The condenser is one of the main components of the cooling machine, therefore knowledge of the characteristics of cooling machine condenser is very important to know the optimal performance of the cooling machine. In this study, we made cooling machine model and compared the characteristics of the cooling machine condenser 13U and 12U. In the study calculated compressor, condenser removed heat, the heat absorbed by the evaporator which is then used to calculate the value of the COP, efficiency and refrigerant mass flow rate of cooling machine. The survey results revealed that the cooling machine successfully created and worked well and could cool the water to a volume of 500 ml evenly for 480 minutes with the working temperature of the evaporator - 14.44 ° C and a working temperature of about 46.11 ° C condenser. Compressor work (Win) on condenser 12U has a value of 54.73 kJ / kg and 13U condenser 44.25 kJ / kg. Heat energy released by the condenser (Qout) on 12U condenser has a value of 199.12 kJ / kg and 13U condenser 190.97 kJ / kg. Heat energy absorbed by the evaporator (Qin) on condenser 12U has a value of 144.39 kJ / kg and 13U condensers 146.72 kJ / kg. The actual achievement coefficient (COPaktual) on condenser 12U has a value of 2.64 and 3.32 13U condenser, and ideal Coeficient of Performance (COPideal) 12U condenser has a value of 4.07 and 13U condenser 4.27. Cooling machine efficiency (%) in the condenser 12U has a value of 75% and 13U condenser 78%. Mass flow rate of refrigerant in the condenser 12U has a value of 0.0033 kg / sec and 13U condenser 0.0039 kg / sec.
Kondensor merupakan salah satu komponen utama mesin pendingin, oleh karena itu pengetahuan tentang karakteristik kondensor mesin pendingin sangat penting diketahui agar unjuk kerja mesin pendingin optimal. Dalam penelitian ini dibuat model mesin pendingin dan dibandingkan karakteristik kondensor 13U dan 12U. Dalam penelitian dihitung kerja kompresor, kalor yang dilepas kondensor, kalor yang diserap evaporator yang kemudian digunakan untuk menghitung nilai COP, efisiensi dan laju aliran massa refrigerant dari mesin pendingin. Dari hasil penelitian diketahui bahwa mesin pendingin berhasil dibuat dan bekerja dengan baik dan bisa mendinginkan air dengan volume sebesar 500 ml secara merata selama 480 menit dengan suhu kerja evaporator – 14,44°C dan suhu kerja kondensor sekitar 46,11°C. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 54,73 kJ/kg dan kondensor 13U 44,25 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 199,12 kJ/kg dan kondensor 13U 190,97 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 144,39 kJ/kg dan kondensor 13U 146,72 kJ/kg. Koefisien prestasi aktual ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 2,64 dan kondensor 13U 3,32, dan koefisien prestasi ideal ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 4,07 dan kondensor 13U 4,27. Efisiensi kulkas dua pintu (%) pada kondensor 12U mempunyai nilai 75% dan kondensor 13U 78%. Laju aliran massa refrigeran pada kondensor 12U mempunyai nilai 0,0033 kg/detik dan kondensor 13U 0,0039 kg/detik.
PERBANDINGAN KARAKTERISTIK KONDENSOR 13U DAN
12U PADA MESIN PENDINGIN
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh:
ANDRIAN
NIM: 115214004
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
COMPARISON OF 13U AND 12U CONDENSORS
CHARACTERISTIC IN COOLING MACHINE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirements
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
ANDRIAN
Student Number: 115214004
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi
dengan judul:
Perbandingan Karakteristik Kondensor 13U dan 12U Pada Mesin Pendingin
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk
menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan tiruan dari skripsi yang sudah dipublikasikan di
Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali
dicantumkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 21 Mei 2015 Penulis
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Andrian
Nomor Mahasiswa : 115214004
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
Perbandingan Karakteristik Kondensor 13U dan 12U Pada Mesin Pendingin
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,
mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media
lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun
memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 21 Mei 2015
Yang menyatakan
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
rahmat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya dapat
berjalan dengan lancar dan baik.
Skripsi ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap
mahasiswa menempuh S1 di Prodi Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, Skripsi ini dapat
terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati
penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen
Pembimbing Kedua Skripsi.
3. Dr. Drs (Vet). Asan Damanik, sebagai Dosen Pembimbing Pertama Skripsi .
4. Kedua orang tua, Martono Sutjipto dan Ibu Tjin Moi Khim dan keluarga
penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan
memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
5. Julius Sutawijaya, dan Andi Yudha Juananto yang telah membantu dalam
proses pembuatan dan pengambilan data Skripsi.
6. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman
lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas segala
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi
penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan
semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 21 Mei 2015
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERSETUJUAN ... vi
1.3 Batasan Dalam Pembuatan Kulkas 2 Pintu ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Dasar Teori ... 4
2.2 Tinjauan Pustaka ... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23
3.1 Pembuatan Alat ... 23
3.2 Alat dan Bahan... 24
3.3 Peralatan Penunjang Pembuatan Alat dan Penelitian ... 28
3.4 Proses Pemvakuman... 34
3.5 Proses Pengisian Freon... 35
3.6 Proses Uji Coba ... 35
3.7 Mesin yang Diteliti... 35
3.9 Variasi Penelitian ... 36
3.10 Alat Bantu Penelitian ... 37
3.11 Cara Mendapatkan Data Temperatur dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan ... 40
3.12 Cara Mengolah Data ... 41
BAB IV HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA, DAN PEMBAHASAN ... 42
4.1 Data Hasil Percobaan ... 42
4.2 Perhitungan dan Pengolahan Data ... 44
4.3 Hasil Perhitungan ... 49
4.4 Pembahasan ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 59
5.1 Kesimpulan ... 59
5.2 Saran ... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 61
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sketsa mesin pendingin yang diteliti ... 4
Gambar 2.2 Kondensor tipe U ... 5
Gambar 2.3 Kompresor hermetic ... 6
Gambar 2.4 Kompresor semi-hermetic ... 7
Gambar 2.5 Kompresor open type ... 7
Gambar 2.6 Kondensor... 8
Gambar 2.7 Filter ... 8
Gambar 2.8 Pipa kapiler ... 9
Gambar 2.9 Evaporator AC dan Kulkas 2 pintu ... 10
Gambar 2.10 Kipas ... 10
Gambar 2.11 Refrigeran 134a... 11
Gambar 2.12 Couoh kulkas 2 (dua) pintu yang umum terdapat di pasaran ... 12
Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap ... 15
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram ... 15
Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s ... 16
Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran 134a ... 20
Gambar 3.1 Skema langkah penelitian ... 23
Gambar 3.2 Konstruksi mesin pendingin dengan kondensor 13U dan 12U ... 24
Gambar 3.4 Kondensor tipe U ... 26
Gambar 3.5 Kondensor 12U ... 26
Gambar 3.6 Pipa kapiler ... 27
Gambar 3.7 Evapoator ... 27
Gambar 3.8 Fan ... 28
Gambar 3.9 Filter ... 28
Gambar 3.10 Pemotong pipa (tubbing cutter) ... 29
Gambar 3.11 Pengembang Pipa (flaring tool) ... 30
Gambar 3.12 Tang ... 30
Gambar 3.13 Alat las... 31
Gambar 3.14 Bahan las perak dan borak ... 31
Gambar 3.15 Pompa vakum ... 32
Gambar 3.16 Termokopel ... 32
Gambar 3.17 Clamp Meter ... 33
Gambar 3.18 Pressure Guage ... 34
Gambar 3.19 Proses Pemvakuman ... 34
Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R-134a ... 35
Gambar 3.21 Mesin pendingin yang diteliti ... 36
Gambar 3.22 Skematik mesin pendingin ... 37
Gambar 3.23 Termokopel dan alat penampil temperatur digital ... 38
Gambar 3.25 Air (beban pendinginan) ... 39
Gambar 3.26 Tang Ampere ... 39
Gambar 4.1 Hubungan kerja kompresor dengan waktu ... 52
Gambar 4.2 Hubungan kalor yang diserap evaporator dengan waktu ... 53
Gambar 4.3 Hubungan kalor yang dilepas kondensor dengan waktu ... 54
Gambar 4.4 Hubungan COPaktual dengan waktu ... 55
Gambar 4.5 Hubungan COPideal dengan waktu... 56
Gambar 4.6 Hubungan laju aliran massa dengan waktu ... 56
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel hasil pengukuran ... 40
Tabel 4.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 dan P2), temperatur (T1 dan T3),
temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 13U ... 42
Tabel 4.2 Hasil pengukuran tekanan (P1 an P2), temperatur (T1 dan T3),
temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 12U ... 43
Tabel 4.3 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja
kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 13U ... 44
Tabel 4.4 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja
kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 12U ... 45
Tabel 4.5 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor
13U... 49
Tabel 4.6 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor
ABSTRAK
Kondensor merupakan salah satu komponen utama mesin pendingin, oleh karena itu pengetahuan tentang karakteristik kondensor mesin pendingin sangat penting diketahui agar unjuk kerja mesin pendingin optimal. Dalam penelitian ini dibuat model mesin pendingin dan dibandingkan karakteristik kondensor 13U dan 12U. Dalam penelitian dihitung kerja kompresor, kalor yang dilepas kondensor, kalor yang diserap evaporator yang kemudian digunakan untuk menghitung nilai COP, efisiensi dan laju aliran massa refrigerant dari mesin pendingin. Dari hasil penelitian diketahui bahwa mesin pendingin berhasil dibuat dan bekerja dengan baik dan bisa mendinginkan air dengan volume sebesar 500 ml secara merata selama 480 menit dengan suhu kerja evaporator – 14,44°C dan suhu kerja kondensor sekitar 46,11°C. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 54,73 kJ/kg dan kondensor 13U 44,25 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 199,12 kJ/kg dan kondensor 13U 190,97 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 144,39 kJ/kg dan kondensor 13U 146,72 kJ/kg. Koefisien prestasi aktual ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 2,64 dan kondensor 13U 3,32, dan koefisien prestasi ideal ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 4,07 dan kondensor 13U 4,27. Efisiensi kulkas dua pintu (%) pada kondensor 12U mempunyai nilai 75% dan kondensor 13U 78%. Laju aliran massa refrigeran pada kondensor 12U mempunyai nilai 0,0033 kg/detik dan kondensor 13U 0,0039 kg/detik.
ABSTRACT
The condenser is one of the main components of the cooling machine, therefore knowledge of the characteristics of cooling machine condenser is very important to know the optimal performance of the cooling machine. In this study, we made cooling machine model and compared the characteristics of the cooling machine condenser 13U and 12U. In the study calculated compressor, condenser removed heat, the heat absorbed by the evaporator which is then used to calculate the value of the COP, efficiency and refrigerant mass flow rate of cooling machine. The survey results revealed that the cooling machine successfully created and worked well and could cool the water to a volume of 500 ml evenly for 480 minutes with the working temperature of the evaporator - 14.44 ° C and a working temperature of about 46.11 ° C condenser. Compressor work (Win) on condenser 12U has a value of 54.73 kJ / kg and 13U condenser 44.25 kJ / kg. Heat energy released by the condenser (Qout) on 12U condenser has a value of 199.12 kJ / kg and 13U condenser 190.97 kJ / kg. Heat energy absorbed by the evaporator (Qin) on condenser 12U has a value of 144.39 kJ / kg and 13U condensers 146.72 kJ / kg. The actual achievement coefficient (COPaktual) on condenser 12U has a value of 2.64 and 3.32 13U condenser, and ideal Coeficient of Performance (COPideal) 12U condenser has a value of 4.07 and 13U condenser 4.27. Cooling machine efficiency (%) in the condenser 12U has a value of 75% and 13U condenser 78%. Mass flow rate of refrigerant in the condenser 12U has a value of 0.0033 kg / sec and 13U condenser 0.0039 kg / sec.
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang
Pada zaman sekarang teknologi mesin pendingin sangat dibutuhkan
manusia. Kebutuhan manusia terhadap mesin pendingin berawal dari keinginan
untuk mengawetkan bahan makanan kemudian berkembang sehingga fungsi
mesin pendingin dapat digunakan untuk kebutuhan yang lain, seperti untuk
membuat es. Sebagian besar dari mesin pendingin menggunakan siklus kompresi
uap di dalam bekerjanya.
Dalam rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai
pengawet makanan dan ada yang digunakan untuk penyejuk ruangan. Mesin
pendingin juga digunakan untuk kebutuhan industri, kebutuhan rumah sakit dan
kebutuhan rumah tangga. Pada industri mesin pendingin dapat difungsikan untuk
sebagai penyejuk ruangan, agar orang yang bekerja pada industri tersebut merasa
lebih nyaman dalam bekerja. Mesin pendingin juga dapat difungsikan untuk
mengawetkan bahan baku dan hasil produksi (khususnya pada industri makanan
dan minuman). Pada rumah sakit selain untuk mengkondisikan udara di dalam
ruangan, mesin pendingin juga difungsikan dapat berfungsi untuk mengawetkan
jenazah dan obat-obatan.
Selain dipergunakan pada industri, rumah sakit dan rumah tangga mesin
pendingin juga dapat dipergunakan pada alat transportasi. Pada alat transportasi
mesin pendingin berguna untuk mendinginkan suhu udara di dalam kendaraan
dan dapat juga untuk mendinginkan peti kemas agar barang yang dibawa tidak
rusak dan dapat beku. Contoh mesin pendingin adalah kulkas, freezer, AC,
showcase, dll.
Mesin pendingin bekerja menggunakan siklus kompresi uap dan memiliki
komponen-komponen utama didalam sistemnya. Komponen-komponen tersebut
adalah kompresor, kondensor, evaporator, filter, dan pipa kapiler. Di dalam sistem
mesin pendingin kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan fluida kerja ke
kerja, filter sebagai penyaring fluida kerja sebelum masuk ke pipa kapiler.
Tekanan dan temperatur fluida kerja yang masuk ke pipa kapiler akan menurun
dikarenakan diameter dan luas penampang pipa kapiler yang kecil, setelah itu
fluida kerja masuk ke evaporator yang berfungsi untuk menyerap kalor di ruang
pendinginan, dan setelah dari evaporator fluida kerja akan kembali ke kompresor.
Sebagai variasi perbandingan mesin pendingin, kondensor yang digunakan
adalah kondensor tipe U dengan ukuran 12U dan 13U. Yang dimaksud dengan
kondensor tipe U adalah bentuk pipa kondensor yang ditekuk berbentuk U, dan
angka pada ukuran kondensor seperti 12U atau 13U merupakan jumlah tekukan U
yang terdapat pada kondensor. Sehingga perbedaan antara 12U dan 13U adalah
panjang pipa kondensor dan jumlah tekukan pipanya.
Fluida kerja digunakan pada mesin pendingin ini adalah refrigeran. Jenis
refrigeran yang umum digunakan pada saat ini adalah refrigeran yang ramah
terhadap lingkungan karena tidak mengandung clorofluorocarbon (CFC) yang
dapat merusak ozon, seperti R134a.
Dengan mengingat perkembangan mesin pendingin saat ini dan luasnya
penggunaan mesin pendingin, mendorong penulis untuk mengetahui lebih dalam
tentang mesin pendingin. Untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin,
khususnya mesin pendingin dengan menghitung parameter Qin, Qout,Win, COP,
efisiensi dan laju aliran massa pada kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U dan
13U.
1.2Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, yang menjadi permasalahan dalam
penelitian ini adalah performa mesin pendingin dikaitkan terhadap jenis
kondensor yang digunakan pada mesin pendingin tersebut. Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin yang mempergunakan
dua kondensor yang berbeda. Pertama mempergunakan kondensor 12 U dan yang
1.3Batasan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin
Batasan-batasan dalam pembuatan mesin pendingin adalah sebagai
berikut:
a. Refrigerant yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R-134a.
b. Komponen utama dalam mesin pendingin adalah kompresor (hermetik HP,
kondensor 13U dan 12U, filter kulkas 2 (dua) pintu, pipa kapiler (diameter
0,028 inci dengan panjang 1,5 meter), evaporator kulkas 2 (dua) pintu, kipas,
dan kotak pendingin
1.4Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
a. Membuat model mesin pendingin.
b. Menghitung kerja kompresor persatuan massa, kalor yang diserap evaporator
persatuan massa, kalor yang dilepas kondensor persatuan massa, COP, aliran
massa refrigerant dari kulkas 2 (dua) pintu dan efisiensi.
1.5Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
a. Mampu memahami karakteristik mesin pendingin dengan menggunakan 2
kondensor yang berbeda.
b. Mendapat pengalaman membuat mesin pendingin.
c. Dapat digunakan sebagai referensi bagi orang lain yang ingin membuat mesin
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Mesin Pendingin yang Diteliti
Mesin pendingin yang diteliti menggunakan kondensor tipe U dengan 2
ukuran berbeda, yaitu kondensor 12U dan 13U. Gambar 2.1 menyajikan sketsa
mesin pendingin yang diteliti.
Gambar 2.1 Sketsa mesin pendingin yang diteliti
Kotak
Pendingin
Evaporator Kondenser
Fan/kipas
Kompresor
Pipa kapiler
Filter
Katup pengatur kondenor Kerangka
2.1.1.1 Variasi Kondensor Pada Mesin Pendingin yang Diteliti
Kondensor yang digunakan adalah kondensor tipe U dengan 2 ukuran
kondensor yang berbeda, yaitu 12U dan 13U. Kondensor tipe U adalah kondensor
yang bentuk pipanya ditekuk hingga membentuk huruf U, sedangkan ukuran 12U
atau 13U itu ditentukan oleh banyaknya lengkungan yang terdapat pada
kondensor tersebut. Misalnya kondensor 12U, berarti kondensor tersebut memiliki
lengkungan U sebanyak 12 lengkungan, 13U memiliki lengkungan sebanyak 13
lengkungan, begitu seterusnya. Gambar 2.2 menyajikan contoh foto kondensor
tipe U.
Gambar 2.2 Kondensor tipe U
Gambar 2.2 menyajikan foto kondensor tipe U dengan ukuran 8U, yang
memiliki 16 baris (row). Semakin banyak lekukan U pada kondensor, semakin
panjang pipa kondensornya.
2.1.2 Komponen-Komponen Utama Mesin Pendingin
Untuk beroperasi dengan sistem kompresi uap, mesin pendingin kulkas
a. Kompresor
Kompresor adalah alat yang digunakan untuk mensirkulasikan refrigeran
dengan cara meningkatkan tekanan refrigeran. Cara kerja kompresor adalah
menghisap refrigeran lalu mendorongnya dengan piston untuk diteruskan ke pipa
yang menuju kondensor. Ada 3 jenis kompresor, yaitu hermetic, semi-hermetic,
dan open type. Kompresor hermetic adalah kompresor yang poros engkol dan
motor penggeraknya dalam satu casing kompresor. Kompresor semi-hermetic
adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya terpisah tetapi
masih dalam satu kompresor. Kompresor open type adalah kompresor yang poros
penggeraknya terpisah dengan motor listriknya. Tidak dalam satu casing, sehingga
memerlukan belt untuk menggerakan kompresor dari motor listriknya.
Gambar 2.3 Kompresor hermetic
Keuntungan kompresor hermetic adalah bentuknya yang kecil karena
poros kompresor dengan motor listriknya dalam satu casing, harganya lebih
murah dari pada kompresor jenis lain, tidak berisik, tidak menghasilkan getaran
yang kuat dan tidak memakai tenaga penggerak dari luar.
Kekurangan kompresor hermetic adalah jika bagian dalam kompresor
yang rusak maka harus merusak casingnya, minyak pelumas kompresor hermetic
Gambar 2.4 Kompresor semi-hermetic
Kelebihan kompresor semi-hermetic adalah perawatan lebih mudah dari
pada kompresor hermetic, tidak perlu memotong casing kompresor untuk
memperbaiki bagian kompresor, tidak memakai tenaga penggerak dari luar, tidak
berisik dan tidak menghasilkan getaran yang kuat.
Kekurangan kompresor semi-hermetic adalah masih terlalu besar untuk
kulkas 2 pintu, dan harganya mahal.
Gambar 2.5 Kompresor open type
Kelebihan kompresor open type adalah jika pada motornya rusak dapat
diperbaiki motornya saja, kecepatan putar (rpm) kompresor dapat diatur dengan
menggunakan puli, minyak kompresor mudah diperiksa, jika tidak ada listrik
kompresor open type dapat dihidupkan dengan menggunakan tenaga diesel atau
motor bensin.
Kekurangan kompresor open type adalah bentuknya paling besar,
b. Kondensor
Kondensor adalah alat untuk melepas kalor dari refrigeran yang masuk
dari kompresor. Pada kondensor terjadi proses penurunan temperatur, kondensasi
dan pendinginan lanjut. Di dalam kondensor terjadi perubahan fase dari gas panas
lanjut menjadi gas jenuh, gas jenuh menjadi cair jenuh dan cair jenuh menjadi cair
lanjut yang disertai penurunan temperatur di pendinginan lanjut.
Gambar 2.6 Kondensor
Kondensor dibagi menjadi 2 jenis: kondensor bersirip, dan kondensor
biasa. Pada sebuah mesin pendingin pemakaian kondensor disesuaikan pada
kegunaan (kulkas menggunakan kondensor biasa dan AC menggunakan
kondensor bersirip).
c. Filter
Filter adalah alat untuk menyaring kotoran yang dibawa oleh refrigeran
sebelum memasuki pipa kapiler. filter dapat menyaring kotoran hasil pengelasan,
Gambar 2.7 Filter
d. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah pipa untuk menurunkan tekanan dari refrigeran karena
diameter pipa yang kecil sehingga terjadi hambatan yang dapat menurunkan
tekanan refrigeran sebelum masuk kedalam evaporator. temperatur refrigeran
menurun.
Gambar 2.8 Pipa kapiler
Panjang pipa kapiler yang biasa digunakan pada kulkas 2 pintu adalah 1,5
m dengan diameter 0,028 inch. Bahan pipa kapiler terbuat dari tembaga.
Sedangkan pada mesin pendingin AC, lebih sering digunakan katub ekpansi.
e. Evaporator
Evaporator adalah alat untuk menyerap kalor yang berasal dari beban
pendinginan di ruang pendinginan. Pada evaporator terjadi perubahan fase
refrigeran dari campuran cair jenuh menjadi gas panas lanjut tanpa adanya
perubahan temperatur, dan perubahan fase dari gas menjadi gas panas lanjut yang
Gambar 2.9 Evaporator AC (kiri) dan kulkas 2 pintu (kanan)
Jenis-jenis evaporator ada 2 yaitu evaporator bersirip dan evaporator jenis
plat. Beda evaporator bersirip dan evaporator pipa berplat fungsi dan bentuknya.
Fungsi evaporator bersirip adalah untuk mendinginkan udara, evaporator plat pada
kulkas 1 pintu untuk mendinginkan beban pendingin yang bersentuhan dengan
evaporator oleh karena itu evaporator bersirip terdapat rongga dan sirip agar udara
yang melewati evaporator dapat bersentuhan dengan evaporator. Evaporator jenis
pipa berplat kulkas 1 pintu berbentuk plat agar dapat menampung barang yang
menjadi beban pendingin.
f. Kipas (fan)
Kipas adalah alat untuk mensirkulasikan udara dingin dari evaporator ke
ruang pendinginan dan ke evaporator lagi. Pada kulkas 2 pintu udara dingin yang
dihembuskan yang akan mendinginkan benda-benda yang akan didinginkan atau
dibekukan di dalam ruang evaporator.
g. Refrigeran
Pada suatu sistem pendingin kompresi uap refrigeran adalah bagian yang
penting dalam fluida yang digunakan. Refrigeran berfungsi sebagai cairan untuk
menyerap kalor di evaporator dan melepas kalor di kondensor. Refrigeran yang
biasa digunakan pada kulkas 2 pintu adalah R-134a. Sifat R-134a adalah tidak
merusak lapisan ozon, titik didih R-134a -30°C, rumus molekul CH2FCF3.
Gambar 2.11 Refrigeran 134a
Refrigeran yang dipergunakan dalam mesin pendingin siklus kompresi uap
sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut :
- Tidak beracun.
- Tidak menyebabkan korosi pada bahan logam yang dipakai pada mesin
pendingin.
- Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas,
udara dan sebagainya.
- Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
- Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar kalor yang diserap
evaporator besar.
Secara khusus sifat dari refrigeran R-134a adalah:
- Tidak mudah terbakar.
- Tidak merusak lapisan ozon.
- Tidak beracun, berwarna, dan berbau.
- Mudah diperoleh.
- Memiliki kestabilan yang tinggi.
Salah satu aplikasi mesin pendingin adalah kulkas 2 pintu, yang saat ini
sangat luas penggunaannya. Pada Gambar 2.21 disajikan contoh mesin pendingin
kulkas 2 pintu yang ada di pasaran.
Gambar 2.12 Contoh kulkas 2 (dua) pintu yang umum terdapat di pasaran
Dimensi : 1090 mm x 560 mm x 535 mm
Evaporator : Aluminium pipe OD8 x t 1,0 mm
Capilary pipe : 1500 mm
Kompresor : Panasonic SF48C10RAX. 220V/50Hz,139W
Refrigeran : R-134a, 100 gram
Temperature Control : Automatic (Adjustable)
2.1.3 Beban Pendinginan
Beban pendinginan adalah besarnya kalor yang diserap oleh evaporator.
Kalor yang diserap evaporator tersebut berasal dari benda-benda yang akan
didinginkan di ruang pendinginan.
Jenis beban pendingin dibagi menjadi 2, yaitu (a) beban sensibel dan
(b) beban laten
a. Beban sensibel
Beban sensibel adalah kalor yang diterima atau dilepaskan suatu benda
akibat perubahan temperatur. Contoh, proses pendinginan air dari 100°C sampai
menjadi es 0°C. Kalor yang dilepas air dari 100°C menjadi 0°C (masih air)
disebut kalor sensibel (beban sensibel).
b. Beban laten
Kalor laten adalah kalor yang diterima atau dilepaskan suatu benda karena
adanya perubahan fase. Contoh, jika air yang temperaturnya sudah 0°C jika
didinginkan lagi akhirnya menjadi es. Pada temperatur 0°C tidak terjadi
perubahan temperatur tetapi perubahan fase. Kalor yang diserap disini disebut
kalor laten (beban laten).
2.1.4 Perubahan Fase Refrigeran Mesin Pendingin Kulkas 2 Pintu
Perubahan fase terjadi pada temperatur yang tetap. Contohnya cair menjadi
padat, cair menjadi uap, padat menjadi cair, dan seterusnya. Pada sistem kompresi
uap kulkas 2 (dua) pintu terjadi 2 proses perubahan fase pada refrigeran yang
digunakan dalam sistem, yaitu penguapan (cair menjadi gas), dan proses
pengembunan (gas menjadi cair).
Penguapan berarti perubahan fase dari cair menjadi gas. Pada mesin
pendingin kulkas 2 (dua) pintu, proses penguapan refrigeran terjadi di evaporator.
Proses penguapan ini memerlukan kalor, dan kalor tersebut diambil dari beban
pendinginan. Temperatur beban pendinginan lebih tinggi dari temperatur
evaporator. Perpindahan kalor terjadi dari beban pendinginan ke evaporator.
2.1.4.2 Proses Pengembunan (kondensasi)
Pengembunan adalah perubahan fase dari gas menjadi cair. Pada mesin
pendingin kulkas 2 (dua) pintu proses pengembunan terjadi di kondensor. Proses
pengembunan ini terjadi karena ada pelepasan kalor yang terjadi di kondensor
sehingga refrigeran mengalami perubahan fasa.
2.1.5 Cara Kerja Mesin Pendingin Kulkas 2 pintu
Cara kerja mesin pendingin kulkas 2 pintu adalah dengan menggunakan
siklus kompresi uap. Refrigeran ditekan oleh kompresor, dari kompresor
refrigeran masuk kondensor untuk membuang panas. Refrigeran kemudian
mengalir ke filter untuk disaring kotoran-kotoran yang terbawa refrigeran sebelum
memasuki pipa kapiler. Pada pipa kapiler tekanan dan temperatur refrigeran
diturunkan. Selanjutnya refrigeran mengalir masuk ke evaporator. Pada
evaporator ada udara yang dialirkan fan untuk mendinginkan ruang pendingin.
Setelah melewati evaporator refrigeran mengalir lagi masuk ke kompresor.
2.1.6 Siklus Kompresi Uap
Dari berbagai jenis sistem refrigerasi, siklus kompresi uap yang paling
banyak digunakan pada mesin pendingin kulkas 2 pintu. Komponen utama yang
digunakan pada siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler,
evaporator. Skema siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.22, Gambar
Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram
kondensasi
h3 = h4 h1 h2
pendinginan lanjut penurunan temperatur
kompresi isentropis
Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s
Proses-proses pada siklus kompresi uap tersusun atas:
a. Proses 1 - 2 (Proses kompresi)
Proses kompresi dilakukan oleh kompresor. Refrigeran berbentuk gas
panas lanjut bertekanan rendah masuk kompresor lalu ditekan oleh kompresor
sehingga tekanan refrigeran meningkat menjadi gas panas lanjut bertekanan
tinggi. Proses kompresi berlangsung secara isentropic.
b. Proses 2 - 2a (Proses penurunan temperatur)
Proses ini terjadi sebelum masuk kondensor. Pada proses ini refrigeran
berbentuk gas panas lanjut menjadi gas jenuh disertai dengan penurunan
temperatur. Penurunan temperatur disebabkan adanya kalor yang keluar ke udara
lingkungan di sekitar kondensor. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap.
Tc
Te
S1 = S2
c. Proses 2a - 2b (Proses kondensasi)
Proses ini berlangsung pada kondensor. Refrigeran bertemperatur tinggi
masuk kondensor untuk melepaskan kalor sehingga terjadi proses perubahan fase.
Dalam proses ini terjadi perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Proses
berlangsung pada tekanan tinggi yang tetap dan temperatur yang tetap. Pelepasan
kalor dari kondensor dapat berlangsung karena temperatur kondensor lebih tinggi
dibandingkan temperatur udara lingkungan.
d. Proses 2b - 3 (Proses pendinginan lanjut)
Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengondisikan agar refrigeran
yang keluar dari kondensor benar-benar dalam kondisi cair. Proses ini diperlukan
agar refrigeran yang masuk kedalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas
yang dapat menyebabkan timbulnya masalah pada sistem pendingin. Jika
refrigeran berbentuk cairan utuh maka akan memudahkan refrigeran mengalir
pada pipa kapiler. Penurunan temperatur terjadi pada proses ini. Temperatur
refrigeran lebih rendah dari temperatur refrigeran saat mengembunkan di
kondensor.
e. Proses 3 - 4 (Proses penurunan tekanan dan penurunan temperatur)
Pada proses ini refrigeran dalam fase cair masuk kedalam pipa kapiler agar
tekanannya menurun karena diameter pipa yang kecil, sehingga terjadi hambatan
yang melawan tekanan dari refrigeran. Karena diameter pipa yang sangat kecil
maka terjadi penurunan tekanan, akibat adanya penurunan tekanan terjadi pula
penurunan temperatur. Proses berlangsung pada entalpi yang konstan.
f. Proses 4 - 1a (Proses evaporasi)
Pada proses ini refrigeran memasuki evaporator untuk menyerap kalor
pada ruang yang akan didinginkan. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari
campuran cair dan gas menjadi gas jenuh. Proses berlangsung pada temperatur
dan tekanan konstan.
g. Proses 1a – 1 (Proses pemanasan lanjut)
Pemanasan lanjut adalah proses untuk mengondisikan agar refrigeran yang
keluar dari evaporator benar-benar dalam bentuk gas sebelum memasuki
akan dapat merusak kompresor. Dengan adanya pemanasan lanjut maka nilai Qin
akan meningkat dan COP juga akan meningkat.
Untuk mendapatkan karakteristik kulkas 2 (dua) pintu diperlukan
persamaan-persamaan perhitungan untuk menghitung Win, Qout, Qin, efisiensi,
COP dan laju aliran massa.
a. Kerja kompresor (Win)
Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung
dengan Persamaan (2.1).
b. Kalor yang dilepas kondensor (Qout)
Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung
dengan Persamaan (2.2).
c. Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung
dengan Persamaan (2.3).
Pada Persamaan (2.3) :
= Kalor yang diserap evaporator
= Enthalpy saat keluar evaporator
= Enthalpy saat masuk evaporator
d. COP (Coefficient Of Performance)
COP dari kulkas 2 pintu dapat dihitung dengan persamaan (2.4) dan (2.5).
(2.4)
COP ideal =
(2.5)
Pada Persamaan (2.4) dan (2.5) :
COP ideal = koefisien prestasi maksimum kulkas 2 pintu
= koefisien prestasi aktual kulkas 2 pintu
Te = temperatur evaporator (K)
Tc = temperatur kondensor (K)
COP digunakan untuk mengetahui performa dari siklus kompresi uap.
Semakin tinggi nilai COP maka semakin baik pula siklus kompresi uapnya. COP
sendiri tidak memiliki satuan karena merupakan hasil pembandingan antara kalor
yang diserap evaporator dengan kerja kompresor.
e. Efisiensi
Efisiensi adalah besarnya tingkat efektifitas pada kulkas 2 pintu, yang
dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).
Efisiensi =
(2.6)
Laju aliran massa adalah laju massa per satu satuan waktu, yang dapat
dihitung dengan Persamaan (2.7).
̇ =
= (2.7)
Pada Persamaan (2.7) :
̇ : laju aliran massa refrigeran
V : Voltase kompresor (V)
I : Arus kompresor (ampere)
P : Daya kompresor
P-h diagram digunakan untuk mengetahui nilai entalphi.. P-h diagram
untuk refrigeran 134a disajikan pada Gambar 2.25.
2.1.7 Isolator
Isolator digunakan untuk mencegah terjadinya perpindahan kalor dari
ruang yang akan didinginkan. Isolator yang baik adalah benda yang memiliki
konduktivitas thermal yang rendah, dan tidak mudah menghantarkan panas. Pada
penelitian ini digunakan media gabus sebagai isolator karena gabus tahan
terhadap temperatur dingin. Sifat-sifat gabus adalah sebagai berikut:
1. Memiliki massa jenis =
Anwar (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan
terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a)
membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendingin
meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin
(c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini dilakukan dengan
batasan-batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu
60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin (b) data dianalisi secara
teoritis berdasarkan data eksperimen dengan focus model 802 (c) data dianalisis
secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran
pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) peningkatan beban
pendinginan menyebabkan koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk
kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh
pada bola lampu 200 watt dengan cop sebesar 2,64 (c) waktu pendinginan
diperoleh paling lama pada beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400
watt).
Handoyo dan Lukito (2002) telah melakukan penelitian tentang analisa
pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi
mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas pengaruh usaha
pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan. Penelitian ini dilakukan
dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) mesin pendingin yang digunakan
adalah kulkas 2 pintu (b) beban pendinginan yang digunakan air. Dari hasil
penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan pada line suction dapat
meningkatkan nilai COP kulkas 2 pintu (b) waktu pendinginan tidak banyak
perubahan.
Wilis (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran
R-22 dan R-134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a)
menghitung prestasi kerja refrigeran R-22 yang dibandingkan dengan refrigeran
R-134a (b) membahas refrigeran yang lebih ramah lingkungan antara R-22
dengan R-134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut:
(a) refrigeran yang digunakan R-22 dan R-134a (b) menggunakan mesin
pengkondisian udara dengan motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari
hasil penelitian didapatkan: (a) refrigeran R-22 dari segi prestasi kerjanya lebih
baik dari R-l34a, tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran R-l34a lebih ramah
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pembuatan Alat
Langkah pembuatan alat didasarkan pada skema langkah-langkah
penelitian yang tersaji pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Skema langkah penelitian Baik
Tidak baik Mulai (mempersiapkan alat-alat dan bahan)
Merancang mesin pendingin
Persiapan komponen-komponen mesin pendingin
Penyambungan komponen-komponen
Pemvakuman mesin
Pengisian R134a
Uji coba
Pengambilan data P1, P2, T1, T3, I, Voltase dan Tbenda
Penggambaran siklus kompresi uap dan perolehan data h1, h2, h3, h4, Tkompresor dan Tevaporator
Perhitungan Qin, Qout, Win, COP, efisiensi dan laju
aliran
Pembahasan, kesimpulan dan saran
3.2 Alat dan Bahan
Bagian-bagian mesin pendingin dan skematiknya disajikan pada Gambar
3.2.
Gambar 3.2 Konstruksi mesin pendingin dengan kondensor 13U dan 12U
Keterangan Gambar 3.2 :
a. Kompresor
b. Kondensor
c. Evaporator
d. Pipa Kapiler
e. Fan a
Kondensor 13U
d
f
c
b e
a
f
d
Fan
e
c
b
f. Filter
Mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu memiliki komponen-komponen: (a)
Kompresor, (b) Kondensor, (c) Evaporator, (d) Pipa kapiler, (e) Fan, (f) filter.
a) Kompresor
Kompresor berfungsi meningkatkan tekanan refrigerant, menghisap dan
menekan refrigerant, sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refrigeran pada sistem
mesin pendingin. Pada alat mesin pendingin yang dibuat menggunakan kompresor
hermetik merek Toshiba dengan daya dan Voltase 220 V. Gambar 3.3
menyajikan kompresor yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin.
Gambar 3.3 Kompresor hermetik
b) Kondensor
Kondensor berfungsi melepaskan kalor refrigeran. Kondensor yang
digunakan dalam pembuatan mesin pendingin adalah jenis pipa dengan jari-jari
penguat. Pada percobaan ini kondensor yang digunakan adalah kondensor 12U
dan kondensor 13U. Kondensor 13U pada mesin merupakan kondensor 12U yang
ditambah panjang pipanya dengan jenis kondensor yang sama dengan cara
disambung dengan las. Gambar 3.4 dan Gambar 3.5 menyajikan gambar dan foto
Gambar 3.4 Kondensor tipe U pada mesin
Gambar 3.5 Kondensor 12U
Spesifikasi kondensor 12U dan 13U yang digunakan pada mesin
pendingin disajikan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi kondensor 12U dan 13U
Model Material Panjang (mm)
Lebar
(mm)
Diameter
(mm) U-bends Baris
Panjang
pipa
12U Besi 1150 485 3 12 24 1160
c) Pipa kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan dan temperatur freon.
Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm dengan diameter 0,7 mm atau 0,028
inch dan bahan yang digunakan tembaga. Gambar 3.5 menyajikan pipa kapiler
yang digunakan.
Gambar 3.6 Pipa kapiler
d) Evaporator
Evaporator berfungsi menyerap kalor beban pendinginan. Evaporator yang
digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin ini adalah jenis pipa bersirip.
Bahan evaporator adalah tembaga, diameter pipa evaporator 5 mm, bahan sirip
adalah aluminium dengan tebal 0,5 mm, jarak sirip 1 cm, dengan jumlah sirip 20
buah. Gambar 3.6 menyajikan evaporator yang digunakan dalam pembuatan alat.
Gambar 3.7 Evaporator
e) Kipas (fan)
Kipas berfungsi untuk mensirkulasikan udara dari ruang pendinginan ke
evaporator, karena pada kulkas 2(dua) pintu proses pendinginannya menggunakan
mm x 38 mm, Voltase 220-240 V dan arus 0.14 A. Pada Gambar 3.7 tersaji
gambar fan.
Gambar 3.8 Fan
f) Filter
Dalam membuat mesin pendingin harus menggunakan filter untuk
menyaring kotoran agar kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler. Filter yang
digunakan memiliki dimensi panjang 8,5 cm, diameter 19 mm dan bahan filter
terbuat dari tembaga. Terdapat 1 saluran masuk dan 2 saluran keluar. Gambar 3.8
menyajikan gambar filter yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin.
Gambar 3.9 Filter
3.3 Peralatan Penunjang Pembuatan Alat dan Penelitian
Dalam pembuatan mesin pendingin digunakan beberapa peralatan
a) Pemotong Pipa (Tubbing cutter)
Tubbing cutter fungsinya untuk memotong pipa-pipa pada mesin
pendingin agar potongan yang dihasilkan rata dan kotoran dari tembaga tidak
banyak. Untuk memotong pipa dengan Tubbing cutter, pipa dimasukan antara
roller dan cutting wheel lalu tangkai dari Tubbing cutter diputar secara terus
menerus sampai pipa terpotong. Gambar 3.9 menyajikan gambar alat pemotong
pipa.
Gambar 3.10 Pemotong pipa (tubbing cutter)
b) Pengembang pipa (flaring tool)
Flaring tool fungsinya untuk mengembangkan ujung pipa agar dua pipa
berdiameter sama dapat disambung dengan cara diselipkan ke pipa yang
diameternya lebih besar. Flaring tool yang terdiri dari 2 buah blok ini
membentuk lubang diameter dengan bermacam-macam ukuran agar pipa yang
diameternya diperbesar dapat diselipkan pipa yang diameternya lebih kecil untuk
disambungkan. Selain itu flaring tool juga mempunyai sebuah joke yang terdiri
kaki-kaki yang dapat diselipkan pada blok yang mempunyai sebuah baut pada
bagian atasnya dengan batang yang dapat diputar, sedangkan pada ujung lain pada
bagian bawah diberi sebuah flare cone yang berbentuk kerucut dengan sudut 45°
untuk menekan dan mengembangkan ujung pipa. Gambar 3.10 menyajikan
Gambar 3.11 Pengembang Pipa (flaring tool)
c) Tang
Tang adalah alat yang digunakan untuk mencengkram, memotong, dan
memutar kawat atau kabel. Dalam pembuatan mesin pendingin ini tang berfungsi
untuk menjepit pipa pada saat pengelasan. Gambar 3.11 menyajikan gambar tang.
Gambar 3.12 Tang
d) Alat Las
Fungsinya alat las untuk menyambungkan pipa-pipa pada mesin
pendingin. Bila hasil pengelasan kurang bagus bisa berakibat kebocoran dalam
Gambar 3.13 Alat las
e) Bahan Las
Bahan las yang digunakan untuk menyambung pipa-pipa mesin pendingin
yaitu berupa perak dan borak. Penggunaan bahan borak diperlukan untuk
penyambungan tembaga dengan besi, agar hasil pengelasan lebih baik. Bahan
perak digunakan untuk mengelas pipa tembaga dengan tembaga. Gambar 3.13
menyajikan gambar bahan las untuk pipa tembaga.
Gambar 3.14 Bahan las perak (kiri) borak (kanan)
f) Pompa Vakum
Pompa vakum fungsinya untuk mengosongkan atau menghilangkan
gas-gas yang tidak perlu seperti udara dan uap air di dalam sistem mesin pendingin.
Hal ini dilakukan agar tidak mengganggu kerja mesin pendingin saat
Gambar 3.15 Pompa vakum
g) Termokopel
Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur temperatur. Jenis
termokopel yang digunakan adalah Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy)/ Alumel (Ni-Al
alloy)). Prinsip kerjanya ujung kabel ditemperlkan pada bagian yang akan diukur
kemudian sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada
layar digital, Gambar 3.15 menyajikan gambar termokopel dan penampil
temperatur digital.
Gambar 3.16 Termokopel dan penampil temperatur digital
h) Clamp Meter
Clamp meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus.
Penggunaan alat ukur clamp meter dalam pengambilan data yaitu untuk mengukur
Cara menggunakan clamp meter adalah dengan menjepitkan kabel kompresor ke
clamp meter tersebut dan sensor akan membaca kuat arus di kabel tersebut dan
menampilkannya di layar digital clamp meter. Gambar 3.16 menyajikan gambar
clamp meter.
Gambar 3.17 Clamp Meter
i) Pressure Guage
Pressure Guage digunakan untuk mengukur tekanan refrigerant baik pada
saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Pada mesin pendingin ini dipasang 2
Pressure Guage pada tekanan keluar kompresor dan tekanan masuk (isap)
kompresor. Pressure Guage yang digunakan ada 2 jenis dan tersaji pada Gambar
3.17:
- Tekanan 0-220 Psi (dipasang pada pipa masuk kompresor, berwarna biru).
- Tekanan 0-500 Psi (dipasang pada pipa keluar kompresor, berwarna
Gambar 3.18 Pressure Guage
3.4 Proses Pemvakuman
Setelah proses penyambungan selesai, sebuah rangkaian kulkas 2 pintu
standar sudah berbentuk. Proses selanjutnya yang harus dilakukan adalah
pemvakuman. Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum dengan tujuan
untuk mengosongkan atau menghilangkan udara yang ada di dalam pipa-pipa
kulkas 2 pintu. Pada proses pemvakuman dapat dilihat juga apakah sebuah
rangkaian sistem pendingin yang dibuat mengalami kebocoran pada saat proses
penyambungan. Untuk mengetahui terjadinya kebocoran, busa sabun dioleskan
pada pipa-pipa atau sambungan. Apabila terdapat gelembung-gelembung udara
pada bagian yang di olesi busa sabun, dapat dipastikan rangkaian kulkas 2 pintu
terjadi kebocoran. Gambar 3.18 menyajikan salah satu photo saat pemvakuman.
3.5 Proses Pengisian Freon
Setelah rangkaian mesin pendingin dalam kondisi vakum, proses
selanjutnya adalah pengisian refrigeran. Jenis refrigeran yang digunakan dalam
mesin pendingin yang dibuat adalah R-134a. Saat proses pengisian berlangsung
tekanan pada preasure gauge warna biru (tekanan rendah) akan naik. Proses
pengisian refrigeran melalui selang yang dihubungkan ke dalam dob yang
terhubung pada kompresor. Proses pengisian ini tidak seperti proses
pemvakuman, pada saat proses pengisian tidak menggunakan alat pompa vakum
tetapi menggunakan tabung refrigeran. Gambar 3.19 menyajikan photo saat proses
pengisian refrigeran .
Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R-134a
3.6 Proses Uji Coba
Pada proses uji coba ini alat diuji dengan cara dinyalakan selama 1 jam.
Apakah alat sudah dapat bekerja dengan baik atau tidak. Jika terjadi kerusakan
maka harus memperbaiki lagi tiap komponennya dan kembali ke proses awal. Jika
sudah berhasil dapat memulai pengambilan data P1, P2, T1, T3, I, Voltase dan
Tbenda.
3.7 Mesin yang Diteliti
Mesin yang diteliti adalah kulkas 2 (dua) pintu dengan kondensor 12U dan
dengan panjang pipa kapiler 150 cm. Gambar 3.20 menyajikan foto mesin yang
diteliti.
Gambar 3.21 Mesin pendingin yang diteliti
3.8 Variasi Penelitian
Variasi pada penelitian pendingin ini adalah pada kondensornya.
Kondensor yang digunakan adalah kondensor tipe U dengan variasi 12U dan 13U.
3.9 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti
Gambar 4.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam
skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur
Gambar 3.22 Skematik mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu
Keterangan pada Gambar 3.21:
Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T1) dan alat ukur tekanan P1 Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2
Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel 2 (T3) Titik 4 : Tempat pemasangan tang ampere
3.10 Alat Bantu Penelitian
Proses penelitian kulkas 2 (dua) pintu ini membutuhkan alat-alat yang
dipergunakan untuk membantu dalam pengujian kulkas 2 (dua) pintu tersebut.
Alat-alat bantu tersebut seperti termokopel dan alat penampilnya, pengukur
tekanan, P-h diagram, air.
1. Termokopel dan Alat Penampil Temperatur Digital
Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor temperatur yang digunakan
untuk mengubah perbedaan temperatur dalam benda menjadi perubahan dengan
listrik. Alat penampil temperatur digital mempunyai fungsi sebagai alat yang
memperlihatkan nilai temperatur yang diukur.
Kondensor 13U
Gambar 3.23 Termokopel dan alat penampil temperatur digital
2. Pengukur Tekanan
Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan
refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi,
sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.
Gambar 3.24 Pengukur Tekanan
3. P – h diagram
P–h diagram (Gambar 2.25) mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan P- h diagram, dapat diketahui nilai
entalpi di setiap titik yang diteliti, temperatur evaporator dan temperatur
kondensor.
4. Air
Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin
Gambar 3.25 Air (beban pendinginan)
5. Tang Ampere
Tang ampere adalah alat untuk mengukur arus listrik. Cara penggunaannya
adalah kabel yang akan diukur di lewatkan pada lubang tang ampere, setelah
dilewatkan lobang tang ampere maka digital tang ampere akan membaca arus
Gambar 3.26 Tang Ampere
3.11 Cara Mendapatkan Data Temperatur dan Tekanan
Pengukuran temperatur dan tekanan dilakukan setiap 15 menit. Hasil
penelitian disajikan pada tabel seperti pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Tabel untuk hasil pengukuran suhu, tekanan, arus dan voltase
No. Waktu P1 P2 T1 T3 Tbenda I V 1 15
13 195
3.12 Cara Mengolah Data
Prosedur pengolahan data :
1. Setelah semua data temperatur dan tekanan pada setiap titik diperoleh maka
langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada
P–h diagram. Dengan menggambarkan dalam P–h diagram dapat diketahui
nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), temperatur evaporator, temperatur kondensor, dan
temperatur keluar kompresor.
2. Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk
menghitung besarnya energi kalor per satuan massa yang dilepaskan
kondensor, menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran,
menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator,
3. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada
seperti Persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, Persamaan (2.2)
untuk menghitung energi kalor yang dilepas kondensor, Persamaan (2.3)
untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, Persamaan (2.4) dan (2.5)
untuk menghitung COP, Persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi, dan
Persamaan (2.7) untuk menghitung laju aliran massa.
4. Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COP, efisiensi, dan laju aliran massa)
kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan pembahasan.
Dalam proses pembahasan harus mempertimbangkan hasil-hasil penelitian
BAB IV
HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA, DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Percobaan
Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigeran (P1 dan P2) dan temperatur
refrigeran (T1 dan T3) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu,
ditampilkan pada Tabel 5.1 dan Tabel 5.2.
Tabel 4.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 dan P2), temperatur (T1 dan T3),
temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 13U
No Waktu
temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 12U
Tabel 4.2 Lanjutan
- Pada saat pengambilan data, temperatur kamar sebesar 27oC
- Media yang didinginkan adalah air dengan volume 500 ml dan temperatur
awal 27oC
- P1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (psia).
- P2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (psia).
- T1 : Temperatur refrigeran saat masuk kompresor (oF).
- T3 : Temperatur refrigeran saat masuk pipa kapiler (oF).
4.2 Perhitungan dan Pengolahan Data
Dari data temperatur dan tekanan yang diperoleh dan dengan menggambarkannya
pada diagram p-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada penelitian ini
dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1,2,3,4
temperatur kerja kondensor dan temperatur kerja evaporator dari waktu ke waktu
disajikan pada Tabel 5.3 dan Tabel 5.4.
Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja
kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 13U
No Waktu
Tabel 4.4 Hasil perhitungan nilai entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja
kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 12U
No Waktu
Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang dihasilkan
oleh mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.1). Pada saat t = 480
menit :
Win = h2-h1
= 286,46 kJ/kg – 242,21 kJ/kg
= 44,25 kJ/kg
Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 44,25 kJ/kg.
2) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout)
Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor pada mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.2). Pada
saat t = 480 menit :
Qout = h2-h3
= 286,46 kJ/kg – 95,49 kJ/kg
= 190,97 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 190,97
kJ/kg.
3) Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
pada mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.6). Pada saat t =
480 menit :
Qin = h1-h4
= 242,21 kJ/kg – 95,49 kJ/kg
= 146,72 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 146,72
4) COP
COP dipergunakan untuk menyatakan performance (unjuk kerja) dari mesin
kulkas 2 pintu yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.7). Pada saat t = 480 menit :
COP
aktual=
Efisiensi adalah efektivitas dari kerja kompresor kulkas 2 pintu, dapat dihitung
dengan menggunakan Persamaan (2.8). Pada saat t = 480 menit :
Efisiensi =
Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan
Persamaan (2.9). Pada saat t = 480 menit :
4.3 Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 15 menit sampai (t) 480 menit
untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor yang dilepas
kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), kalor yang diserap evaporator
persatuan massa refrigeran (Qin), COPaktual, COPideal, efisiensi, laju aliran massa
dari kulkas 2 pintu ditampilkan pada Tabel 5.5 dan 5.6.
Tabel 4.5 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U
No Waktu
COPaktual COPideal Efisiensi
No Waktu
COPaktual COPideal Efisiensi
Daya
Tabel 4.6 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U
COPaktual COPideal Efisiensi
No Waktu
COPaktual COPideal Efisiensi
Daya
Mesin pendingin kulkas 2 pintu berhasil dibuat dan dapat berjalan secara
normal saat uji coba. Tidak ada kebocoran pada setiap sambungan pipa maupun di
setiap komponen. Evaporator dapat bekerja pada temperature sekitar -14,44°C,
lebih rendah dari benda yang akan didinginkan. Kondensor dapat bekerja pada
temperature sekitar 46,11°C, lebih tinggi dari temperatur udara disekitar
kondensor. Hasil data yang diperoleh juga dapat digambarkan pada diagram p-h,
dengan hasil siklus kompresi uap yang disertai dengan pemanasan lanjut dan
pendinginan lanjut.
Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, COPactual,
COPideal, efisiensi, laju aliran massa dari mesin pendingin dengan pemanasan
lanjut dan pendinginan lanjut dari waktu ke waktu memiliki nilai yang
berbeda-beda. Gambar grafik hasil perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar
Gambar 4.1 Hubungan kerja kompresor dengan waktu
Dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa Win rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu
dengan kondensor 13U sebesar 44,03
, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar
44,25
. Win rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar
51,2
, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 54,73
. Berdasarkan hasil
penelitian ini menunjukkan penggunaan kondensor dengan 12U pada mesin
kulkas 2 pintu menghasilkan nilai Win rata-rata yang lebih tinggi dari mesin yang
mempergunakan kondensor 13U. Demikian juga nilai pada saat stabil, mesin
kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U juga lebih tinggi dari pada mesin kulkas 2
pintu dengan kondensor 13U. Karena jumlah refrigeran yang masuk ke dalam
kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U lebih sedikit dari
mesin kulkas 2 pintu dengan 12U sehingga kerja kompresor pada mesin kulkas 2
pintu dengan kondensor 13U tidak terlalu berat.
Pada saat penelitian, chasing kompresor panas. Temperatur chasing kompresor
lebih tinggi dibandingkan saat tidak bekerja. Hal ini berarti, ada proses
perpindahan kalor dari dalam kompresor keluar (ke udara sekitar). Dengan kata
lain proses isentropis di dalam kompresor tidak berlangsung secara isentropis
adiabatis. Pada proses isentropis adiabatis tidak terjadi perpindahan energi dari
luar kedalam sistem ataupun dari sistem keluar lingkungan dari sistem.
Gambar 4.2 Hubungan kalor yang diserap evaporator dengan waktu
Dari Gambar 4.2 dapat diketahui bahwa Qin rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu
dengan kondensor 13U sebesar 149,41
, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar
146,72
Qin rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar
148,21
, sedangkan nilai saat stabil sebesar 144,39
. Berdasarkan hasil
penelitian ini menunjukan mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan
kondensor 12U memiliki nilai rata-rata yang lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu
dengan kondensor 13U. Jadi nilai Qin yang sedikit berubah-ubah bisa jadi
disebabkan oleh tidak menentunya temperatur udara di dalam ruang evaporator
dan tidak meratanya temperatur beban pendinginan. Seperti diketahui bahwa
proses pendinginan dilakukan oleh udara yang bersirkulasi. Dengan tidak
seragamnya temperatur, akan berakibat besarnya kalor yang diserap evaporator
berbeda, atau bisa jadi di evaporator terjadi pembekuan uap air menjadi es,
sehingga udara dingin yang dihasilkan evaporator menjadi tidak optimal.
