Mesin pendingin minuman dengan dua evaporator rangkaian seri

(1)

i

MESIN PENDINGIN MINUMAN DENGAN DUA

EVAPORATOR RANGKAIAN SERI

SKRIPSI

Untuk memenuhi salah satu persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Mesin

Oleh :

MATHEIS EVERDIN MAKATITA

115214015

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

COOLER DRINKS MACHINE WITH TWO

EVAPORATORSERIES CIRCUIT

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanainMechanical Engineering

By :

MATHEIS EVERDIN MAKATITA

115214015

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

ABSTRAK

Seiring berjalannya waktu semakin banyak mesin pendingin yang dimanfaatkan sesuai dengan kebutuhan manusia. Mesin pendingin ditinjau dari kegunaanya memiliki fungsi yang berbeda. Adapun fungsi dari mesin pendingin yaitu untuk mendinginkan, membekukan dan untuk pengkondisian udara. Sebagai contoh mesin pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan yaitu refrigerator, dan yang untuk membekukan yaitu freezer, sedangkan yang untuk pengkondisian udara yaitu air conditioner (AC). Tujuan penelitian ini adalah (a) merakit mesin pendingin dengan dua evaporator yang digunakan untuk mendinginkan minuman, (b) menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran, laju aliran massa refrigeran, (c) mengetahui COPaktual mesin pendingin, COPideal mesin pendingin dan efisiensi mesin pendingin.

Penelitian ini menggunakan mesin pendingin minuman dengan dua evaporator rangkaian seri, yang menggunakan siklus kompresi uap dengan panjang pipa kapiler 150cm, daya kompresor 1/5 Hp, refrigeran134a, kondensor yang memiliki lekukan sebanyak 8U dan dua evaporator plat datar. Data yang diambil yaitu (a) suhu refrigeran saat masuk kompresor (T1), (b) suhu refrigeran saat keluar kondensor (T3), (c) suhu udara di dalamruang pendinginan (Truangpendingin), (d) tekanan rendah refrigeran masuk kompresor (P1), (e) tekanan tinggi refrigeran keluar kompresor (P2).

(8)

viii

kondensor pada saat stabil 59% dan yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor pada saat stabil 66%.

(9)

ix

ABSTRACT

As time goes by more and more cooling machines are utilized in accordance with human needs. Cooling engine in terms of it is functionality has different functions. As for the function of the cooling machine is to cool, freeze, and for air condiioning. For example a cooling machine that serves to cool the refrigerator, and which to freeze ie freezer, while those for air conditioning are air conditioner. The purpose of this study is to (a) assemble the cooling machine with two evaporators used to cool the beverage, (b) calculate the compressor work per unit mass of thr refrigerant, the heat released by the condenser per unit mass of he refrigerant, the heat absorbed by evaporator per unit mass of the refrigerant, the mass flow rate, (c) knowing theCOPactual, COPideal, and cooling machine

efficiency. The air temperature inside the cooling chamber,

This study used a beverage cooling machine with two evaporators series circuit, evaporators using a vapor compression cycle with 150 cm, capillary tube length , 1/5 Hp compressor power, refrigeran 134a, 8U condensor, and two flat plate evaporator. The data taken is the refrigeran temperature when entering the comressor, temperature of refrigerant upon exit condenser, low pressure refrigerant in compressor, high pressure refrigerant out comperssor.

This research gets results (a) a beverage cooling machine with two series circut evaporators has been successfully manufactured and in research using a condenser cooling fan produces evaporator work Te = -35,9 oC, condenser temperature Tc = 42,2 oC, and the temperature of the cooling chamber can be reached Tcooling room = 0,47 oC, whereas in the study that did not use condenser cooling fan to produce the working temperature of evaporator Te = -38,4 oC, condenser tempereture Tc = 45,8 oC, and the temperature of the cooling chamber can be reached Tcooling room = 2,32 oC. (b) the working of a refrigerant mass union compressor (Win) using a condenser cooling fan at a stable 67 kJ/kg, and which does not use a condenser cooling fan at a stable 64 kJ/kg.Headreleased by condenser per unit mass of refrigerant (Qout) using codenser cooling fan at stable 185 kJ/kg, and which does not use condenser cooling fan when stable 184 kJ/kg.Heatabsorbed by evaporator per unit mass of refrigerant (Qin) using condenser cooling fan at stable 118 kJ/kg, and not using condenser cooling fan at stable 120 kJ/kg. Refrigerant mass flow rate (ṁ) using condenser cooling fan at stable 0,00296 kg/sec, and which does not use condenser cooling fan at stable 0,00309 kg/sec.COPactualthat uses condenser cooling fans at a stable 1,76, and that does not use condenser cooling fans at a stable 1,88. COPidealthat uses condenser cooling fans at a stable 2,8, and that does not use condenser cooling fans at a stable 2,84. Efficiency using condenser cooling fan at stable 59%, and which did not use condenser cooling fan when stable 66%.

(10)

x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya berjalan dengan baik dan lancar.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, akhirnya skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi,Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah memberikan dorongan motivasi dan perhatian sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Kepala Lab Energi Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta.

5. Para Dosen dan Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta.

6. Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Santa Dharma, Yogyakarta.

7. Alexius Makatita, dan Maria Makatita selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.

(11)

(12)

xii

LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ... vi

ABSTRAK ... vii

2.5 Rumus Perhitungan Pada Mesin Pendingin ... 20

2.6 Tinjauan Pustaka ... 23

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 26

3.1 Alat Penelitian ... 26

(13)

xiii

3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin ... 29

3.4 Proses Pembuatan Mesin Pendingin ... 35

3.5 Proses Pemvakuman dan Pemetilan ... 40 BABVHASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 55

5.1 Hasil Penelitian ... 55

5.2 Perhitungan ... 58

5.3 Pembahasan ... 74

BABVIKESIMPULAN DAN SARAN ... 80

6.1 Kesimpulan ... 80

6.2 Saran ... 83

DAFTAR PUSTAKA ... 84

LAMPIRAN ... 85

7.1 Nilai Entalpi Menggunakan Kipas ... 85

(14)

xiv

ISTILAH PENTING

Simbol Keterangan

h1 Nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, (kJ/kg) h₂ Nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, (kJ/kg) h2 Nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, (kJ/kg) h3 Nilai entalpi refrigeran keluar dari kondensor, (kJ/kg) Win Kerjakompresorpersatuanmassa refrigeran, (kJ/kg)

Qout Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, (kJ/kg) Qin Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, (kJ/kg) ṁ Laju aliran massa refrigeran, (kg/detik)

COPaktual Koefisien prestasi aktual mesin pendingin COPideal Koefisienprestasi ideal mesin pendingin Te Suhu evaporator, (K)

Tc Suhu kondensor, (K) η Efisiensi mesin pendingin

W Kerja kompresor per satuan waktu, (J/detik)

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perpindahan panas secara konduksi ... 6 Gambar 2.2 Perpindahan panas secara konveksi ... 6 Gambar 2.3 Perpindahan panas secara radiasi ... 8

Gambar 2.4 Kompresor hermetik ... 11

Gambar 2.5 Kondensor dengan jari-jari penguat ... 12

Gambar 2.6 Filter ... 13

Gambar 2.7 Pipa kapiler ... 13

Gambar 2.8 Evaporator Plat datar ... 14

Gambar 2.9 Refrigerant 134a ... 15

Gambar 2.10 Skematik rangkaian komponen siklus kompresi uap ... 16 Gambar 2.11 P-h diagram siklus kompresi uap ... 16 Gambar 2.12 T-s diagram siklus kompresi uap ... 17

Gambar 2.13 P-h diagram refrigeran 134a ... 19

Gambar 3.1 Mesin yang diteliti ... 26

Gambar 3.2 Rangka atau badan mesin pendingin ... 29

Gambar 3.3 Pemotong pipa ... 30

Gambar 3.9 Thermostatdan spesifikasinya ... 33

Gambar 3.10 Pompa vakum ... 34

Gambar 3.11 Styrofoam ... 34

Gambar 3.12 Kipas dan kompresor ... 35

(16)

xvi

Gambar3.15 Sambungan ujung pipa keluar kompresor dan ujung

Pipa masuk kondensor serta dudukan manifold gauge ... 37 Gambar 3.16 Sambungan filter dengan ujung pipa keluar kondensor ... 38 Gambar 3.17 Sambungan las pipa kapiler, evaporator 1 dan 2 ... 39 Gambar 3.18 Letak potongan pipa kapiler pada lubang keluar filter ... 39

Gambar 3.19 Letak fan dekat kompresor ... 40

Gambar 4.1 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin pendingin ... 44 Gambar 4.2 Skematik alat penelitian menggunakan kipas pendingin

kondensor ... 46

Gambar 4.3 Skematik alat penelitian tidak menggunakan kipas pendingin

kondensor ... 46

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tebel pengambilan data ... 52

Tabel5.1 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (psi) menggunakan

kipas pendingin kondensor ... 55

Tabel 5.2 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) menggunakan

Tabel 5.3 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (psi) tidak

menggunakan kipas pendingin kondensor ... 56 Tabel 5.4 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) tidak

menggunakan kipas pendingin kondensor ... 57 Tabel 5.5 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang

menggunakan kipas pendingin kondensor ... 58 Tabel 5.6 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang tidak

menggunakan kipas pendingin kondensor ... 59 Tabel 5.7 Kerja kompresor(Win) dari waktu ke waktu yang menggunakan

Tabel5.8 Kerja kompresor(Win) dari waktu ke waktu yang tidak

menggunakan kipas pendingin kondensor ... 60 Tabel 5.9 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout)

Yangmenggunakan kipas pendingin kondensor ... 62 Tabel 5.10 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout)

tidak menggunakan kipas pendingin kondensor ... 63 Tabel 5.11 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin)

yang menggunakan kipas pendingin kondensor ... 64 Tabel 5.12 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin)

yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor ... 65 Tabel 5.13 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang menggunakan

Tabel 5.14 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang tidak menggunakan

(18)

xviii

Tabel 5.15 Nilai COPaktualmesin pendinginyang menggunakan kipas

pendingin kondensor ... 69

Tabel 5.16 Nilai COPaktualmesin pendinginyang tidak menggunakan

kipaspendingin kondensor ... 69

Tabel 5.17 Nilai COPideal mesin pedingin yang menggunakan kipas

pendingin kondensor ... 71

Tabel 5.18 Nilai COPideal mesin pedingin yang tidak menggunakan

Tabel 5.19 Nilai efisiensi mesin pendingin (η) yang menggunakan

Tabel 5.20 Nilai efisiensi mesin pendingin (η) yang tidak menggunakan

Table 5.21 Hasil penelitian yang menggunakan kipas pendingin kondensor ... 75 Table 5.22 Hasil penelitian yang tidak menggunakan kipas pendingin

(19)

xix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

Menggunakan kipas pendingin kondensor t = 10 menit ... 85 Lampiran 2 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

(20)

xx

Lampiran 15 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 20 menit ... 99 Lampiran 16 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 30 menit .. 100 Lampiran 17 Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 50 menit .. 102 Lampiran 19Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

tidak menggunakan kipas pendingin kondensor t = 60 menit .. 103 Lampiran 20Cara menentukan nilai entalpi (h) dari rata-rata data

(21)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini semakin banyak mesin pendingin yang dimanfaatkan sesuai

dengan kebutuhan manusia. Mesin pendingin adalah suatu peralatan yang sering

dijumpai di setiap gedung perkantoran, rumah sakit, tempat industri, rumah

tangga, mall/supermarket, hotel dan bahkan pada alat transportasi. Mesin

pendingin dapat berfungsi untuk mendinginkan (refrigerator), membekukan

(freezer), dan mengkondisikan udara (air conditioner/AC).

Refrigerator, jenis ini lebih dikenal dengan sebutan lemasi es atau kulkas.

Pada umumnya berfungsi untuk mengawetkan makanan, mendinginkan minuman,

dan membekukan. Pada Refrigerator perkembangbiakan dan kehidupan bakteri

dalam makanan yang didinginkan atau dibekukan dihentikan sehingga makanan

akan bertahan lebih lama dan dalam keadaan baik. Sedangkan minuman

didinginkan untuk mendapatkan kesegaran saat diminum.

Freezer, jenis ini tidak berbeda jauh dengan kulkas, hanya saja suhu kerja

Freezer lebih rendah dan dapat mencapai suhu -30 sampai -40 . Fungsi

utamanya untuk membekukan air atau bahan makanan seperti daging dan ikan.

Air Conditioner (AC), jenis ini berbeda dengan Refrigerator ataupun Freezer.

AC dipergunakan manusia untuk mengkondisikan udara dalam suatu ruangan,

agar manusia yang berada di dalamnya merasa lebih nyaman. Pengkondisian

(22)

Jika AC digunakan di dalam alat transportasi (pesawat, mobil, bus, kereta api,

kapal laut, dll), diharapkan manusia yang berada didalamnya bisa menikmati

perjalanan dengan rasa nyaman.

Mengingat pentingnya peranan mesin pendingin bagi manusia dalam

kehidupan sehari-hari, maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami,

dan mengenal cara kerja beserta dengan karakteristik mesin pendingin, dengan

cara membuat mesin pendingin dengan dua evaporator dan melakukan penelitian

terhadap karakteristik mesin pendingin tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah pada mesin pendingin pada umumnya adalah tidak diketahuinya

karakteristik dari mesin pendinginnya, oleh karenanya diperlukan suatu

pengalaman penelitian untuk dapat mengetahui karakteristik dari mesin

pendingin.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Merakit mesin pendingin dengan dua evaporator yang digunakan untuk

mendinginkan minuman.

b. Menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas

kondensor per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per

(23)

c. Mengetahui COPaktual mesin pendingin, COPideal mesin pendingin dan efisiensi

mesin pendingin.

1.4 Batasan-Batasan

Batasan-batasan yang dipergunakan dalam pembuatan mesin pendingin

dengan dua evaporatorini adalah :

a. Mesin pendingin bekerja dengan siklus kompresi uap.

b. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/5 HP, komponen utama yang

lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.

c. Refrigeran yang digunakan adalah refrigeran 134a (R-134a).

d. Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm, dengan diameter pipa 0,028

inch, berbahan tembaga.

e. Kondensor yang digunakan memiliki lekukan atau lintasan sebanyak 8U.

f. Dua evaporator plat datar yang digunakan merupakan evaporator standar.

g. Komponen utama yang digunakan adalah komponen standart yang dijual di

pasaran.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Bagi penulis, dapat memberikan bekal pemahaman terhadap mesin pendingin

dengan dua evaporator dan memberikan pengalaman dalam pembuatan mesin

(24)

b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang

ingin membuat mesin pendingin dengan dua evaporator atau lebih.

c. Hasil penelitian dapat di tempatkan di perpustakaan untuk menambah

(25)

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Perpindahan Panas

Perpindahan panas merupakan perpindahan energi karena adanya perbedaan

temperatur atau suhu. Dimana energi yang berpindah dinamakan kalor (heat).

Panas akan terus mengalir dari temperature tinggi ke temperatur rendah dan akan

terhenti saat mencapai kesetimbangan temperature, ada tiga cara perpindahan

panas yaitu : secara (a) konduksi, (b) konveksi, dan (c) radiasi.

a. Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi ialah pemindahan panas yang dihasilkan

dari kontak langsung antara permukaan-permukaan benda yang menghasilkan

panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan

panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang

satu ke sisi yang lain. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda,

semakin cepat benda tersebut mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke

sisi yang lain. Contohnya seperti pada Gambar 2.1 batang besi yang dipanaskan

(26)

Gambar 2.1 Perpindahan panas secara konduksi

b. Konveksi

Proses perpindahan panas melalui suatu zat yang disertai deangan

perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi. Konveksi dapat

terjadi pada zat cair dan gas. Syarat terjadinya konveksi pada zat cair adalah

adanya pemanasan. Hal ini disebabkan oleh massa jenis zat cair ikut berpindah

tempat. Contohnya pada Gambar 2.2 air yang dipanaskan dengan panci, massa

jenis air bagian bawah akan berkurang sehingga digantikan dengan air bagian

atas yang memiliki massa jenis lebih berat.

(27)

Ada dua macam perpindahan panas secara konveksi yaitu:

 Perpindahan panas konveksi bebas

Perpindahan panas karena adanya pergerakan fluida atau zat cair pada benda

panas tanpa adanya alat bantu yang menggerakan fluida tersebut, tetapi

pergerakan fluidanya terjadi karena adanya perbedaan massa jenis yang

disebabkan oleh perbedaan suhu.Contoh perpindahan panas konveksi bebas

adalah panas kondensor yang berpindah secara bebas karena adanya perbedaan

suhu.

 Perpindahan panas konveksi paksa

Perpindahan panas yang fluidanya bergerak karena adanya alat yang

digunakan untuk menggerakan fluida tersebut, seperti fan/kipas, blower, pompa

dan sebagainya. Contoh perpindahan panas konveksi paksa adalah panas

kondensor yang dipindahkan secara paksa dengan menggunakan kipas yang

menggerakan udara sekitar melewati kondensor.

c. Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi

karena adanya pancaran gelombang-gelombang elektromagnetik tanpa adanya

media penghalang. Dengan kata lain radiasi panas dapat melalui ruang hampa.

Contoh perpindahan panas radiasi melalui ruang hampa dapat dilihat pada

(28)

Gambar 2.3 Perpindahan panas secara radiasi

Pada Gambar 2.3 menunjukan sinar matahari yang langsung mengenai permukaan

bumi. Maka permukaan bumi yang terkena langsung sinar matahari akan menjadi

panas. Pada kejadian ini terjadi perpindahan panas secara radiasi oleh sinar

matahari yang sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa adanya media

penghalang.

2.2 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin atau refrigerator bekerja untuk memindahkan panas dari

suatu ruangan yang memiliki temperatur rendah ke suatu tempat yang memiliki

temperatur yang lebih tinggi. Mesin pendingin yang banyak dipakai manusia

umumnya menggunakan siklus kompresi uap. Siklus ini terdiri dari beberapa

proses yaitu kompresi, kondensasi (pengembunan), penurunan tekanan, dan

evaporasi (penguapan). Proses tersebut berlangsung secara terus menerus dan

berulang-ulang sehingga didapat temperatur yang diinginkan. Adapun proses

(29)

a. Proses Kompresi

Proses kerja mesin pendingin dimulai dari kompresor, dengan adanya aliran

listrik, motor kompresor akan bekerja dan menghisap gas refrigeran yang bersuhu

rendah. Kemudian kompresor memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap

atau gas bertekanan tinggi yang langsung mengalir ke kondensor.

b. Proses Kondensasi (pengembunan)

Gas bertekanan tinggi yang sampai di kondensor akan didinginkan. Proses

pendinginan refrigeran di dalam kondensor dapat terjadi karena suhu refrigeran

lebih tinggi dari suhu udara di luar, maka panas pada refrigeran dapat mengalir ke

udara luar. sehingga suhu refrigeran turun dan wujud refrigeran berubah menjadi

cairan, dan memasuki pipa kapiler.

c. Proses Penurunan Tekanan

Refrigeran kemudian memasuki pipa kapiler, untuk proses penurunan

tekanan. Penurunan tekanan refrigeran diakibatkan karena diameter pipa kapiler

lebih kecil dari diameter pipa lainya, sehingga terjadi hambatan pada tekanan

refrigeran. Dengan adanya penurunan tekanan maka suhu refrigeran menjadi lebih

rendah. Selanjutnya refrigeran memasuki ruang evaporator untuk proses

penguapan.

d. Proses Evaporasi (penguapan)

Saat refrigeran sampai di evapoator, refrigeran tersebut akan menguap atau

berubah fase dari cair menjadi gas. Karena adanya perbedaan suhu dimana suhu

(30)

lingkungan evaporator dapat mengalir ke refrigeran akibatnya ruangan di dalam

evaporator menjadi dingin.

Ada dua jenis mesin pendingin atau kulkas yaitu nonfreezer dan freezer.

Mesin pendingin minuman digolongkan sebagai kulkas nonfreezer, karena di

dalam kulkas tidak hanya terdapat bagian pembeku (evaporator). Sedangakan

kulkas freezer memiliki evaporator di setiap raknya, jadi freezer mampu

mambekukan sesuatu lebih banyak dibandingkan dengan kulkas nonfreezer.

2.3 Komponen Utama Mesin Pendingin

Pada mesin pendingin terdapat komponen-komponen utama yang mempunyai

peranannya masing-masing, komponen-komponen tersebut yaitu : (a) kompresor,

(b) kondensor, (c) filter, (d) pipa kapiler, (e) evaporator, dan fluida kerjanya

adalah refrigeran.

a. Kompresor

Kompresor adalah alat yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida gas.

Kompresor merupakan inti dari sistem kompresi uap. Kompresor yang sering

digunakan adalah kompresor hermatik (Hermatic Compressor). Kompresor ini

berada dalam satu wadah yang tertutup rapat, dan digerakkan oleh motor listrik

dengan komponen mekanik. Kompresor ini dapat bekerja dengan prinsip

recipocating ataupun rotary dimana posisi poros atau toraknya bisa vertikal

(31)

Gambar 2.4 Kompresor hermatik

b. Kondensor

Kondensor berfungsi untuk melepas panas pada refrigeran. Pelepasan panas

dapat terjadi karena adanya perbedaan suhu refrigeran yang tinggi dengan suhu

udara di lingkungan yang rendah. Dimana akan terjadi perpindahan panas secara

alami dari refrigeran ke udara lingkungan. Saat proses pelepasan panas terjadi,

refrigeran akan mengalami proses kondensasi. Proses ini pada mesin pendingin

(32)

Gambar 2.5 Kondensor dengan jari-jari penguat

c. Filter

Filter pada mesin pendingin terbuat dari bahan tembaga. Filter berfungsi

untuk menyaring kotoran yang ikut terbawa oleh refrigeran. Kotoran disaring

dengan tujuan agar tidak terjadi penyumbatan di dalam pipa kapiler saat refrigeran

mengalir, karena diameter pipa kapiler lebih kecil dari pipa-pipa yang lain.

Kotoran yang disaring dapat berupa sisa-sisa debu pada saaat proses pengelasan,

(33)

Gambar 2.6 Filter

d. Pipa Kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran, dengan tujuan

agar suhu refrigeran menjadi sangat rendah sehingga panas yang akan diserap

oleh evaporator dapat lebih optimal. Penyebab turunnya tekanan pada refrigeran

karena diameter pipa kapiler sangat kecil yang menyebabkan adanya hambatan

yang dapat menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk ke dalam evaporator.

Gambar 2.7 Pipa kapiler

e. Evaporator

Evaporator berasal dari kata evaporasi yang berarti penguapan. Evaporator

adalah ruang atau tempat refrigeran menyerap panas. Ketika refrigeran melewati

evaporator, akan terjadi perubahan fase dari cair menjadi gas. Proses ini terjadi

(34)

evaporator. Evaporator terbuat dari bahan logam tembaga atau aluminium karena

logam berfungsi sebagai konduktor yang baik. Jenis evaporator yang bayak

digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa berplat pada kulkas 1 pintu dan

pipa bersirip pada kulkas 2 pintu.

Gambar 2.8 Evaporator plat datar

f. Refrigeran

Refrigeran juga sangat penting dalam suatu sistem mesin pendingin, karena

refrigeran berfungsi sebagai fluida yang dapat menyerap panas pada evaporator

dan kemudian melepaskan panas tersebut setelah memasuki kondensor.

Refrigeran dapat berubah wujud zat dari cair ke gas dan juga sebaliknya.

Refrigeran yang digunakan pada penelitian mesin pendingin dengan dua

evaporator ini adalah Refrigeran 134a (R-134a), karena refrigeran 134a ini tidak

beracun, tidak mudah terbakar dan relatif stabil. Berikut adalah spesifikasinya :

 Tidak berwarna.

 Tidak berbau.

 Tidak merusak lapisan ozon.

(35)

 Memiliki suhu kritis 101,1 °C.

 Memiliki tekanan kritis 4,06 Mpa.

Ada beberapa bahan pending sejenis refrigeran 134a yg sering kita temukan

di pasaran antara lain SUVA 134a, HFC 134a, dan KLEA Forane 134a.

Gambar 2.9 Refrigeran134a

2.4 Siklus Kompresi Uap

Dari berbagai jenis system refrigerasi pada mesin pendingin, siklus

kompresi uaplah yang banyak digunakan. Pada siklus ini komponen yang

digunakan adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, dan evaporator. Skema

rangkaian komponen siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.10. Gambar

2.11 menyajikan siklus kompresi uap pada P-h diagram dan pada Gambar 2.12

(36)

Qout

Win

Qin

Gambar 2.10 Skematik rangkaian komponen siklus kompresi uap

Gambar 2.11 P-h diagram siklus kompresi uap Kondensor

Pendinginan lanjut Penurunan temperatur

Kondensasi

Kompresi

(37)

Gambar 2.12 T-s diagram siklus kompresi uap

Proses siklus di atas dijelaskan sebagai berikut :

a. Proses 1-2 (Kompresi)

Sebelum dimulainya proses ini, refrigeran berupa gas panas lanjut bertekanan

rendah masuk ke kompresor. Kemudian kompresor menaikkan tekanan refrigeran

sehingga refrigeran menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Proses kompresi

berlangsung secara isentropic. Pada proses ini memerlukan energi listrik (untuk

kompresor hermatic).

b. Proses 2-2a (Penurunan temperatur/desuperheating)

Pada proses ini refrigeran mengalami proses penurunan suhu sampai

mencapai titik gas jenuh yang disertai dengan pelepasan kalor, sebelum refrigeran

memasuki kondensor. Penurunan temperatur disebabkan oleh perbedaan suhu

refrigeran dengan lingkungan sekitar evaporator. Proses ini berlangsung pada

(38)

c. Proses 2a-3a (Kondensasi)

Proses ini terjadi saat refrigeran sampai di kondensor. Dimana refrigeran

yang bertemperatur tinggi melepas panas ke lingkungan luar, sehingga terjadi

proses perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Proses ini berlangsung

pada tekanan tinggi dan temperatur yang tetap. Pelepasan ini terjadi karena

temperatur refrigeran lebih tinggi dari temperatur lingkungan luar.

d. Proses 3a-3 (Pendinginan lanjut)

Proses ini berfungsi untuk memastikan agar refrigeran yang keluar dari

kondensor sudah dalam kondisi cair. Supaya refrigeran yang masuk ke dalam pipa

kapiler tidak bercampur dengan gas, yang dapat menyebabkan masalah pada

sistem pendingin. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur refrigeran, dimana

temperature refrigeran lebih rendah dari temperatur refrigeran saat proses

kondensasi.

e. Proses 3-4 (Penurunan tekanan dan temperatur)

Proses ini berlangsung di pipa kapiler yang memiliki diameter sangat kecil

dari pipa yang lainnya. Sehingga terjadi penurunan tekanan yang mengakibatkan

terjadi pula penurunan temperatur. Proses ini berlangsung pada entalpi yang tetap.

f. Proses 4-1a (Evaporasi)

Pada proses ini panas yang berada di dalam eveporator akan diserap oleh

refrigeran. Sehingga terjadi perubahan fase campuran (cairan+gas) menjadi fase

(39)

g. Proses 1a-1 (Pemanasan lanjut)

Proses ini berfungsi memastikan agar refrigeran yang akan masuk ke

kompresor sudah sepenuhnya berbentuk gas. Proses ini berlanjut pada tekanan

yang tetap.

(40)

2.5 Rumus Perhitungan Pada Mesin Pendingin

Dengan diketahuinya nilai entalpi, suhu kerja kondensor, dan evaporator pada

P-h diagram, dapat dihitung besarnya : (a) kerja kompresor, (b) kalor yang dilepas

kondensor, (c) kalor yang diserap evaporator, (d) laju aliran massa refrigeran, (e)

COP, dan (g) efisiensi mesin pendingin.

a. Kerja kompresor (Win).

Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan

Persamaan (2.1).

b. Kalor yang dilepas kondensor (Qout)

Besarnya kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran dapat

(41)

c. Kalor yang diserap evaporator (Qin)

Besarnya kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat

dihitung dengan Persamaan (2.3)

Qin = h1– h4 (2.3)

Pada Persamaan (2.3) :

Qin : kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran

h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar dari evaporator

h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk ke evaporator

d. Laju aliran massa refrigeran ̇

Laju aliran massa per satuan waktu dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)

̇ = W/Win = ( ⁄ ) Win (2.4)

̇ : laju aliran massa refrigeran ⁄

W : kerja kompresor per satuan waktu ⁄

Win : kerja kompresor per satuan massa refrigeran ⁄

V : besar tegangan listrik yang digunakan kompresor (V)

(42)

e. COP (Coefficient Of Performance)

COP digunakan untuk mengetahui kerja dari siklus kompresi uap. Semakin

tinggi nilai COP, maka semakin baik juga kerja siklus kompresi uapnya. COP

tidak memiliki satuan karena merupakan hasil perbandingan antara kalor yang

diserap evaporator dengan kerja kompresor. COP dapat dihitung dengan

Persamaan (2.5) dan (2.6) :

COPaktual = Qin / Win (2.5)

COPideal = Te / (Tc - Te) (2.6)

Pada Persamaan (2.5) dan (2.6) :

COPaktual : koefisien prestasi aktual mesin pendingin.

COPideal : koefisien prestasi ideal mesin pendingin.

Te : temperatur mutlak evaporator (K).

Tc : temperatur mutlak kondensor (K).

f. Efisiensi (η)

Efisiensi adalah besarnya tingkat efektifitas pada mesin pendingin, yang

dapat dihitung dengan Persamaan (2.7)

η = (COPaktual / COPideal) (2.7)

(43)

2.6 Tinjauan Pustaka

Anwar, K., melakukan penelitian tentang efek beban pendingin terhadap

performa sistem mesin pendingin. Penelitian ini menggunakan metode

eksperimental dengan variasi beban pendingin yang menempatkan bola lampu 60,

100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin. Performa optimum pada

pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP

sebesar 2.64. Sedangkan untuk waktu pendinginan diperoleh paling lama pada

beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt).

Basri, M. H., melakukan penelitian tentang pengaruh temperatur kondensor

terhadap kinerja mesin refrigerasi Focus 808. Penelitian ini bertujuan untuk

mendapatkan pengaruh perubahan tekanan pada kondensor dan mendapatkan

kondisi kerja yang optimal dalam pengoperasian mesin dengan mensimulasikan

temperatur kondensor. Hasil penelitian menunjukkan kenaikan temperatur

kondensor akan menyebabkan kenaikan daya kompresor, tetapi menurunkan

kapasitas refrigerasi sehingga menurunkan koefisien prestasi sistem refrigerasi.

Dwinanda, D., melakukan penelitian tentang analisis pengaruh bentuk

lekukan pipa kapiler pada refrigerator. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

pengaruh bentuk lekukan pipa kapiler pada refrigerator. Penelitian ini

menggunakan metode studi pustaka dan studi lapangan. Penelitian ini juga

menyajikan daftar alat serta bahan yang dipergunakan untuk membuat

refrigerator. Hasil dari percobaan ketiga pipa kapiler tersebut yang menghasilkan

(44)

Wilis., melakukan penelitian penggunaan refrigeran 22 dan 134a pada mesin

pendingin. Penelitian tersebut bertujuan : (a) menghitung prestasi kerja refrigeran

22 dibandingkan dengan refrigeran 134a. (b) membahas refrigeran yang lebih

ramah antara refrigeran 22 dengan 134a. Penelitian ini dilakukan dengan

batasan-batasan sebagai berikut : (a) menggunakan refrigeran 22 dan 134a. (b)

menggunakan mesin pengkondisian udara dengan motor penggerak kompresor 2

HP. Dari hasil penelitian didapatkan : (a) refrigeran 22 dari segi prestasi kerjanya

lebih baik dari refrigeran 134a, tetapi tidak ramah lingkungan. (b) refrigeran 134a

lebih ramah lingkungan, tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari refrigeran 22.

Riandri, S. R., melakukan penelitian tentang Mesin pendingin minuman

dengan panjang pipa kapiler 150 cm dan daya kompresor 1/5 HP. Yang bertujuan

: (a) menghitung kerja kompresor kerja kompresor per satuan massa refrigerant,

(b) kalor yang dilepas kondensor per satuan masa refrigerant, (c) kalor yang

diserap evaporator per satuan massa refrigeran, (d) laju aliran massa, (e) COPaktual,

(f) COPideal, (g) efisiensi mesin pendingin. Hasil yang didapatkan dari penelitian :

(a) kerja kompresor terkecil = 47 kJ/kg, terbesar = 53 kJ/kg , rata-rata = 50,28

kJ/kg dan saat stabil besarnya sekitar = 50 kJ/kg. (b) kalor yang di lepas terkecil

= 176 kJ/kg, terbesar = 200 kJ/kg, rata-rata = 184,71 kJ/kg dan saat stabil

besarnya sekitar = 180 kJ/kg. (c) kalor yang diserap terkecil = 128 kJ/kg, terbesar

= 147 kJ/kg, rata-rata = 134,42 kJ/kg dan saat stabil besarnya sekitar 130 kJ/kg.

(d) laju aliran massa terkecil = 0,00371 kg/detik, terbesar = 0,00429 kg/detik,

rata-rata = 0,00392 kg/detik dan saat stabil besarnya sekitar 0,00390 kg/detik. (e)

(45)

sekitar 2,60. (f) COPideal terkecil = 3,69, terbesar = 3,83, rata-rata = 3,77 dan saat

stabil besarnya sekitar 3,70. (g) Efisiensi terbesar = 76 %, terkecil = 64 %,

(46)

26

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Alat Penelitian

Mesin yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin pendingin dengan

daya kompresor 1/5 HP, kondensor dengan jumlah lintasan 8 lekukan U dengan

jari-jari penguat, dua evaporator, filter, pipa kapiler dan refrigeran. Mesin

pendingin minuman yang diteliti dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Mesin yang diteliti

a d

b

c

Keterangan :

(47)

3.2 Komponen – Komponen Alat Penelitian

Dalam pembuatan mesin pendingin dengan dua evaporator membutuhkan

komponen komponen : (a) kompresor, (b) kondensor, (c) filter, (d) pipa kapiler,

(e) evaporator, dan (f) refrigeran.

a. Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran dari tekanan

rendah ke tekanan tinggi, dan mengalirkan refrigeran di dalam sistem mesin

pendingin. Mesin pendingin ini menggunakan kompresor hermatik merk

panasonic dengan daya input 1/5 HP. (1 HP = 745,7 watt, dengan arus 0,9

ampere, dan voltage : 220 V).

b. Kondensor

Dalam penelitian ini menggunakan kondensor jenis pipa dengan jumlah

lintasan 8 lekukan U dengan sirip (jari-jari penguat). Kondensor bekerja secara

berkebalikan dengan evaporator, yaitu merubah fase refrigeran dari gas menjadi

cair. Kondensor melepas panas dari refrigeran ke udara disekitarnya karena

adanya perbedaan suhu. Spesifikasi kondensor yang digunakan yaitu : panjang

kondensor 65 cm, lebar kondensor 45 cm. Pipa kondensor berbahan besi, dengan

diameter pipa 4,8 mm, Sirip (jari-jari penguat) kondensor berbahan baja, dengan

(48)

c. Filter

Fungsi dari filter ialah untuk menyaring kotoran-kotoran refrigeran agar

kotoran-kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler di sistem pendingin dan juga

agar tidak menyumbat pipa kapiler. Filter yang digunakan berbahan tembaga

dengan panjang 8,5 cm, dan berdiameter 19 mm.

d. Pipa Kapiler

Pipa kapiler berfungsi menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk

evaporator (atau dari tekanan tinggi ke tekanan rendah). Dalam penelitian ini

menggunakan pipa kapiler berbahan tembaga dengan panjang 150 cm dan

diameter 0,028 inch.

e. Evaporator

Evaporator difungsikan untuk mengubah fase refrigeran dari fase cair

menjadi fase gas. Pada saat terjadi perubahan fase, kalor mengalir dari lingkungan

ke evaporator. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan suhu antara refrigeran

dengan suhu lingkungan sekitar. Suhu evaporator lebih rendah dari lingkungan.

Jenis evaporator yang digunakan dalam penelitian adalah evaporator permukaan

datar yang terbuat dari aluminium dan besi dengan ukuran panjang 44 cm, dan

(49)

f. Refrigeran

Refrigeran digunakan sebagai fluida kerja di dalam sistem pendingin. Dalam

penelitian ini menggunakan refrigeran 134a (R-134a). Sifat-sifat refrigeran 134a

tersaji pada Gambar (2.13).

3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin

Adapun peralatan pendukung dalam proses pembuatan mesin pendingin ini

sebagai berikut :

a. Rangka atau badan mesin pendingin

Rangka berfungsi sebagai pendukung wadah dari semua rangkaian mesin

pendingin yang diteliti. Ukuran rangka atau badan : tinggi 121 cm, panjang 95,5

cm, dan lebar 35 cm.

(50)

b. Pemotong pipa (Tubing cutter)

Sesuai namanya alat ini berfungsi sebagai alat pemotong pipa tembaga lunak.

Pemotong pipa ini mempunyai sebuah pisau yang bulat dan tajam. Pisau tersebut

dapat diputar pada porosnya, dimana sisi yang lain terdapat dua buah roda untuk

menahan pipa yang akan di potong. Dua roda tersebut dapat ikut berputar.

Gambar 3.3 Pemotong pipa

c. Pelebar pipa (Swagging tool)

Fungsinya untuk melebarkan diameter ujung pipa tembaga lunak yang akan

disambung dengan pipa tembaga lunak yang berdiameter sama.

(51)

d. Manifold gauge

Manifold gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran dalam sistem

pendinginan. Baik pada saat pengisian refrigeran dalam sistem pendingin maupun

pada saat sistem beroperasi. Tekanan yang diukur adalah tekanan tinggi (keluar

kompresor) dan tekanan rendah (tekanan masuk kompresor).

Gambar 3.5 Manifold gauge

e. Alat las

Alat las merupakan pipa dengan kran dan tabung berisi gas seperti tersaji

pada Gambar 3.6 yang digunakan untuk menambal, menyambung dan melepaskan

sambungan pipa tembaga pada sistem mesin pendingin.

(52)

f. Bahan las

Bahan las yang digunakan dalam penyambungan pipa dalam sistem mesin

pendingin menggunakan bahan tembaga dan borak. Bahan borak digunakan jika

penyambungan antara tembaga dan besi.

Gambar 3.7 Bahan las

g. Metil

Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran-saluran pipa

setelah selesai penyambungan dan pemasangan pipa sistem pendingin.

Penggunaan cairan sebanyak satu tutup botol metil.

(53)

h. Thermostat

Thermostat adalah alat yang digunakan untuk mengatur suhu ruangan

pendingin. Pada penelitian ini menggunakan thermostat dengan pengaturan suhu

12,5-1,5°C. Jika suhu yang diinginkan telah tercapai, maka kompresor akan mati.

Gambar 3.9 Thermostat dan spesifikasinya

i. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk mengkondisikan agar sistem mesin pendingin

dalam kondisi vakum, agar uap air yang berada di dalam sistem mesin pendingin

dapat keluar dari sistem. Karena jika uap air tidak dikeluarkan maka ketika sistem

(54)

Gambar 3.10 Pompa vakum

j. Styrofoam

Styrofoam berfungsi untuk menjaga agar kalor dari luar tidak masuk kedalam

ruang pendinginan. Karena styrofoam memiliki nilai konduktivitas yang rendah

sehingga kalor dari lingkungan luar tidak dapat masuk dengan cepat kedalam

ruangan pendinginan.

(55)

k. Kipas

Kipas atau fan berfungsi mengalirkan udara untuk membantu menurunkan

suhu casing kompresor agar kompresor tidak mengalami overheating.

Gambar 3.12 Kipas dan kompresor

3.4 Proses Pembuatan Mesin Pendingin

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin yaitu :

a. Mempersiapkan rangka yang terbuat dari aluminium yang berfungsi sebagai

badan mesin pendingin. Lihat Gambar 3.2.

b. Memasang styrofoam di bagian dalam ruang pendinginan. Tepatnya di bagian

samping kiri, kanan, atas, bawah, depan dan belakang dari ruang pendinginan

(56)

Gambar 3.13 Letak styrofoam dalam ruang pendinginan

c. Memasang kompresor pada dudukan dibagian bawah rangka yang sudah di

siapkan, lihat Gambar 2.4.

d. Memasang kondensor pada bagian samping kiri pada rangka dengan

menggunakan baut, lihat Gambar 2.5.

e. Memasang evaporator di dalam ruang pendinginan yang sudah ditutupi

dengan styrofoam, lihat Gambar 2.8.

f. Memasang thermostat pada salah satu sisi pojok bagian bawah ruang

pendinginan, lalu menghubungkan kabel thermostat dengan kabel kompresor

(57)

Gambar 3.14 Letak thermostat pada bagian bawah ruang pendinginan

g. Melakukan pengelasan ujung pipa keluar kompresor dengan pipa masuk

kondensor, tetapi sebelum itu, melas (melakukan pengelasan) dan

menyambungkan terlebih dahulu pipa untuk dudukan Manifold gauge. Seperti

tersaji pada Gambar 3.15.

(58)

h. Melakukan pengelasan dan menyambungkan ujung pipa masuk filter dengan

lubang pipa keluar kondensor.

Gambar 3.16 Sambungan filter dengan ujung pipa keluar kondensor

i. Melakukan pengelasan ujung pipa keluar filter dengan ujung masuk pipa

kapiler, lalu melakukan pengelasan ujung pipa kapiler yang satunya dengan

ujung pipa masuk evaporator 1.

j. Melakukan pengelasan bagian ujung pipa keluar evaporator 1 dengan ujung

(59)

Gambar 3.17 Sambungan las pipa kapiler, evaporator 1 dan 2

k. Melakukan pengelasan ujung pipa masuk kompresor dengan ujung pipa

keluar evaporator 2.

l. Memasangkan dan melakukan pengelasan potongan pipa kapiler dengan

panjang kira-kira 10 cm pada lubang keluar filter.

(60)

m. Memasang fan (kipas) pada bagian bawah rangka bersebelahan dengan

kompresor.

Gambar 3.19 Letak fan dekat kompresor

3.5 Proses Pemvakuman dan Pemetialan

Agar mesin pendingin dapat digunakan, perlu dilakukan proses pemvakuman.

Proses ini merupakan proses untuk menghilangkan udara yang terjebak dalam

sistem mesin pendingin. Setelah proses pemvakuman dilanjutkan dengan proses

pemetilan. Proses ini merupakan proses pemberian cairan metil dengan tujuan

untuk membersihkan sistem pendinginan dari kotoran atau debu-debu yang masuk

kedalam pipa saat pengelasan atau pemasangan komponen mesin pendingin.

(61)

a. Pertama menyiapkan pompa vakum, manifold gauge berserta selang merah

dan biru, memasangkan selang merah pada tabung freon dan pipa hisap

pompa vakum, lalu memasangkan selang biru pada pipa tekan pompa vakum

dan pentil kompresor.

b. Menyalakan pompa vakum, secara otomatis udara yang terjebak dalam

rangkaian akan keluar melewati potongan pipa kapiler yang telah dilas

dengan lubang keluar filter.

c. Menaruh korek api yang sudah dinyalakan di depan ujung potongan pipa

kapiler. Untuk memastikan sudah tidak ada udara lagi di dalam sistem.

d. Ketika sistem telah mencapai kondisi vakum, maka pada jarum pressure

gauge akan menunjukkan angka yang negatif (secara maksimal).

e. Memasukkan metil ke dalam sistem sebanyak 1 tutup botol metil dengan cara

menempelkan cairan metil pada potongan pipa kapiler.

f. Mematikan pompa vakum agar metil dapat terhisap dan masuk ke dalam

sistem.

(62)

3.6 Proses Pengisian Refrigeran 134a

Pengisian refrigeran setelah proses pemvakuman dan pemetilan berhasil

dilakukan. Ketika proses pengisian refrigeran, kompresor harus dalam keadaan

menyala atau bekerja dan tekanannya harus dibawah 0 s/d – 30 psi.

Langkah-langkah proses pengisian refrigeran pada mesin pendingin sebagai berikut :

a. Persiapkan refrigeran 134a, manifold gauge, selang merah dan biru, pentil

kompresor, dan clamp meter.

b. Pasangkan pentil di bagian pipa pengisian refrigeran pada kompresor.

c. Pasang selang manifold berwarna merah pada pentil pengisian refrigeran pada

kompresor dan selang warna biru pada tabung refrigeran 134a.

d. Setelah semua selang terpasang, buka penuh kran pada tabung refrigeran, dan

nyalakan komperesor.

e. Kemudian pasang tang ampere pada salah satu kabel yang menuju overload

kompresor.

f. Buka keran manifold warna biru secara perlahan-lahan jangan sampai

melebihi 10 psi.

g. Setelah angka tekanan sudah menunjukkan 10 psi dan pada clamp metersudah

menunjukan angka yang sesuai pada spesifikasi kompresor tersebut misal

0,9A berarti refrigeran telah selesai diisi dan menutup semua keran pada

manifold. Bila terjadi bunga es pada pipa evaporator, maka refrigeran telah

(63)

h. Setelah refrigeran telah terisi ke dalam sistem kemudian mematikan

komperesor. Lalu melepaskan selang manifold, dan menutup penutup pentil

kompresor.

3.7 Uji Coba

Mesin pendingin yang telah selesai dibuat perlu diuji untuk mendapatkan

informasi dan spesifikasi apakah mesin pendingin telah benar-benar dapat bekerja

dengan baik atau belum. Bila mesin pendingin dapat bekerja dengan baik berarti

mesin pendingin tidak mengalami kebocoran atau kebuntuan, tetapi bila mesin

pendingin bekerja dengan tidak baik berarti mesin pendingin mengalami

kebocoran atau kebuntuan. Jika mesin pendingin belum dapat bekerja dengan

baik, maka mesin pendingin perlu dibenahi atau dibetulkan dahulu, jika mesin

pendingin sudah dapat bekerja dengan baik maka pengambilan data penelitian

(64)

44

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Alur Penelitian

Tahap pembuatan dan penelitian mesin pendingin minuman mengikuti

diagram alur seperti yang tersaji pada Gambar 4.1 :

Gambar 4.1 Diagram alur pembuatan dan penelitian mesin pendingin.

Pengolahan Data Win, Qin, Qout, COPideal, Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁ),

COPaktual, Efisiensi (), Pembahasan, Kesimpulan dan saran.

Selesai Baik

Tidak Baik Mulai

Perancangan Mesin Pendingin

Pemvakuman, Pemetilan, Penyambungan Mesin Pendingin Persiapan Komponen-Komponen Mesin Pendingin

Pengisian Refrigeran 134a

Uji Coba

Pengambilan Data P1, P2, T1, T3, Truang pendingin

Penggambaran Siklus Kompresi Uap Pada P-h Diagram,

(65)

Dalam penelitian mesin pendingin minuman dengan dua evaporator ini

menggunakan beban pendingin minuman mineral kemasan sebanyak 1 botol

dengan ukuran 600 ml. Proses penelitian berlangsung selama 130 menit dan

dilakukan sebanyak 5 kali pengambilan data, dengan hari dan waktu yang

berbeda.

4.2 Obyek yang Diteliti

Obyek yang diteliti adalah mesin pendingin minuman dengan dua evaporator,

lihat Gambar 3.1.

4.3 Skematik Alat Penelitian

Untuk mengambil data-data pada penelitian diperlukan alat ukur tekanan dan

alat ukur suhu. Posisi-posisi alat ukur untuk pengambilan data dapat dilihat pada

Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.

(66)

Gambar 4.2 Skematik alat penelitian menggunakan kipas pendingin kondensor

(67)

Keterangan alat bantu penelitian pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 sebagai berikut

:

a. Thermokopel dan alat penampil suhu digital (T1)

Berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran masuk kompresor.

b. Thermokopel dan alat penampil suhu digital (T3)

Berfungsi untuk mengukur suhu refrigeran yang keluar dari kondensor

sebelum masuk ke pipa kapiler.

c. Thermometer Hygrometer Analog (Tbeban)

Berfungsi untuk mengukur suhu beban pendinginan di dalam ruang

pendinginan.

d. Pressure gauge (P1)

Berfungsi untuk mengukur tekanan rendah refrigeran yang masuk ke

kompresor.

e. Pressure gauge (P2)

Berfungsi untuk mengukur tekanan tinggi refrigeran yang keluar dari

kompresor.

4.4 Variasi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan membandingkan karakteristik mesin pendingin

yang menggunakan kipas pendingin kondensor dengan mesin pendingin tanpa

(68)

4.5 Alat Bantu Penelitian

Untuk memperoleh data-data dalam penelitian ini, menggunakan beberapa

alat bantu yaitu :

a. Thermokopel dan Penampil Suhu Digital

Kedua alat ini berfungsi untuk mengukur suhu pada saat pengambilan

data-data dalam penelitian. Cara penggunaanya yaitu pertama pasangkan thermokopel

pada penampil suhu digital lalu tempelkan ujung thermokopel pada bagian yang

akan diukur.

(69)

Gambar 4.5 Alat penampil suhu digital (APPA)

(70)

b. Pressure Gauge

Pada penelitian ini pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan

refrigeran masuk ke kompresor dan keluar dari kompresor.

Gambar 4.7 Pressure gauge

c. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pada saat proses pengambilan

data.

(71)

4.6 Cara Mendapatkan Data

Data-data didapatkan dari alat-alat ukur yang telah di pasang pada bagian

mesin pendingin yang sudah di tentukan. Langkah-langkah yang dilakukan dalam

pengambilan data adalah sebagai berikut :

a. Menyiapkan peralatan pendukung untuk pengambilan data.

b. Memasukkan thermometer hygrometer analog kedalam ruang pendinginan,

lalu tutup rapat ruang pendinginan agar dapat melihat peningkatan suhu di

dalam ruang pendingin.

c. Menempelkan ujung kabel thermokopel 1 pada pipa masuk kompresor, untuk

mendapatkan data suhu dari refrigeran sebelum masuk ke kompresor.

d. Menempelkan ujung kabel thermokopel 2 pada bagian pipa setelah filter

sebelum refrigeran masuk ke pipa kapiler, untuk mendapatkan data suhu

refrigeran sebelum masuk pipa kapiler.

e. Setelah semua alat ukur terpasang, nyalakanlah mesin pendingin

minumannya untuk melakukan pengambilan data-data.

f. Data-data yang dicatat yaitu :

Tbeban : suhu beban pendinginan, (°C)

T1 : suhu refrigeran sebelum masuk ke kompresor, (°C)

T3 : suhu refrigeran sebelum masuk pipa kapiler, (°C)

P1 : tekanan randah refrigeran sebelum masuk kompresor, (psi)

(72)

Pengambilan data dilakukan 5 kali dengan waktu dan hari yang berbeda. Data

diambil setiap 10 menit dengan total waktu selama 130 menit.Tabel

pengisian data disajikan pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Tabel pengambilan data

(73)

4.7 Cara Mengolah Data dan Pembahasan

Cara yang digunakan unuk mengolah data dan pembahasan yaitu :

a. Menghitung rata-rata data yang sudah di dapat ( P1, P2, T1, T3,Truang pendingin)

dari hasil penelitian 1, 2, 3, 4, dan 5.

b. Sesudah diperoleh rata-rata dari datanya, selanjutnya menggambar siklus

kompresi uap pada p-h diagram.

c. Dari hasil gambar siklus kompresi uap pada p-h diagram diperoleh nilai

entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu kondensor, dan suhu evaporator.

d. Setelah nilai entalpi didapat, lalu digunakan untuk mengetahui karakteristik

dari mesin pendingin minuman yang diteliti dengan cara mengitung kerja

kompresor per satuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor per

satuan massa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa

refrigeran, laju aliran massa refrigeran, COPaktual, COPideal, dan efisiensi dari

mesin pendingin minuman dengan dua evaporator tersebut.

e. Hasil-hasil dari perhitungan untuk karakteristik mesin pendingin minuman

dengan dua evaporator digambarkan dalam bentuk grafik untuk

mempermudah pembahasan. Pembahasan yang dilakukan terhadap grafik

(74)

4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan & Saran

Dari hasil perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan, akan diperoleh

suatu kesimpulan pada penelitian ini. Kesimpulan merupakan intisari dari

pembahasan, yang harus sesuai dengan tujuan penelitian yang dilakukan. Saran

ditulis dan diberikan agar pelaksanaan penelitian untuk masa-masa yang akan

datang, dapat berjalan lebih baik. Saran juga berupa masukkan-masukkan

(75)

55

BAB V

HASIL PENELITIAN,

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil Penelitian

Dari penelitian yang telah dilakukan terhadap mesin pendingin minuman

dengan dua evaporator rangkaian seri, diperoleh nilai rata-rata tekanan refrigeran

masuk kompresor (P1), tekanan refrigeran keluar kompresor (P2), suhu refrigeran

masuk kompresor (T1), suhu refrigeran keluar kondensor (T3), dan suhu udara di

dalam ruang pendinginan (Truang pendingin). Data hasil penelitian tersaji di dalam

Tabel 5.1.

(76)

Tabel 5.2 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) menggunakan kipas

(77)

Tabel 5.4 Nilai rata-rata data hasil penelitian tekanan (MPa) tidak menggunakan

Keterangan Tabel 5.2 dan Tabel 5.4 :

P1 = Tekanan refrigeran masuk kompresor (MPa).

P2 = Tekanan refrigeran keluar kompresor (MPa).

T1 = Suhu refrigeran masuk kompresor (C).

T3 = Suhu refrigeran keluar kondensor (C).

Truang pendingin = Suhu udara di dalam ruang pendinginan (C).

Tekanan yang dicantumkan dalam Tabel 5.2 dan Tabel 5.4 adalah tekanan

(78)

Dari hasil menggambar siklus kompresi uap pada P-h diagram, diperoleh nilai

entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu evaporator (Te) dan suhu kondensor (Tc), yang datanya

disajikan pada Tabel 5.5 yang menggunakan kipas pendingin kondesor dan Tabel

5.6 yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor.

(79)

Tabel 5.6 Nilai entalpi, suhu evaporator dan suhu kondensor yang tidak

a. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win).

Kerja kompresor per satuan massa refrigeran (Win) dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (5.1). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai

Win diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.5.

Win = h2 – h1 (kJ/kg) ... (5.1)

= (449-382) kJ/kg

(80)

Tabel 5.7 Kerja kompresor (Win) dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas

(81)

Dari Tabel 5.7 Win dari waktu ke waktu yang menggunakan kipas pendingin

kondensor, dan Tabel 5.8 yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor

dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti tersaji pada Gambar 5.2.

Gambar 5.1 Win dari waktu ke waktu

Pada Gambar 5.1 Win yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan kipas

dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda namun yang tidak menggunakan

(82)

b. Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout).

Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan (5.2). Sebagai contoh perhitungan

untuk mencari nilai Qout diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.7.

Qout = h2– h3 (kJ/kg) ... (5.2)

= (449-264) kJ/kg

= 185 kJ/kg

(83)

Tabel 5.10 Kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant (Qout) tidak

tidak menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk

grafik seperti tersaji pada Gambar 5.2.

(84)

Pada Gambar 5.2 Qout yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan

kipasdari waktu ke waktu telihat sama sama stabil.

c. Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin).

Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan (5.3). Sebagai contoh perhitungan

untuk mencari nilai Qin diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.9.

Qin = h1– h4 (kJ/kg) ... (5.3)

= (382-264) kJ/kg

= 118 kJ/kg

(85)

Tabel 5.12 Kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) yang tidak menggunakan kipas pendingin kondensor

No

menggunakan kipas pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik

seperti pada Gambar 5.3.

(86)

Pada Gambar 5.3 Qin yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan kipas

dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda dan stabil.

d. Laju aliran massa refrigeran (ṁ).

Laju aliran massa refrigeran (ṁ) dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (5.4). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai laju aliran

massa refrigeran (ṁ) diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.11.

ṁ = Daya / Win = (V.I/1000) / Win ... (5.4)

= (220 V. 0,9 A / 1000) / (67 kJ/kg)

= (198 Watt /1000) / (67 kJ/kg)

= (0,198 kJ/detik) / (67 kJ/kg)

= 0,00296 kg/detik = 2,96 gr/detik

(87)

Tabel 5.14 Nilai laju aliran massa refrigeran (ṁ) yang tidak menggunakan kipas

pendingin kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti tersaji pada

(88)

Gambar 5.4 ṁ dari waktu ke waktu

Pada Gambar 5.4 ṁyang menggunakan kipas dan yang tidak menggunakan kipas

dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda namun yang tidak menggunakan

kipas lebih terlihat stabil dari yang menggunakan kipas.

e. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)mesin pendingin.

Koefisien prestasi aktual (COPaktual) mesin pendingin dapat dihitung dengan

COPaktual diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.13.

COPaktual = Qin/Win = (h1-h4)/(h2-h1) ... (5.5)

= (118/67) = (382-264)/(449-382) kJ/kg

(89)

Tabel 5.15 Nilai COPaktual mesin pendingin yang menggunakan kipas pendingin

(90)

Dari Tabel 5.15 nilai COPaktual mesin pendingin dari waktu ke waktu yang

menggunakan kipas pendingin kondensor dan Tabel 5.16 nilai COPaktual mesin

pendingin dari waktu ke waktu yang tidak menggunakan kipas pendingin

kondensor dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 5.5.

Gambar 5.5 COPaktual mesin pendingin dari waktu ke waktu

Pada Gambar 5.5 COPaktual yang menggunakan kipas dan yang tidak meggunakan

kipas dari waktu ke waktu telihat tidak jauh berbeda namun yang tidak

menggunakan kipas lebih terlihat stabil dari yang menggunakan kipas.

f. Koefisien prestasi ideal (COPideal) mesin pendingin.

Koefisien prestasi ideal (COPideal) mesin pendingin dapat dihitung dengan

COPideal diambil pada menit ke 40 yang disajikan pada Tabel 5.15.

(91)

Tabel 5.17 Nilai COPideal mesin pedingin yang menggunakan kipas