pendingin:
Gambar 3.1 Kompresor hermetik jenis torak Jenis kompresor : Hermetik jenis torak
Seri kompresor : ASD53K
Voltase : 220 – 240V
Daya Kompresor : 1/8 PK
Diamter Kompresor : 20 cm Tinggi Kompresor : 15 cm
b. Kondensor
Kondesor merupakan alat untuk mengubah fase refrigeran dari fase gas ke cair, kondensor yang digunakan pada alat ini adalah kondensor berbentuk U dan terdapat 7 lilitan pada pipa keluar dari kompresor menuju kondensor. Gambar 3.2 merupakan kondensor yang digunakan pada mesin pendingin:
Gambar 3.2 Kondensor dengan 7 U Ukuran panjang x lebar : 42 cm x 30 cm
Panjang pipa : 8 m
Diameter pipa : 0,47 cm
Bahan pipa : Besi
Bahan sirip : Besi
Diameter sirip : 2 mm
Jumlah sirip : 120 buah
Jumlah U : 7
c. Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran, dari yang semula tekanannya tinggi menjadi bertekanan rendah. Penurunan tekanan terjadi
karena diameter dari pipa kapiler kecil. Gambar 3.3 merupakan gambar pipa kapiler pada mesin pendingin:
Gambar 3.3 Pipa Kapiler Panjang pipa kapiler : 1 m
Diameter pipa kapiler : 0,026 inchi Bahan pipa kapiler : Tembaga d. Evaporator
Evaporator digunakan untuk menguapkan refrigeran, yaitu merubah fase cair refrigeran menjadi gas dengan menyerap kalor yang diambil dari lingkungan evaporator tersebut. Gambar 3.4 merupakan evaporator yang pakai pada mesin pendingin yaitu evaporator jenis plat.
Gambar 3.4 Evaporator plat Ukuran plat : 30 cm x 20 cm
e. Filter
Filter merupakan alat untuk menyaring kotoran yang terdapat dalam cairan refrigeran agar tidak terjadi penyumbatan dalam pipa kapiler. Kotoran dapat berupa karat, butiran – butiran logam gergajian, dan lain – lain.
Gambar 3.5 Filter Diameter filter : 0,5 cm
Panjang filter : 3 cm Bahan filter : tembaga f. Refrigeran
Refrigeran merupakan fluida kerja pada mesin pendingin. Pada mesin ini, refrigeran yang dipakai adalah jenis R134a (Gambar 3.6). Sifat – sifat R134a disajikan pada bab 2.4.1.7.
Gambar 3.6 Refrigeran R134a 3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin a. Alumunium hollow segi empat
Alumunium hollow segi empat digunakan sebagai kerangka untuk pembuatan mesin pendingin ini, dengan berat lebih ringan dari besi dan tahan karat.
Gambar 3.7 Alumunium Hollow Ukuran Penampang (p x l) : 3 cm x 1,7 cm
b. Akrilik
Akrilik digunakan untuk membuat ruangan sebagai penempatan evaporator serta beban. Akrilik dipilih karena memiliki warna yang transparan, tahan dengan suhu dingin, dan resiko untuk pecah lebih kecil dibandingkan kaca.
Gambar 3.8 Akrilik c. Styrofoam
Styrofoam digunakan untuk melapisi ruangan evaporator agar suhu ruangan evaporator tetap terjaga dingin dan mencegah kalor dari luar ruangan masuk ke dalam ruangan evaporator.
Gambar 3.9 Styrofoam d. Tube cutter
Alat untuk memotong pipa tembaga agar hasil pemotongan rata sehingga memudahkan saat melakukan pengelasan dalam pembuatan mesin ini (Gambar 3.10).
Gambar 3.10 Tube Cutter e. Tube Expander
Alat untuk melebarkan atau mengembangkan pipa tembaga agar dapat disambungkan dengan pipa lain (Gambar 3.11).
f. Manifold gauge
Manifold gauge merupakan alat untuk mengukur tekanan refrigeran dalam siklus pendinginan, baik saat pengisian refrigeran atau saat mesin pendingin beroperasi. Pengukuran tekanan dalam manifold gauge adalah pengukuran tekanan evaporator atau tekanan hisap kompresor, dan tekanan kondesor atau tekanan keluar kompresor (Gambar 3.12).
Gambar 3.12 Manifold Gauge g. Alat las tembaga
Alat yang digunakan dalam proses pengelasan, dan dapat juga digunakan untuk menambal, menyambung, atau melepaskan sambungan pipa tembaga pada mesin pendingin (Gambar 3.13).
Gambar 3.13 Alat Las Tembaga
h. Bahan Las
Bahan las digunakan untuk melakukan penyambungan pipa kapiler, bahan yang dipakai perak tembaga dan borak.
(a) (b)
i. Pentil
Alat yang digunakan untuk mengisi gas / tempat masuk refrigeran, digunakan juga saat pengisian metil dan merupakan tempat terjadinya proses pemvakuman.
Gambar 3.15 Pentil j. Metil
Metil berfungsi untuk membersihkan saluran – saluran pada pipa kapiler. Penggunaan metil dalam pembersihan saluran pipa kapiler ini sebanyak 1 tutup botol metil.
k. Thermostat
Thermostat berfungsi sebagai pengatur suhu evaporator. Penggunaan thermostat pada mesin ini yaitu ketika suhu yang diinginkan sudah tercapai maka kompresor secara otomatis akan mati.
Gambar 3.17 Thermostat
l. Pompa vakum
Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigeran dalam sistem pendinginan, sehingga sistem menjadi vakum (hampa udara). Hal ini dilakukan agar tidak mengganggu proses refrigerasi.
m. Bak tampung
Bak tampung ini berguna menampung air untuk merendam pipa yang terletak diantara kompresor dan kondensor.
Gambar 3.19 Bak tampung
n. Lilitan pipa yang terletak diantara kompresor dan kondensor
Lilitan pada pipa diantara kompresor dan kondensor berfungsi sebagai pemanas air rendaman yang berada dalam bak tampungan.
3.2 Pembuatan Mesin Pendingin
3.2.1. Proses Pembuatan Mesin Pendingin
Langkah – langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin yaitu:
a. Mempersiapkan semua komponen utama mesin pendingin seperti kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator, refrigeran R-134a, dan komponen pendukungnya seperti alat potong pipa, alat pembengkok pipa, pompa vakum, alat las, manifold gauge, dan alat – alat lain yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin.
b. Pembuatan rangka mesin pendingin memerlukan alat pemotong alumunium untuk memotong alumunium sesuai ukuran yang telah ditentukan, dan paku keling untuk menyambungkan potongan alumunium sehingga menjadi sebuah kerangka.
c. Proses penyambungan antara kompresor dengan kondensor menggunakan las, dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung kompresor dengan kondensor. Dalam penyambungan terdapat perbedaan material yang akan disambung, pipa output kompresor terbuat dari besi sedangkan pipa penghubung dari tembaga. Sehingga dalam proses ini membutuhkan bahan bantuan yaitu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material serta mencegah terjadinya kebocoran dalam sambungan dan agar tersambung dengan baik. Bahan yang digunakan pada proses pengelasan ini menggunakan perak dan kuningan.
d. Proses pengelasan antara kondenser dengan input filter diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara pipa output kondenser dengan pipa input filter. Proses penyambungan menggunakan las dengan bahan perak dan kuningan. Diperlukan borak untuk perekat dalam proses pengelasan karena perbedaan material antara kondenser dengan filter. Alat bantu yang diperlukan adalah tang untuk menahan pipa tembaga saat proses penyambungan.
e. Proses pengelasan antara filter dengan pipa kapiler adalah untuk menyambung output filter dengan pipa kapiler. Proses penyambungan menggunakan bahan perak dan kuningan. Tang digunakan untuk penahan saat proses pengelasan tersebut.
f. Proses penyambungan antara pipa kapiler dengan evaporator. Penyambungan dengan las dilakukan untuk menyambung output pipa kapiler dengan input evaporator, dengan menggunakan bahan perak dan tembaga. Tang digunakan sebagai alat bantu untuk penahan saat pengelasan serta memipihkan diameter pipa input evaporator supaya output pipa kapiler tersambung dengan baik. g. Proses penyambungan evaporator dengan kompresor dibutuhkan pipa
tembaga sebagai penghubung evaporator dengan kompresor. Proses penyambungan las dengan bahan kuningan dan perak.
h. Proses pengisian metil berfungsi untuk membersihkan saluran – saluran pipa pada mesin pendingin yang sudah jadi dan juga sebagai proses pengecekan kebocoran pada mesin pendingin.
i. Proses pemvakuman mesin pendingin menggunakan pompa vakum untuk mengeluarkan udara – udara yang masih terjebak dalam saluran pipa mesin pendingin agar nantinya proses siklus dalam mesin pendingin berjalan dengan baik.
j. Proses pengisian refrigeran R-134a sebagai fluida kerja mesin pendingin. Tekanan refrigeran yang dimasukkan dalam siklus mesin pendingin harus sesuai dengan standar kerja mesin pendingin agar bekerja dengan baik.
k. Proses uji coba mesin pendingin setelah semua alat terpasang dengan baik, hubungan kabel kompresor ke aliran listrik yang stabil, maka kompresor akan menyala dan memompakan refrigeran ke seluruh komponen mesin pendingin secara konstan atau stabil.
38
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Mesin yang diteliti
Mesin yang diteliti merupakan mesin pendingin dengan siklus kompresi uap. (Gambar 4.1).
Gambar 4.1 Skematik mesin pendingin 4.2 Alur penelitian pada mesin pendingin
Dalam penelitian mesin pendingin ini, pelaksanaan penelitian mengikuti alur penelitian seperti yang tersaji pada Gambar 4.2
Gambar 4.2 Diagram alur penelitian mesin pendingin 4.3 Alat bantu penelitian
Proses penelitian membutuhkan beberapa alat bantu yang dipergunakan untuk mengambil data – data penelitian.
a. Stopwatch
Stopwatch berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk mengukur lamanya pengambilan data dalam penelitian mesin pendingin.
Gambar 4.3 Stopwatch b. Pengukur Tekanan (pressure gauge)
Pressure gauge berfungsi untuk mengetahui nilai tekanan pada refrigeran. Pressure gauge yang berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi, yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.
Gambar 4.4 Pressure gauge c. APPA
APPA berfungsi untuk menerima sinyal thermo-electric dari thermocouple yang kemudian dipresentasikan dalam bentuk angka digital. Alat ini dapat membaca dua pengukuran suhu sekaligus.
Gambar 4.5 APPA digital d. Thermocouple
Thermocouple berfungsi sebagai alat untuk mendeteksi suhu suatu benda dengan 2 bahan konduktor yang dijadikan satu kemudian menimbulkan thermo-electric, yang selanjutnya di baca oleh APPA.
Gambar 4.6 Thermocouple
e. Kabel roll
Kabel roll berfungsi untuk membagi daya listrik dari listrik PLN ke mesin pendingin karena panjang kabel pada mesin pendingin terbatas.
Gambar 4.7 Kabel roll f. Botol minum
Botol minum ini berfungsi sebagai beban mesin pendingin, dengan berisi air dengan volume 1000 ml. Jumlah : 1 botol.
Gambar 4.8 Botol minum g. Diagram P-h R134a
Diagram P-h berfungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap pada mesin pendingin. Dengan diagram ini dapat diketahui nilai entalpi (h1,h2,h3,h4),
Gambar 4.9 Diagram P-h R134a 4.4 Variasi Penelitian
Variasi penelitian yang digunakan adalah jumlah air yang dipergunakan untuk merendam pipa yang terletak diantara kompresor dan kondensor. Penelitian pertama menggunakan beban pendinginan (di ruang kulkas) 1 liter air tanpa menggunakan rendaman air, diuji selama 6 jam. Penelitian kedua menggunakan beban pendinginan 1 liter air dengan yang dipergunakan untuk merendam pada pipa diantara kompresor dan kondensor 3
4 liter.
4.5 Cara pengambilan data
Cara mendapatkan data adalah melalui proses berikut:
a. Mengecek pada semua bagian mesin pendingin dan memastikan tidak ada kebocoran dan kerusakan pada setiap komponen mesin pendingin.
b. Mempersiapkan botol minum yang dipakai untuk tempat air sebagai beban pendinginan dan mengisinya dengan 1 liter air.
c. Memasang thermocouple dan APPA untuk mengukur suhu pada beban, ruangan, dan rendaman.
d. Menghidupkan mesin pendingin.
e. Melakukan pengambilan data nilai tekanan tinggi dan tekanan rendah. Proses pengambilan data diukur setiap 15 menit dan berlangsung selama 6 jam. 4.6 Cara mengolah data dan melakukan pembahasan
Dari data yang diperoleh (P1,P2) dapat dibuat siklus kompresi uap pada
Diagram P-h. Dari Diagram tersebut diperoleh nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu
kerja evaporator dan suhu kerja kondensor. Nilai entalpi yang diperoleh dapat digunakan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin dengan cara menghitung kalor yang dilepas kondensor (Qout), kalor yang diserap evaporator
(Qin), kerja kompresor (Win), COP, efisiensi dari mesin pendingin serta laju aliran
massa. Untuk melakukan pengolahan data hasil – hasil penghitungan digambarkan dalam bentuk grafik terhadap waktu. Pengolahan data dilakukan dengan memperhatikan dari tujuan penelitian dan hasil – hasil penelitian sebelumnya.
Gambar 4.10 Cara mendapatkan nilai entalpi suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondensor pada Diagram P-h
4.7 Cara mendapatkan kesimpulan
Kesimpulan diperoleh dari hasil pengolahan data dan hasil pembahasan, kesimpulan harus menjawab dari tujuan penelitian.
46
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitiana. Nilai Tekanan
Hasil penelitian untuk nilai tekanan refrigeran masuk kompresor dan keluar kompresor yang dihasilkan dengan variasi penelitian beban 1 liter, tanpa rendaman dan ¾ rendaman. Data hasil penlitian disajikan pada Tabel 5.1 dan 5.2 merupakan data yang telah diolah.
Tabel 5.1 Nilai tekanan pengukuran masuk dan keluar kompresor dalam tekanan terukur satuan psi
No Variasi pada pipa diantara kompresor dan kondensor
P1
(psig)
P2
(psig)
1 Tanpa rendaman air 9,08 203,77
2 ¾ liter rendaman air 6,98 144,7
Tabel 5.2 Nilai tekanan pengukuran masuk dan keluar kompresor dalam tekanan terukur satuan psi dan MPa
No
Variasi pada pipa diantara kompresor dan kondensor P1 Tekanan Rendah P2 Tekanan Tinggi P1 Tekanan Rendah P2 Tekanan Tinggi psia Mpa 1 Tanpa rendaman air 23,78 218,47 0,164 1,506 2 ¾ liter rendaman air 21,68 159,4 0,149 1,099
Data tekanan pada Tabel 5.2 didapat dengan cara menambah 14,7 psi pada data hasil pengukuran alat ukur, kemudian dikonversi ke Mpa dengan acuan 1 psi = 0,00689476 Mpa, sehingga didapat rumus konversi:
Tekanan Mpa = (data hasil pengukuran + 14,7 psi) x 0,00689476 MPa
b. Nilai suhu kerja evaporator dan kondensor
Hasil penelitian nilai suhu kerja evaporator dan kondensor untuk setiap variasi penelitian disajikan dalam Tabel 5.3 dalam satuan oC dan satuan K. Perhitungan konversi oC ke K adalah dengan menambah 273,15o pada suhu oC.
Tabel 5.3 Suhu kerja evaporator dan kondensor dalam satuan oC dan K
No
Variasi pada pipa diantara kompresor dan
kondensor
Te Tc
o
C K oC K
1 Tanpa rendaman air -16 257 52 325
2 ¾ liter rendaman air -18 255 42 315
c. Nilai entalpi
Data entalpi diambil dari setiap variasi penelitian yang disajikan pada Tabel 5.2 dengan menggambar pada diagram P-h. Nilai entalpi pada setiap variasi penelitian disajikan pada Tabel 5.4
Tabel 5.4 Nilai entalpi pada siklus kompresi uap
No
Variasi pada pipa diantara kompresor dan kondensor h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg)
1 Tanpa rendaman air 395 438 275 275
2 ¾ rendaman air 390 430 262 262
5.2 Perhitungan
a. Menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
Menghitung kerja kompresor (Win) dapat dilakukan dengan menggunakan
Persamaan (2.1) yaitu Win = h2 – h1, kJ/kg. Perhitungan untuk Win diambil dari
nilai entalpi yang disajikan pada Tabel 5.4. Win = h2 – h1 (kJ/kg)
= 438 – 395 (kJ/kg) = 43 kJ/kg
b. Menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran (Qin)
Menghitung energi kalor yang diserap evaporator dapat dihitung dengan Persamaan (2.3) yaitu Qin = h1 – h4, kJ/kg. Penghitungan untuk Qin diambil dari
nilai entalpi yang disajikan pada Tabel 5.4.
Qin = h1 – h4 (kJ/kg)
= 395 - 275 (kJ/kg)
c. Menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout)
Jumlah energi kalor yang dilepas oleh kondensor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.2) yaitu Qout = h2 – h3, kJ/kg. Penghitungan untuk
Qout diambil dari nilai entalpi yang disajikan pada Tabel 5.4.
Qout = h2 – h3 (kJ/kg)
= 438 - 275 (kJ/kg)
= 163 kJ/kg
d. Koefisien prestasi ideal (COPideal)
Perhitungan koefisien prestasi ideal (COPideal) dapat dihitung
menggunakan Persamaan (2.5) yaitu COPideal = Te / (Tc – Te) dengan Te dan Tc
menggunakan Tabel 5.3. COPideal = 257 (325−257)
=257 68 = 3,78
e. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)
Perhitungan koefisien prestasi aktual (COPideal) dapat dihitung
menggunakan Persamaan (2.4) yaitu COPaktual = Qin/Win = (h1-h4)/(h2-h1) dengan
COPaktual = Qin Win
=
(h1−h4) (h2−h1)=
(395−275) (438−395) = 120 43 = 2,79 f. Efisiensi mesin pendingin (%)Perhitungan efisiensi mesin pendingin dapat menggunakan persamaan (2.6) yaitu Efisiensi = COPaktual/COPideal.
Efisiensi = COPaktual
COPideal x 100%
= 2,79
3,78 x 100% = 73,8 %
Tabel 5.5 Nilai Win, Qin, Qout, COP, dan Efisiensi pada mesin pendingin yang
diteliti No Variasi pada pipa diantara kompresor dan kondensor Win (kJ/kg) Qin (kJ/kg) Qout (kJ/kg) COP Efisiensi (%) COPideal COPaktual
1 Tanpa rendaman air 43 120 163 3,78 2,79 73,8 2 ¾ liter rendaman air 40 128 168 5,25 3,2 60,95
5.3 Pembahasan
Mesin pendingin berhasil dibuat dan mampu bekerja mendinginkan beban kerja dengan baik. Suhu kerja evaporator untuk variasi tanpa rendaman air adalah -16oC dan untuk variasi ¾ liter rendaman air -18oC, lebih dingin dari suhu beban yang didinginkan. Suhu kerja kondensor untuk variasi tanpa rendaman air adalah 52oC dan untuk variasi ¾ liter rendaman air 42oC, lebih panas dari udara luar yang mendinginkan kondensor. Untuk menghindari pembekuan pada beban di dalam ruang pendinginan, mesin pendingin dilengkapi dengan thermostat. Thermostat berfungsi sebagai pemutus aliran listrik ke kompresor agar suhu kerja ruang pendinginan terjaga pada kisaran 2oC – 10oC. Suhu ruang pendinginan akan menyesuaikan dengan suhu yang diset pada thermostat, sehingga proses pendinginan berlangsung secara baik.
Hasil penelitian untuk energi yang diberikan kompresor persatuan massa refrigeran (Win) disajikan pada Gambar 5.1.
Gambar 5.1 Diagram perbandingan Win
43 40 38,5 39 39,5 40 40,5 41 41,5 42 42,5 43 43,5 W in ( k J/ k g) Tanpa rendaman 3/4 rendaman
Hasil penelitian untuk energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator (Qin) disajikan pada Gambar 5.2.
Gambar 5.2 Diagram perbandingan Qin
Hasil penelitian untuk energi kalor persatuan massa yang dilepas kondensor (Qout) disajikan pada Gambar 5.3.
Gambar 5.3 Diagram perbandingan Qout
120 128 116 118 120 122 124 126 128 130 Q in ( k J/ k g) Tanpa rendaman 3/4 rendaman 163 168 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 Q ou t (k J/ k g) Tanpa rendaman 3/4 rendaman
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi ideal (COPideal) mesin pendingin
yang diteliti disajikan pada Gambar 5.4.
Gambar 5.4 Diagram perbandingan COPideal
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi aktual (COPaktual) mesin
pendingin yang disajikan pada Gambar 5.5.
Gambar 5.5 Diagram perbandingan COPaktual
3,78 5,25 0 1 2 3 4 5 6 C O P id
eal Tanpa rendaman
3/4 rendaman 2,79 3,2 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 C O P ak tu al Tanpa rendaman 3/4 rendaman
Hasil penelitian efisiensi mesin pendingin yang diteliti disajikan pada Gambar 5.6.
Gambar 5.6 Diagram perbandingan Efisiensi
Nilai efisiensi tidak dapat mencapai 100% disebabkan karena proses – proses yang terjadi pada siklus kompresi uap tidak dapat berlangsung secara ideal. Pada saat proses siklus kompresi uap berjalan, terkadang bodi kompresor menjadi panas sehingga terjadi perpindahan kalor di udara sekitar bodi. Saluran pipa yang tidak terisolasi dengan baik antara pipa kapiler dengan evaporator dapat mempengaruhi kerja mesin. Suhu evaporator yang rendah membuat uap air yang melewati evaporator membeku sehingga perpindahan kalor yang terjadi di evaporator tidak maksimal.
73,8 60,95 0 10 20 30 40 50 60 70 80 E fi si en si ( % ) Tanpa rendaman 3/4 rendaman
55
BAB VI
KESIMPULAN
6.1 KesimpulanKesimpulan dari hasil penelitian adalah sebagai berikut:
a. Mesin pendingin bekerja secara baik dan dapat mendinginkan beban, dengan suhu evaporator dan kondensor pada variasi tanpa rendaman sebesar -16oC dan 52oC, sedangkan variasi ¾ rendaman sebesar -18oC dan 42oC.
b. Energi kalor persatuan massa yang dihisap oleh evaporator (Qin) pada variasi
tanpa rendaman sebesar 128 kJ/kg, untuk variasi ¾ rendaman sebesar 128 kJ/kg.
c. Energi kalor persatuan massa yang dilepas oleh kondensor (Qout) pada variasi
tanpa rendaman sebesar 163 kJ/kg, untuk variasi ¾ rendaman sebesar 168 kJ/kg.
d. Energi yang diberikan kompresor persatuan massa refrigeran (Win) pada
variasi tanpa rendaman sebesar 43 kJ/kg, untuk variasi ¾ rendaman sebesar 40 kJ/kg.
e. Koefisien prestasi ideal (COPideal) pada variasi tanpa rendaman sebesar 3,78
untuk variasi ¾ rendaman sebesar 5,25.
f. Koefisien prestasi aktual (COPaktual) pada variasi tanpa rendaman sebesar 2,79
untuk variasi ¾ rendaman sebesar 3,2.
g. Nilai efisiensi dari mesin pendingin untuk variasi tanpa rendaman sebesar 73,8%, untuk variasi ¾ rendaman sebesar 60,95%.
6.2 Saran
Dari penelitian yang dilakukan dapat dikemukakan saran sebagai berikut:
a. Pengambilan data lebih baik dilakukan pada saat cuaca cerah, karena pengaruh angin yang kencang serta suhu yang berubah – ubah membuat pengambilan data kurang akurat.
b. Saluran pipa kapiler diberi isolator (gabus/styrofoam/busa) dengan tujuan agar kinerja mesin pendingin bisa optimal.
DAFTAR PUSTAKA
Andi, Feternus, 2015. Perbandingan Karakteristik Showcase Dengan Refrigeran R134a Dan 502, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.
Aziz Azridjal, Joko Harianto, Afdhal Kurniawan Mainil, 2015. Potensi Pemanfaatan Panas Terbuang Pada Kondensor AC Sentral Untuk Pemanas Air Hemat Energi, Riau: Universitas Riau, Bengkulu: Universitas Bengkulu.
Fatimah, Siti, 2008. Analisis Pengaruh Elevasi Aliran Air Pendingin Kondensor Terhadap Laju Perpindahan Kalor Dan Efisiensi Kerja Mesin, Malang: Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.
Perdana G.R, Nasrul Ilminnafik, dan Digdo Listyadi, 2014. Pengaruh Penggunaan Water Cooled Condenser Terhadap Prestasi Kerja Mesin Pendingin Menggunakan Refrigeran LPG, Jember: Universitas Jember.
Sumanto, 2004. Dasar – Dasar Mesin Pendingin, Yogyakarta: Andi Offset.
Yoga Satria, Albertus Agung, 2014. COP Dan Efisiensi Showcase Dengan Panjang Pipa Kapiler 225 cm Dan Daya Kompresor 0,5 HP, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.
LAMPIRAN
Beban : 1 liter air
Variasi : Tanpa rendaman
No Waktu Tekanan Rendah Tekanan Tinggi
Tekanan
Rendah Tekanan Tinggi Dalam Psig Dalam Mpa
1 0 5,5 70 0,038 0,483 2 15 7 195 0,048 1,344 3 30 9 205 0,062 1,413 4 45 10 210 0,069 1,448 5 60 10 215 0,069 1,482 6 75 10 220 0,069 1,517 7 90 10 220 0,069 1,517 8 105 10 215 0,069 1,482 9 120 10 210 0,069 1,448 10 135 10 205 0,069 1,413 11 150 9 195 0,062 1,344 12 165 9 200 0,062 1,379 13 180 9 200 0,062 1,379 14 195 8,5 200 0,059 1,379 15 210 8 200 0,055 1,379 16 225 8 200 0,055 1,379 17 240 8,5 195 0,059 1,344 18 255 9 195,5 0,062 1,348 19 270 9 195 0,062 1,344 20 285 9 195 0,062 1,344 21 300 9 200 0,062 1,379 22 315 9 205 0,062 1,413 23 330 9 205 0,062 1,413 24 345 9 205 0,062 1,413 25 360 9 205 0,062 1,413 9,08 203,77 0,064 1,366
Beban : 1 liter air
Variasi : 3/4 rendaman (750 ml)
No Waktu Tekanan Rendah Tekanan Tinggi Tekanan Rendah Tekanan Tinggi Dalam Psig Dalam Mpa 1 0 49 52 0,338 0,359 2 15 4,5 165 0,031 1,138 3 30 7 170 0,048 1,172 4 45 6,5 180 0,045 1,241 5 60 7,5 190 0,052 1,310 6 75 8 190 0,055 1,310 7 90 7,5 190 0,052 1,310 8 105 8 190 0,055 1,310 9 120 8 190 0,055 1,310 10 135 8 192,5 0,055 1,327 11 150 8 192,5 0,055 1,327 12 165 7,5 192,5 0,052 1,327 13 180 8 187,5 0,055 1,293 14 195 8 192,5 0,055 1,327 15 210 8 187,5 0,055 1,293 16 225 8 192,5 0,055 1,327 17 240 7,5 192,5 0,052 1,327 18 255 8 190 0,055 1,310 19 270 8 192,5 0,055 1,327 20 285 8 192,5 0,055 1,327 21 300 7,5 187,5 0,052 1,293 22 315 8 190 0,055 1,310 23 330 8 190 0,055 1,310 24 345 8 192,5 0,055 1,327 25 360 8 190 0,055 1,310 7,36 182,88 0,152 1,362
