i
MESIN PENDINGIN DENGAN PEMANASAN LANJUT DAN PENDINGINAN LANJUT DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 190 CM
TUGAS AKHIR
Untuk Memenuhi Salah Satu persyaratan Mencapai Gelar Sarjana Strata-1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan Oleh : DODIK PRASETYA
095214064
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
COOLING MACHINE WITH SUPER HEATING AND SUB-COOLING WITH 190 CM CAPILLARY TUBE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the reguirement To obtain the Sarjana Teknik degree
Mechanical Enginering Study Progam Mechanical Enginering Departement
By :
DODIK PRASETYA 095214064
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENTSCIENCE AND
TECHNOLOGY FACULTYSANATA DHARMA UNIVERSITYYOGYAKARTA
iii
MESIN PENDINGIN DENGAN PEMANASAN LANJUT DAN PENDINGINAN LANJUT DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 190 CM
Diajukan Oleh : DODIK PRASETYA
NIM : 095214064
Telah Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir dengan judul :
Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjut Dan Pendinginan Lanjut Dengan Panjang Pipa Kapiler 190 cm
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada Proram Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi lainnya, kecuali bagian informasinya tercantum dalam daftar pustaka.
vi INTISARI
Sekarang ini penggunakan mesin pendingin semakin luas, bahkan sudah menjadi kebutuhan yang tidak dapat dihindarkan. Beberapa contoh mesin pendingin yang bertujuan untuk mendinginkan dan membekukan antara lain : freezer, dispencer, cold storage, Air Conditioning mesin kulkas dan lain-lain. Tujuan pembuatan mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut adalah untuk menunjukan kerja mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
Komponen utuma mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut yaitu kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler dan filter. Bentuk pengembanganan mesin pendingin ini adalah pipa kapiler dari kondensor dililitkan terlebih dahulu di saluran sebelum masuk ke kompresor. Dari hasil pergobaan penelitian akan diambil suhu air, suhu masuk dan keluar komponen mesin mesin pendingin dan besarnya nilai tekanan kerja.
Kesimpulan yang dapat diambil dari pengujian mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut sebagai berikut (a) mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut yang dibuat mampu membekukan air dengan volume 0,6 liter dengan waktu 150 menit dengan suhu -11,9ºC, (b) kerja kompresor terendah sebesar 46,52 kJ/kg dan teringgi sebesar 48,85 kJ/kg, (c) kalor yang dilepas kondensor terendah sebesar 202,36 kJ/kg sedangkan tertinggi sebesar 209,34 kJ/kg, (d) kalor yang diserap evaporator terendah sebesar 153,52 kJ/kg dan tertinggi sebesar 162,82 kJ/kg, (e) COP (Coefficient Of Performance) terendah sebesar 3,143 kJ/kg dan tertinggi sebesar 3,500 kJ/kg.
vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Dodik Prasetya
Nomor mahasiswa : 095214064
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Karya Ilmiah saya yang berjudul :
Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjut Dan Pendinginan Lanjut Dengan Panjang Pipa Kapiler 190 cm.
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet untuk kepentingan akademis tanpa perlu ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan seksama.
viii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala rahmat dan bimbinganNya dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga dapat berjalan dengan lancar.
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.
Penyusunan Tugas Akhir ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma dan sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
3. Doddy Purwadianto, S.T., selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi . 4. Suharno Harto Raharjo dan Sarwiyati merupakan orang tua yang selalu
ix 6. Teman-teman seperjuangan angkatan 2009.
7. Semua pihak yang membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.
Yogyakarta, Maret 2014
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iv
PERNYATAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
INTISARI ... vi
2.1.1Definisi Mesin Pendingin... 5
2.1.2Kompresi Uap Dengan Pemanasan Lanjut Dan Pendinginan Lanjut ... 10
2.1.2.1Pendinginan Lanjut ... 11
2.1.2.2Penmanasannan Lanjut ... 11
2.1.3Siklus Kompresi Uap Dengan Pemanasan Lanjut Dan Pendinginan Lanjut ... 12
2.1.4Perpindahan Panas ... 15
2.1.4.1Perpindahan Panas secara Konduki... ... 16
2.1.4.2Perpindahan Panas secara Konveksi... 18
2.1.5Beban Pendingin ... 20
xi
2.1.6.1Proses Penguapan (evaporasi) ... 21
2.1.6.2Proses Pengembunan (kondensasi) ... 22
2.1.7Rumus Perhitungan Karakteristik Pada Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut ... 22
2.2Kajian Pustaka ... 27
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 30
3.1Diagram Alir Pembuatan Alat ... 30
3.2Komponen-Komponen Pembuatan Mesin Pendingin ... 32
BAB IV METODOLOGI PENGAMBILAN DATA ... 40
4.1Waktu dan Tempat Penelitian ………... 40
4.2Bahan dan Peralatan Penelitian ……….……… 40
4.3Penempatan Alat Ukur ……….……….……… 41
4.4Prosedur Pengambilan Data ……….………….……… 45
4.5Metode Pengolahan Data ……….…….……….……… 45
4.6Metode Mendapatkan Kesimpulan ………...…….……… 45
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagian-bagian Mesin Kulkas ... 5
Gambar 2.2 Sistem Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut ... 11
Gambar 2.3 Siklus Mesin Pendingin Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut (P-h Diagram) ... 12
Gambar 2.4 Siklus Mesin Pendingin Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut (T-s Diagram)... 14
Gambar 2.5 Macam-Macam Perpindahan Panas ... 15
Gambar 2.6 Perpindahan Panas Secara Konduksi ... 16
Gambar 2.7 Contoh Perpindahan Panas Secara Konduksi ... 18
Gambar 2.8 Perpindahan Panas secara Konveksi ... 18
Gambar 2.9 Contoh Perpindahan Panas Secara Konveksi ... 19
Gambar 2.10 Grafik P-h Untuk Refrigeran R-134a ... 26
Gambar 3.1 Digram Alir Pembuatan Mesin Pendingin ... 30
xiii
Gambar 4.3 Penempatan Blue Single Manifold Gauge ... 43
Gambar 4.4 Termokopel ... 44
Gambar 4.5 Pemasangan Termokopel... 44
Gambar 4.6 Pemasangan Termokopel ... 45
Gambar 4.7 Evaporator yang sudah Diisolasi ... 46
Gambar 4.8 Pemasangan Termokopel pada Kompresor ... 47
Gambar 4.9 Pemasangan Termokopel pada Evaporator ... 47
Gambar 4.10 Pemasangan Termokopel pada Evaporator... 47
Gambar 4.11 Pemasangan Termokopel pada Kondensor... 48
Gambar 4.12 Proses Pengambilan Data ... 48
Gambar 5.1 Sistem Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut Dan Pendinginan Lanjut ... 53
Gambar 5.2 Grafik Hubungan Kerja Kompresor dan Waktu ... 57
Gambar 5.3 Grafik Hubungan Kalor Yang Dilepas Kondensor dan Waktu ... 58
Gambar 5.4 Grafik Hubungan Kalor Yang Diserap Evaporator dan Waktu... 59
xiv
DAFTAR TABEL
Gambar 5.1 Hasil Percobaan Untuk Nilai Tekanan Dan Suhu... 50
Gambar 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb... 51
Gambar 5.3 Nilai Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg... 52
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Proses pendinginan merupakan suatu usaha untuk menurunkan suhu pada
ruangan maupun pada suatu material, dengan kata lain mendapatkan kondisi yang
diinginkan oleh suatu produk atau material, dalam hal ini temperature yang lebih
rendah agar suatu produk atau metrial dapat disimpan dalam waktu yang relative
lebih lama, baik untuk konsumsi, produksi maupun perdagangan. Penyimpanan
dan transportasi bahan pangan, proses pengolahan makanan dan minuman
merupakan beberapa contoh kegiatan yang memerlukan proses pendinginan dan
pembekuan. Proses pendinginan dan pembekuan merupakan rangkaian proses
perpindahan panas. Proses perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi,
konveksi dan radiasi.
Sekarang ini penggunakan mesin pendingin semakin luas, bahkan sudah
menjadi kebutuhan yang tidak dapat dihindarkan. Beberapa contoh mesin
pendingin yang bertujuan untuk mendinginkan dan membekukan antara lain :
freezer, dispencer, cold storage, Air Conditioning mesin kulkas dan lain-lain. Mulai dari rumah tangga yang sangat memerlukan mesin pendingin yang berupa
refrigerator untuk mengawetkan bahan makanan. Pada sarana transportasi, mobil pribadi maupun kendaraan umum seperti bus, kereta api, pesawat terbang dan
berada di dalamnya menjadi senang. Banyak pertokoan atau swalayan
memerlukan cold storage untuk mendinginkan buah-buahan dan minuman agar tetap segar.
Mesin pendingin juga digunakan untuk mengawetkan dalam jumlah yang
besar dapat ditemui pada tempat-tempat pemotongan daging ternak, untuk
peyimpanan udang, ikan laut dan lain-lain. Selain itu juga digunakan pada
kendaraan pengangkut daging, sayuran atau ikan ke tempat-tempat yang jauh
dilengkapi dengan mesin pendingin agar tidak busuk di tempat tujuan.
Mesin pendingin adalah mesin yang digunakan untuk membuat makanan/
bahan makanan dalam keadaan dingin dan atau beku. Karena dalam keadaan
seperti ini maka makanan atau minuman bisa bertahan lama. Dengan
kemampuannya itu, mesin pendingin, yaitu kulkas dan freezer banyak digunakan
di lingkungan rumah tangga dan industri. Freezer rumah tangga bisa merupakan bagian dari kulkas atau berdiri sendiri.
Mesin pendingin atau sering disebut dengan nama Mesin Kulkas banyak
digunakan di lingkungan rumah tangga. Hampir di setiap rumah tangga memiliki
kulkas. Selain berguna sebagai tempat untuk mengawetkan makanan (misalnya :
buah, daging, sayur dan lain-lain) dan minuman (misalnya : susu, air putih dan
lain-lain), Mesin Kulkas juga dapat digunakan sebagai sumber pendapatan
tambahan bagi rumah tangga dengan cara membuat es lilin atau es batu untuk
dijual. Selain untuk keperluan rumah tangga dan industri, mesin pendingin ini
contohnya adalah hasil pembekuan air oleh mesin pendingin yang bisa digunakan
menjadi dasar dari olahraga ice skating.
Agar terjadi suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan ( refrigeran )
yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau dari cair menjadi gas
untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor.
Kebanyakan refrigeran yang digunakan adalah jenis cloro fluor carbon ( CFC ).
Mesin pendingin memegang peran yang penting dalam kehidupan ini, bagi
manusia khususnya dan untuk kehidupan pada umumnya. Melihat peran tersebut,
maka penulis berkeinginan untuk mempelajari, membuat dan melakukan
penelitian tentang mesin pendingin. Penulis memutuskan untuk melakukan
penelitian tentang mesin pendingin kulkas.
1.2Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Membuat mesin kulkas dengan cara merangkai komponen-komponen mesin
kulkas yang ada di pasaran.
b. Mengetahui karakteristik dari mesin kulkas yang dirangkai :
1. Kalor yang dilepas oleh kondensor per satuan massa refrigeran.
2. Kalor yang dihisap oleh evaporator per satuan massa refrigeran.
3. Kerja yang dilakukan oleh kompresor per satuan massa refrigeran.
1.3Batasan-Batasan
Batasan-batasan yang digunakan dalam pembuatan mesin kulkas adalah :
a. Kompresor standar dengan daya 1/6 hp.
b. Pipa kapiler dengan panjang pipa 190 cm ( dari kondensor dililitkan terlebih
dahulu di saluran pipa sebelum masuk ke kompresor ).
c. Kondensor standar dengan rangkaian jumlah pipa 10 buah, diameter pipa 5
mm, dan jarak antar sirip 3,5 cm.
d. Filter dengan diameter 13 mm dan panjang 15 cm.
e. Evaporator standar dengan ukuran panjang 60 cm dan lebar 25 cm.
f. Refrigeran jenis R-134a.
g. Thermostat yang digunakan standar untuk mesin kulkas yang ada di pasaran.
h. Sebagai beban pemdingin menggunakan air dengan volume 0,6 liter.
1.4Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian diharapkan dapat :
a. Memperluas pengetahuan tentang mesin kulkas.
b. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan mesin kulkas.
c. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi para peneliti mesin
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Definisi Mesin Pendingin
Mesin Pendingin atau biasa disebut mesin kulkas adalah mesin yang di
dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin sehingga terjadi perubahan suhu dan
perubahan tekanan. Mesin pendingin atau mesin kulkas menggunakan bahan
refrigeran yang bersirkulasi menyerap dan melepas panas, dan terjadi perubahan
tekanan rendah menjadi tekanan tinggi. Proses sirkulasi ini berulang-ulang secara
terus menerus. Gambar 2.1 memperlihatkan mesin kulkas dengan bagian-bagian
mesin kulkas.
Gambar 2.1 Bagian-bagian Mesin Kulkas
Mesin pendingin atau mesin kulkas yang sering digunakan adalah mesin
dengan siklus kompresi uap. Komponen penting yang ada pada mesin pendingin
dengan siklus kompresi uap terdiri dari :
a. Kompresor
Kompresor merupakan bagian terpenting di dalam mesin kulkas. Apabila
dianalogikan dengan tubuh manusia, kompresor sama seperti dengan jantung yang
berfungsi memompa darah ke seluruh tubuh. Begitu juga dengan kompresor,
berfungsi memompa bahan pendingin keseluruh bagian mesin kulkas. Cara kerja
kompresor pada mesin kulkas adalah dinamis atau bergerak.
Pada mesin kulkas, kompresor jenis hermetik yang paling sering digunakan.
Kompresor jenis ini menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada
dalam satu rumah. Pergerakan kompresor jenis ini adalah menghisap sekaligus
memompa udara sehingga terjadi perputaran udara yang mengalir dari pipa-pipa
mesin kulkas. Bentuk refrigeran ketika masuk ke kompresor berbentuk gas.
Begitu pula pada saat keluar dari kompresor juga berbentuk gas. Kondisi gas pada
saat keluar dari kompresor berupa uap panas lanjut. Temperatur gas dan tekanan
yang keluar dari kompresor lebih tinggi dari temperatur kerja kondensor.
b. Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan
pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang
banyak digunakan pada mesin kulkas saat ini adalah kondensor dengan pendingin
udara. Yang digunakan pada sistem refrigrasi mesin kulkas kecil maupun mesin
memerlukan perawatan khusus. Saat mesin kulkas atau lemari es bekerja
kondensor akan terasa hangat bila dipegang.
c. Filter
Filter ( saringan ) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran
bahan pendingin setelah melakukan sirkulasi. Sehingga tidak masuk kedalam
kompresor dan pipa kapiler. Selain itu , bahan pendingan yang akan disalurkan
pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat menyerap kalor lebih
maksimal. Filter pada mesin kulkas biasanya berupa tabung kecil dengan diameter
antara 13 – 15 mm dan memiliki panjang kurang lebih 15 cm.
d. Evaporator
Di dalam evaporator inilah terjadi perubahan bentuk refrigeran dari cair
menjadi gas. Evaporator berfungsi menyerap panas dari benda yang di masukkan
ke dalam mesin kulkas. Kemudian evaporator menguapkan bahan pendingin
untuk melawan panas dan mendinginkannya. Sesuai fungsinya evaporator adalah
alat penguap bahan pendingin agar efektif dalam menyerap panas dan
menguapkan bahan pendingin, evaporator di buat dari bahan logam anti karat,
yaitu tembaga dan almunium. Biasanya eveporator yang banyak digunakan pada
mesin kulkas adalah jenis permukaan datar.
e. Thermostat
Thermostat memiliki banyak sebutan antara lain temperatur kontrol dan cool control. Apapun sebutannya, thermostat berfungsi mengatur kerja kompresor secara otomatis bedasarkan batasan suhu pada setiap bagian mesin kulkas.
suhu. Jika suhu evaperator sesuai dengan pengatur suhu thermostat, secara
otomatis thermostat akan memutuskan listrik ke kompresor.
f. Heater
Hampir keseluruan kulkas nofrost dan sebagian kecil kulkas defrost dilengkapi
dengan pemanas ( heater ). Pemanas berfungsi mencairkan bunga es yang terdapat
di evapurator . Selain itu pemanas dapat mencegah terjadinya penimbunan bunga
es pada bagian rak es dan rak penyimpan buah di bawah rak es.
h. Refrigeran
Pada mesin pendingin atau mesin kulkas membutuhkan bahan pendingin atau
biasa disebut refrigeran. Refrigeran adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari
gas menjadi cair` atau dari cair menjadi gas. Refrigeran digunakan untuk
menyerap panas (evaporasi) dan melepas panas (kondensasi). Pada mesin kulkas
refrigeran akan mengalami beberapa proses perubahan bentuk. Pada kondisi awal
refrigeran berbentuk cair, setelah melalui beberapa proses akan kembali pada
kondisi awal (cair). Jenis bahan pendingin atau refrigeran sangat beragam. Setiap
jenis bahan pendingin atau refrigeran memiliki karakteristik yang berbeda.
Ada 3 jenis refrigeran yang digunakan pada saat ini, yaitu :
a. Hydro Fluoro Carbon (HFC)
Refrigeran jenis ini merupakan refrigeran baru pengganti freon. Refrigeran
freon sangat berbahaya karena mengandung zat chlor (CI) yang dapat merusak
lapisan ozon. Refrigeran HFC merupakan refrigeran alternatif pengganti,
karena refrigeran HFC mengandung atom-atom hidrogen, fluorine dan karbon
b. Hydro Cloro Fluoro Carbon (HCFC)
Refrigeran jenis ini terdiri atom-atom hidrogen, fluorine, klorin dan karbon.
Refrigeran HCFC ini mengandung jumlah minimal klorin, yang tidak merusak
lingkungan.
c. Cloro Fluoro Carbon (CFC)
Refrigeran jenis ini terdiri atom-atom fluorine, klorin dan karbon. Refrigeran
CFC ini mengandung jumlah kaporit yang tinggi sehingga dikenal sebagai
refrigeran yang paling berbahaya yang dapat merusak lapisan ozon.
Persyaratan bahan pendingin (Refrigerant) :
a. Tidak beracun, berwarna dan berbau .
b. Bukan termasuk bahan yang mudah terbakar.
c. Bukan penyebab korosif.
d. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor.
e. Memiliki struktur kimia yang stabil.
f. Memiliki titik didih yang rendah.
g. Memiliki tekanan kondensasi yang rendah.
h. Memiliki tingkat penguapan yang rendah.
i. Memiliki kalor laten yang rendah.
j. Memiliki harga yang relatif murah.
Dengan melihat persyaratan yang baik untuk bahan pendingin, maka
R-134a karena refrigeran ini tidak merusak lapisan ozon dan memiliki sifat yang
hampir sama dengan R-12. Refrigeran R-134a memilki sifat-sifat :
a. Tidak merusak lapisan ozon.
b. Tidak beracun, berwarna dan berbau.
c. Tidak mudah terbakar.
d. Memiliki kestabilan yang tinggi.
e. Mudah diperoleh.
2.1.2 Kompresi Uap Dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut
Sistem kompresi uap paling banyak digunakan pada sistem refrigrasi. Pada
sebuah sistem kompresi uap memerlukan komponen-komponen penting,
diantaranya adalah ;
a. Kompresor
b. Evaporator
c. Kondensor
d. Pipa Kapiler
Sistem kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat
dilihat pada Gambar 2.2. Pada gambar bisa dilihat pipa kaliper yang keluar dari
kondensor dililitkan ke saluran yang masuk ke kompresor. Sistem ini yang
KONDENSOR
EVAPORATOR
KOMPRESOR
Gambar 2.2 Sistem Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut.
2.1.2.1 Pendinginan Lanjut
Pendinginan lanjut adalah suatu proses mengkondisikan refrigeran yang keluar
dari kondensor agar diperoleh refrigeran dalam bentuk cair. Proses ini diperlukan
agar saat refrigeran yang masuk ke dalam pipa kapiler tidak tercampur dengan gas
yang akan menimbulkan permasalahan pada sistem pendingin. Apabila refrigeran
dalam bentuk cair, refrigeran akan mudah mengalir di dalam pipa kapiler. Adanya
pendinginan lanjut dapat memperbesar harga Q, yang pada akhirnya dapat
meningkatkan nilai COP.
2.1.2.2 Pemanasan Lanjut
Pemanasan lanjut merupakan proses mengkondisikan refrigeran yang keluar
dari evaporator dijamin dalam bentuk gas. Dengan proses ini refrigeran tidak akan
Apabila terjadi pemanasan lanjut, harga Q akan bertambah besar, dengan
begitu COP akan bertambah besar.
2.1.3 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan
Lanjut
Dengan menggunakan diagram P-h kita dapat mengetahui siklus pada mesin
pendingin. Gambar 2.3 adalah siklus mesin pendingin kompresi uap dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
3'
Gambar 2.3 Siklus Mesin Pendingin Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut (P-h Diagram).
Urutan proses-proses pada Gambar 2.3 sebagai berikut :
a. Proses Kompresi (1-2)
Proses kompresi ini dilakukan oleh kompresor. Fase refrigeran pada saat
masuk ke dalam kompresor berbentuk gas panas lanjut yang bertekanan
refrigeran dikompresi. Proses kompresi ini berlangsung secara isentropic,
sehingga suhu ke luar kompresor meningkat.
b. Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut (2-2`)
Proses penurunan suhu gas dari keadaan gas panas lanjut ke keadaan gas jenuh
berlangsung pada proses 2-2`. Proses berlangsung di dalam kondensor. Pada
proses ini berlangsung pada keadaan tekanan tetap. Penurunan suhu dapat
terjadi karena adanya pelepasan kalor dari kondensor ke udara sekitar.
c. Proses Kondensasi (2`-3`)
Proses kondensasi ini berlangsung di dalam kondensor. Di dalam kondensor
akan terjadi pertukaran panas atau kalor antara refrigeran dengan udara yang
ada di lingkungan sekitar kondensor. Akibatnya fase refrigeran berubah dari
gas ke fase cair.
d. Proses Pendingin Lanjut (3`-3)
Pada proses pendinginan lanjut akan terjadi penurunan suhu. Proses
berlangsung pada tekanan tetap. Proses ini bertujuan untuk mendapatkan
refrigeran yang benar-benar dalam keadaan cair. Sehingga refrigeran akan
mudah untuk mengalir pada pipa kapiler.
e. Proses Ekspansi (3-4)
Proses ekspansi ini berlangsung di dalam pipa kapiler. Pada proses ini tidak
terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan suhu yang
berlangsung secara isoentalpi. Fase refrigeran sebelum masuk pipa kapiler
f. Proses Evaporasi (4-1`)
Proses evaporasi ini berlangsung di dalam evaporator. Panas atau kalor yang
berasal dari dalam ruangan akan diserap oleh refrigeran cair bertekanan
rendah. Pada proses ini refrigeran akan mengalami perubahan bentuk dari fase
campuran cair dan gas menjadi gas jenuh. Proses berjalan pada tekanan tetap.
g. Proses Pemanasan Lanjut (1`-1)
Pada proses pemanasan lanjut akan terjadi kenaikan suhu. Proses ini bertujuan
untuk mendapatkan refrigeran dalam fase gas panas lanjut. Kompresor akan
bekerja lebih ringan dan aman apabila refrigeran yang masuk ke dalam
kompresor sudah benar-benar dalam fase gas panas lanjut.
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut bila
digambarkan dalam diagram T-s seperti terlihat pada Gambar 2.4.
3'
Urutan proses-proses pada Gambar 2.4 sebagai berikut :
a. Proses (1 – 2)
Kompresi adiabatic dan reversible dari tekanan rendah (tekanan evaporator) menuju tekanan tinggi (kondensor).
b. Proses (2 – 3)
Pelepasan kalor reversible pada tekanan konstan menyebabkan penurunan suhu gas panas lanjut, pengembunan sampai pada kondisi pendinginan lanjut.
c. Proses (3 – 4)
Ekspansi tidak reversible atau isentalpik (pada entalpi konstan) dari tekanan tinggi ke tekanan rendah (tekanan pada evaporator).
d. Proses (4 – 1)
Evaporasi (penyerapan kalor) ishotermis, penambahan kalor reversible pada tekanan tetap yang menyebabkan penguapan menuju uap panas lanjut karena
adanya proses pemanasan lanjut.
2.1.4 Perpindahan Panas
Proses perpindahan panas atau perpindahan kalor dapat terjadi karena
perbedaan suhu antara 2 media. Proses perpindahan panas atau perpindahan kalor
biasanya bergerak dari suhu yang tinggi berpindah pada suhu yang lebih rendah.
Secara umum perpidahan kalor dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu :
a. Perpindahan kalor secara konduksi
b. Perpindahan kalor secara konveksi
Gambar 2.5. Macam-Macam Perpindahan Panas.
http://adrisonsutanmantari.blogspot.com/2013_03_01_archive.html
2.1.4.1 Perpindahan Panas secara Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas tanpa disertai
zat perantaranya. Biasanya perpindahan panas dengan cara seperti ini dapat
berlangsung pada benda cair, padat dan gas. Pada Gambar 2.6 memperlihatkan
perpindahkan panas secara konduksi.
Laju perpindahan kalor konduksi dapat dihitung dengan persamaan Fourier
yang dinyatakan dengan persamaan (2.1).
= − . . (2.1)
pada persamaan (2.1) :
q : laju perpindahan panas (W)
k : konduktifitas thermal pada bahan (W/m.°C)
A : luas permukaan yang tegak lurus aliran kalor (m2)
: gradien suhu perpindahan kalor (°C/m)
Perpindahan kalor pada persamaan (2.1) bernilai minus (-) dikarenakan suhu
selalu berpindah ke yang lebih rendah.
Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah sebagai berikut :
a. Sendok yang terbuat dari logam dimasukan kedalam gelas yang berisi air
panas lama kelamaan ujung sendok ikut menjadi panas.
b. Sebatang besi yang ujungnya dipanasi dengan api, lama kelamaan ujung yang
Gambar 2
2.7 Contoh Perpindahan Panas Secara Kondu nsutanmantari.blogspot.com/2013_03_01_arch
an Panas secara Konveksi
2.8 memperlihatkan perpindahkan panas se
secara konveksi adalah perpindahan panas y
indahan panas jenis ini terjadi pada fluida yan
mbar 2.8 Perpindahan Panas secara Konveksi. duksi.
chive.html
secara konveksi.
yang disertai zat
Persamaan Newto
ton untuk pendinginan dinyatakan dengan per
−
2) :
dahan panas (W)
erpindahan panas secara konveksi (W/m.°C)
pang permukaan yang bersentuhan dengan flui
ukaan (°C)
a yang mengalir dekat dengan permukaan (°C)
oh perpindahan panas secara konveksi adalah m
anaskan (Gambar 2.9).
2.9 Contoh Perpindahan Panas Secara Konve uddinmeijer.blogspot.com/p/manajemen-sukse
erpindahan panas secara konveksi, yaitu:
nas konveksi bebas (alamiah)
nas ini disebabkan oleh perbedaan suhu dan p
Contoh : besi panas yang dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber
gerakan dari luar yang mengerakan udara.
b. Perpindahan panas konveksi paksa
Perpindahan panas jenis ini berlawanan dengan perpindahan panas konseksi
bebas. Pada perpindahan panas konveksi paksa ini perpindahan panas aliran
gas atau fluida disebabkan adanya tenaga baru dari luar.
Contoh : besi panas dimasukan ke dalam air.
2.1.5 Beban Pendinginan
Beban pendinginan adalah beban yang diterima suatu sistem untuk
mendinginkan sesuatu. Pada evaporator, beban pendinginan adalah besarnya
aliran kalor yang dihisap evaporator. Unit pendingin selalu menerima beban
pendinginan karena harus menjaga temperatur dan kelembaban tertentu yang
umumnya berada di bawah temperatur dan kelembaban lingkungan di luarnya.
Beban pendinginan biasanya berupa aliran energi berbentuk panas. Beban
pendingin dapat dibagi menjadi dua bagian khusus yaitu :
a. Beban laten adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena adanya perubahan wujud (fase).
Contoh air yang sudah didinginkan sampai 0°C kemudian didinginkan lagi
sampai menjadi es pada suhu 0°C. Pada proses ini tidak terjadi perubahan
suhu melainkan perubahan wujud (fase). Beban pendinginan disini disebut
b. Beban sensible adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena adanya perubahan suhu.
Contoh : air dengan suhu 100°C didinginkan menjadi 0°C (masih dalam
keadaan cair). Beban yang diterima dalam proses itu disebut beban sensible.
Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C menjadi 0°C disebut
panas sensible.
2.1.6 Proses Perubahan Bentuk/Fase
Proses perubahan bentuk/fase dipengaruhi oleh suhu atau temperature. Pada
mesin pendingin atau mesin kulkas terjadi 2 perubahan bentuk/fase yaitu
perubahan bentuk/fase penguapan (dari cair ke gas) dan perubahan bentuk/fase
pengembunan (dari gas ke cair).
2.1.6.1 Proses Penguapan (evapurasi)
Proses penguapan (evaporasi) adalah suatu proses perubahan bentuk zat dari
cair menjadi gas/uap. Proses penguapan pada mesin pendingin atau mesin kulkas
terjadi di dalam evaporator. Pada saat refigeran mengalir melalui pipa-pipa
evaporator, refigeran berubah fase dari cair menjadi gas. Proses penguapan
memerlukan panas/kalor. Panas/kalor diambil dari lingkungan sekitar dimana
evaporator itu ditempatkan. Pada mesin pendingin air, kalor diambil dari
2.1.6.2 Proses Pengembunan (kondensasi)
Proses pengembunan (kondensasi) adalah proses perubahan bentuk dari zat
gas/uap menjadi zat cair. Proses pengembunan ini merupakan proses perubahan
zat yang melepaskan panas/kalor (eksothermik). Kondensasi terjadi ketika gas/uap
didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah gas/uap
dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari
pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut
kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi
cairan disebut kondensor.
Pada mesin pendingin, proses pengembunan (kondensasi) berlangsung di
dalam kondensor. Pada kondensor gas/uap panas lanjut diubah kondisinya
menjadi cair jenuh. Panas/kalor yang dilepas dari refigeran dibuang keluar dari
kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar kondensor
adalah udara. Sehingga udara di sekitar memiliki suhu yang lebih tinggi
dibandingkan suhu kondensor.
2.1.7 Rumus Perhitungan Karakteristik pada Mesin Pendingin dengan
Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut
Untuk menganalisa mesin pendingin atau mesin kulkas, perlu diketahui
beberapa hal :
a. kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
b. energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.
d. COP (Coefficient Of Performance) mesin pendingin.
a. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
Besarnya kerja kompresi dalam tiap satuan massa refrigeran dinyatakan
dengan persamaan (2.3).
= 2 − 1` (2.3)
pada persamaan (2.3) :
Wk : besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1` : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.
Besarnya kalor dalam tiap satuan massa refrigeran yang dilepas oleh
kondensor dinyatakan dengan persamaan (2.4).
= 2 − 3 (2.4)
pada persamaan (2.4) :
c. Energi yang diserap evaporator perasatuan massa refrigeran.
Besarnya panas/kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator
dapat dihitung dengan dengan persamaan (2.5).
= 1` − 4 (2.5)
pada persamaan (2.5) :
Qe : besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1` : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
d. COP (Coefficient Of Performance) mesin pendingin.
Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh mesin pendingin atau mesin kulkas,
maka semakin baik mesin pendingin atau mesin kulkas itu. COP adalah
perbandingan antara Qe dengan Wk. Besarnya COP (Coefficient Of Performance)
dapat dihitung dengan persamaan (2.6).
=
`` (2.6)
pada persamaan (2.6) :
h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
h1` : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
Nilai entalpi disetiap keadaan 1, 2, 3 dan 4 dapat diperoleh dari digram p – h
Gambmbar 2.10 Grafik P-h Untuk Refrigeran R-134a http://www.engr.siu.edu
2.2 Kajian Pustaka
Tujuan penelitian “Efek Beban Pendinginan Terhadap Performa Sistem mesin
Pendingin” oleh Khairil Anwar tahun (2009) adalah mengetahui efek beban
pendingin terhada kinerja sistem mesin pendingin meliti kapasitas refrigerasi ,
daya kompresi, koefisien prestasi (COP) dan waktu pendinginan dalam suatu
ruang pendingin. Metodologi yang digunakan adalah dengan metode
eksperimental dengan variasi beban pendingin variasi beban dilakukan dengan
memasang lampu didalam ruangan pendinginan (cold box) dengan daya yang
berbeda. Mesin pendingin yang digunakan adalah mesin refrigerasi HRP focus
model 802 menggunakan refrigeran R-134a dengan menggunakan alat ukur
termokopel dan thermometer infrared. Cold box berupa kotak plastic polypropyle
berukuran 55 x 55 x 56 cm dengan dudukan 2 buah lampu. Kesimpulan yang
didapat dari percobaan tersebut adalah (1) waktu pendinginan akan semakin lama
untuk setiap peningkatan beban pendinginan, (2) hubungan antara beban
pendingin dengan COP sistem membentuk kurva parabolic, dimana posisi COP
terbesar terdapat pada beban 200 wat dan selanjutnya COP sistem akan berangsur
menalami penurunan, (3) kenaikan kapasitas refrigerasi dan daya kompresor
terjadi seiring dengan penambahan beban pendingin.
Tujuan penelitian dengan judul “ Efek Temperatur Pipa Kapiler Terhadap
Kinerja Mesin Pendingin” oleh Khairil Anwar Jurusan, Effendy Arif dan Wahyu
(2009) adalah mendapatkan efek temperature pipa kapiler teradap kapasitas
refrigerasi serta performa sistem mesin pendingin. Metodologi penelitian yang
kapiler. Variasi temperature diperoleh dengan mendinginkan pipa kapiler di dalam
frezzer dari mesin pendingin lain (refrigerator) melalui pengaturan thermostat.
Mesin pendingin yang digunakan adalah mesin refrigerasi HRP focus model 802
menggunakan refrigeran R-134a beserta alat ukurnya. Kesimpulan yang didapat
dalam eksperimen tersebut adalah temperatur pipa kapiler melalui proses
pendinginan, memberikan pengaruh terhadap kondisi refrigeran dalam siklus
mesin pendingin, dalam hal ini adalah nilai entalpi. Pendinginan tersebut
menyebabkan titik entalpi pada siklus bergeser ke arah kiri (semakin kecil),
terutama pada bagian keluar dari pipa kapiler atau sebelum masuk ke evaporator
hal ini akan berdampak pada kapasitas refrigerasi sistem mesin pendingin yang
diuji. Semakin rendah temperature pendinginan, maka kapasitas refrigerasi akan
mengalami kenaikan. Untuk COP, diperoleh temperature optimal dari pipa kapiler
yaitu temperature pendinginan pada yang paling rendah (posisi thermostat 7, ±-20
C) dengan nilai COP yang dihasilkan sebesar 2.71.
Penelitian dengan judul “Efek Udara di dalam Refrigerasi” oleh Daud
Patabang bertujuan untuk menentukan efek udara dalam sistem refrigerasi
terhadap koefisien performansi dari mesin refrigerasi. Manfaat dari peneletian ini
adalah memberikan informasi ilmiah tentang efek udara dalam sistem refrigerasi
yang akan mempengaruhi koefisien performansi dari suatu mesin refrigerasi.
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah unit refrigerasi R 633
dengan refrigerant R 141b, dengan spesifikasi kompresor hermetik ½ HP,
yang digunakan adalah pressure gauge, thermometer, dan flow meter. Kesimpulan
yang didapat dari penelitian tersebut adalah pada kedua pengujian didapatkan
bahwa dengan adanya udara di dalam sistem membuktikan adanya penurunan
prestasi sistem refrigerasi sekitar 37%, dan meningkatkan kerja kompressi sebesar
40% yang berarti jumlah energy yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Diagram Alir Pembuatan Alat
Pelaksanaan pembuatan mesin kulkas dan perhitungan nilai Wk, Qk, Qe dan
COP dilakukan dengan melihat diagram alir pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan Mesin Pendingin. Mulai
Perhitungan Wk, Qk, Qe, dan COP
Selesai Mesin Baik Mesin Tidak
3.2 Komponen-Komponen Pembuatan Mesin Pendingin dan Peralatan
Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin
Komponen-komponen yang ada dalam pembuatan mesin pendingin dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut adalah :
a. Kompresor
Kompresor adalah bagian dari mesin pendingin yang berfungsi menaikan
tekanan. Jenis kompresor yang digunakan adalah kompresor hermetic. Daya
kompresor sebesar 1/6 Hp. Gambar kompresor pada mesin kulkas disajikan pada
Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Kompresor.
http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Elektro/Kulkas/komponen.html
b. Kondensor
Kondensor pada mesin kulkas ini menggunakan kondensor dengan rangkaian
jumlah pipa U sebanyak 10 buah, diameter pipa 5 mm, dan jarak antar sirip 3,5
cm. Kondensor yang digunakan adalah kondensor jenis pipa dengan
menggunakan sirip. Gambar kondensor pada mesin kulkas dapat dilihat pada
Gambar 3.3 Kondensor.
http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Elektro/Kulkas/komponen.html
c. Pipa Kapiler
Mesin kulkas ini menggunakan pipa kapiler yang berasal dari tembaga dengan
ukuran panjang pipa 190 cm (dari kondensor dililitkan terlebih dahulu di saluran
pipa sebelum masuk ke kompresor), diameter pipa 2.5 mm. Gambar pipa kapiler
pada mesin kulkas dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Pipa Kapiler.
d. Evaporator
Mesin kulkas ini menggunakan evaporator yang terbuat dari alumunium
dengan ukuran panjang 60 cm dan lebar 25 cm yang sudah dibentuk seperti pada
Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Evaporator.
http://indonetwork.co.id/Teguh_Teknik/3798874/evaporator-kulkas.htm
e. Filter
Filter berfungsi untuk menyaring kotoran agar kotoran tidak dapat masuk ke
masuk ke dalam pipa kapiler. Mesin kulkas ini menggunakan filter yang terbuat
dari tembaga dengan ukuran panjang 15 cm dengan diameter 13 mm yang dapat
dilihat pada Gambar 3.6.
f. Tang
n untuk memotong,dan mengencangkan mur
an dalam pembuatan mesin kulkas dapat dilih
Gambar 3.7 Tang.
alah alat yang digunakan untuk memperbesa
ubang diameter pipa bertujuan agar saat kedua
an las dapat menempel lebih kuat. Gambar pe
ulkas dapat dilihat pada Gambar 3.8.1 dan Gam
h. Pemotong Pipa
digunakan untuk memotong pipa. Gambar pem
ulkas dapat dilihat pada Gambar 3.9.1 dan Gam
Pemotong Pipa. Gambar 3.9.2 Pem
Gauge
gsi untuk mengukur tekanan tinggi atau tekan
ada mesin pendingin ini menggunakan Single
uah. Biasanya untuk mengukur tekanan tingg
ngkan untuk mengukur tekanan rendah meng
ld Gauge yang digunakan pada mesin kulkas 1 dan Gambar 3.10.2.
Gambar 3.10.1 Red Single Manifold Gauge.
Gambar 3.10.2 Blue Single Manifold Gauge.
j. Pompa Vakum
Pompa vakum adalah salah satu macam pompa yang bekerja dengan cara
menghisap. Pemvakuman dilakukan dengan sebelum pengisian refrigeran. Pompa
vakum yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Pompa Vakum.
k. Peralatan Las dan Bahan Tambah Las
Peralatan las digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan menyambung
pipa-pipa menuju komponen mesin mesin pendingin. Bahan tambah yang
digunakan biasanya berasal dari kuningan. Peralatan las dan bahan tambah las
Gambar 3.1
dan peralatan bantu mesin kulkas harus dipers
mesin kulkas dimulai. Setelah semua komp
an dilanjutkan pada proses penyambungan k
s penyambungan yang dilakukan dengan cara
angat teliti agar tidak terjadi kebocoran pada sa
ah proses pemvakuman :
dengan cara melepas steker dari panel listrik.
rigerant yang ada di dalam kulkas dengan cara
t filter, tunggu hingga semburan refrigerant m
i filter lama dengan baru, sambung dengan per
ring tool set, dll sesuai kebutuhan.
bungan filter dengan pipa kapiler dan pipa
enyiapkan genting, portable gas dan peman
Siapkan genting dibelakang filter (atau objek yang akan di-las). Pasang
pemantik pada portable gas, kemudian nyalakan pemantik hingga keluar
semburan api. Arahkan api ke daerah sambungan hingga sambungan berwarna
merah, kemudian arahkan perak diatas sambungan yang sudah memerah tadi
(jangan menempel karena akan lengket). Bila perak terkena semburan api,
maka perak akan meleleh, dan menutup sambungan tersebut. Jadi saat perak
meleleh, saat itulah saat terbaik untuk mengatur lelehan perak dengan
menggunakan perak agar menutup sambungan.
d. Pasang pentil+pipa kapiler ke saluran pengisian kompresor, buka saluran
pengisian kompresor terlebih dahulu bila tertutup dengan cara memotong
pipa. Sambungkan pentil+pipa dengan saluran pengisian kompresor
menggunakan pipa kapiler. Silahkan flaring sesuai kebutuhan dan las hingga
tertutup rapat. Hati-hati sebelum mengelas, keluarkan dahulu pentilnya agar
tidak meleleh.
e. Hubungkan selang manifold, yaitu warna biru (sebelah kiri anda) ke pipa
pengisian dari kompresor, warna kuning (tengah) ke tabung refrigerant, dan
warna merah (sebelah kanan anda) ke pompa vakum.
f. Sekarang buka kedua kran dari manifold, perhatikan bahwa putaran keduanya
berlawanan arah. Kran-kran tersebut adalah untuk membuka-tutup saluran ke
kulkas dan pompa vakum.
g. Lalu nyalakan pompa vakum, dan perhatikan bahwa jarum manifold sebelah
beberapa saat.
h. Bila jarum penunjukan sudah menunjuk -30 inHg maka coba matikan pompa
vakum dan perhatikan apakah jarum masih bergerak naik atau tidak. Bila
jarum masih bergerak meskipun sedikit, nyalakan kembali pompa vakum.
Bila jarum sudah tidak bergerak berarti system sudah vakum.
i. Karena kita sudah tidak memerlukan saluran ke pompa vakum lagi, maka
tutuplah kran dari manifold bagian kanan anda (saluran ke pompa vakum).
Refrigeran yang digunakan pada rangkaian mesin kulkas yang dibuat adalah
R-134a. Proses pengisian refrigeran menggunakan selang yang dihubungkan
dengan kompresor. Apabila blue single manifold gauge menunjukan angka 15 psi,
maka pengisian dengan refrigeran R-134a selesai.
Proses selanjutnya setelah pengisian refrigeran adalah proses uji coba. Proses
uji coba harus dilakukan menggunakan media yang sama. Hal ini dilakukan agar
punya gambaran tentang hasil pendinginan. Semua permasalah yang muncul
selama proses uji coba harus diselesaikan sehingga saat pengambilan data tidak
BAB IV
METODOLOGI PENGAMBILAN DATA
Metode pengambilan data yang digunakan pada mesin pendingin dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dengan panjang pipa kapiler 190 cm
adalah eksperimental di laboratorium.
4.1 Waktu dan Tempat Pengambilan Data
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma pada tanggal 12 Juli 2013 jam 10.00 WIB sampai selesai.
4.2 Peralatan yang Diteliti
Mesin pendingin yang akan digunakan adalah mesin pendingin dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dengan panjang pipa kapiler 190 cm.
Mesin pendingin yang dibuat mempunyai komponen-komponen :
a. Kompresor dengan daya 1/6 hp.
b. Pipa kapiler dengan panjang pipa 190 cm ( dari kondensor dililitkan terlebih
dahulu di saluran pipa sebelum masuk ke kompresor ).
c. Kondensor dengan rangkaian jumlah pipa 10 buah, diameter pipa 5 mm, dan
jarak antar sirip 3,5 cm.
d. Filter dengan diameter 13 mm dan panjang 15 cm.
e. Evaporator dengan panjang 60 cm dan lebar 25 cm.
g. Thermostat yang digunakan standar untuk mesin kulkas yang ada di pasaran.
h. Sebagai beban pemdingin menggunakan air dengan volume 0,6 liter.
i. Alat ukur yang digunakan berupa stop watch , termokopel dan manifold gauge.
4.3 Penempatan Alat Ukur
Pada proses pengambilan data, ada beberapa hal yang perlu dicatat yaitu:
T ruangan = suhu ruangan saat pengambilan data (ºC).
T air = suhu air yang didinginkan data (ºC).
T air = suhu air atau media yang didinginkan data (ºC).
T1 = suhu refigeran saat masuk kompresor data (ºC).
T3 = suhu refigeran saat keluar kondensor data (ºC).
P1 = tekanan saat keluar kompresor (psi).
Gambar 4.1 Skema dan Penempatan Alat Ukur
Alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
a. Manifold Gauge.
Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan tinggi atau tekanan rendah pada
mesin pendingin. Pada mesin pendingin ini menggunakan Single Manifold Gauge
dengan jumlah 2 buah. Red Single Manifold Gauge digunakan untuk mengukur
tekanan yang keluar dari kompresor, sedangkan Blue Single Manifold Gauge digunakan untuk mengukur tekanan yang masuk kompresor. Penempatan alat
Gambar 4.2 Red Single Manifold Gauge.
Gambar 4.3 Blue Single Manifold Gauge.
b. Termokopel.
Alat ini digunakan untuk mengukur suhu. Cara pemasangannya dengan
menempelkan ujung kawat termokopel yang diisolasi dengan isolator pada
pipa masuk kompresor, pipa keluar kompresor, kondensor dan evaporator.
Tidak lupa juga termokopel ini juga dipasang pada air yang didinginkan
dengan cara memasukkan ujung kawat termokopel ke dalam air. Gambar
termokopel diperlihatkan pada Gambar 4.4. Pemasangan termokopel yang
digunakan pada mesin kulkas ini dapat dilihat pada Gambar 4.5 dan Gambar
Gambar 4.4 Termokopel.
Gambar 4.6 Pemasangan Termokopel.
4.4 Prosedur Pengambilan Data
Pertama yang harus dilakukan sebelum proses pengambilan data adalah
mengecek alat ukur termokopel apakah sudah sesuai dengan tempat yang
ditentukan. Pengambilan data dilakukan secara langsung, yaitu semua variable
diukur langsung pada saat pengujian.
Tahap-tahap proses pengambilan data adalah sebagai berikut :
a. Pengecekan kebocoran refrigeran pada mesin kulkas.
b. Memasang atau memasukan ujung kawat termokopel pada media pendingin
(air 600 ml). Gambar 4.6 memperlihatkan posisi ujung kawat termokopel yang
c. Memasukan air sebanyak 600ml pada evaporator.
d. Mengisolasi evaporator agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara
sekitar. Gambar 4.7 memperlihatkan evaporator yang sudah diisolasi.
Gambar 4.7 Evaporator Yang Sudah Diisolasi.
e. Pemasangan termokopel pada sisi masuk dan sisi keluar kompresor, pada sisi
masuk dan sisi keluar evaporator dan pada sisi masuk dan sisi keluar
kondensor.
Gambar pemasangan termokopel dapat dilihat pada Gambar 4.8, Gambar 4.9,
Gambar 4.8 Pemasangan Termokopel Pada Kompresor.
Gambar 4.9. Pemasangan Termokopel Evaporator.
Gambar 4.11 Pemasangan Termokopel pada Kondensor.
f. Apabila semua sudah siap, mesin pendingin siap dihidupkan untuk proses
pengambilan data.
Dalam pengambilan data ini cuaca sekitar diabaikan. Proses pengambilan data
diukur setiap 10 menit. Data tekanan diperoleh dari angka yang tertera pada
manifold gauge yang telah dipasang pada mesin pendingin. Proses Pengambilan data dilakukan di dalam ruangan dengan suhu ruangan 29 °C. Proses pengambilan
data dapat dilihat pada Gambar 4.12.
4.5 Metode Pengolahan Data
Untuk mempermudah pemahaman tentang siklus pada mesin pendingin
dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat dibuat dengan
menggambar pada p-h diagram.
4.6 Metode Mendapatkan Kesimpulan
Nilai entalpi yang sudah diketahui dapat digunakan untuk mengetahui
karakteristik pada mesin pendingin dengan cara :
a. Menghitung kalor dilakukan oleh kompresor per satuan massa refrigeran.
b. Menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor per satuan massa refrigeran.
c. Menghitung kalor yang dihisap oleh evaporator per satuan massa refrigeran.
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 Data Hasil Percobaan
Pada saat pelaksanaan pengambilan data, besarnya suhu ruangan 29°C.
Sebagai media yang didinginkan adalah air dengan volume 0,6 liter dengan suhu
awal 26,6°C. Data hasil percobaan untuk nilai tekanan dan suhu mesin pendingin
disajikan pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Hasil Percobaan Untuk Nilai Tekanan Dan Suhu.
5.2 Pengolahan Data
Dari data percobaan pada saat waktu (t) = 10 menit diperoleh suhu T1 = 20,5
ºC. Dalam diagram R134a suhu mengunakan satuan ºF maka T1 = 68,9 ºF.
Dengan melihat diagram R134a dapat diperoleh besarnya entalpi. Dari diagram
dapat diperoleh besarnya nilai h2 saat refrigeran yang keluar kompresor sebesar
136 Btu/lb. Besarnya nilai entalpi (h) pada titik 1, titik 2, titik 3 dan titik 4 dalam
satuan Btu/lb disajikan pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb
Dalam perhitungan satuan entalpi harus menggunakan satuan kJ/kg. Besarnya
nilai 1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg. Nilai entalpi (h2) = 136 Btu/lb = 316,34 kJ/kg
Besarnya nilai entalpi (h) pada titik 1, titik 2, titik 3 dan titik 4 dalam satuan kJ/kg
disajikan pada Tabel 5.3.
Tabel 5.3 Nilai Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg
Gambar 5.1 memperlihatkan data hasil percobaan kompresi uap dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
3'
Gambar 5.1 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut pada Diagram P-h.
Salah satu contoh perhitungan-perhitungan diambil dengan nilai-nilai entalpi
pada saat t = 10 menit.
h1 = 269,82 kJ/kg
h2 = 316,34 kJ/kg
h3 = 107,00 kJ/kg
a. Kerja Kompresor
b. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa
Dengan persamaan (2.4) kalor yang dilepas oleh kondensor dapat dihitung.
= 2 − 3
= 316,34 kJ/kg – 107,00 kJ/kg
= 209,34 kJ/kg
Jadi kalor yang dilepas kondensor pada mesin pendingin pada saat t = 10
menit sebesar 209,34 kJ/kg.
c. Energi yang diserap evaporator perasatuan massa
Besarnya panas/kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator
dapat dihitung dengan dengan persamaan (2.5).
= 1 − 4
= 269,82 kJ/kg – 107,00 kJ/kg
Jadi kalor yang diserap evaporator pada mesin pendingin pada saat t = 10
menit sebesar 162,82 kJ/kg.
d. COP (Coefficient Of Performance)
Besarnya COP (Coefficient Of Performance) dapat dihitung dengan persamaan (2.6).
= !" #$
= 3,500
Jadi COP yang dihasilkan pada mesin pendingin pada saat t = 10 menit
5.3 Data Hasil Perhitungan
Besarnya nilai kerja kompresor (Wk), kalor yang dilepas kondensor (Qk), kalor
yang diserap evaporator (Qe) dan COP secara keseluruhan dari t = 10 menit
sampai dengan t = 150 menit disajikan pada Tabel 5.4.
5.4 Pembahasan
Dari hasil perhitungan diperoleh besarnya nilai kerja kompresor (Wk) pada
mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendingin lanjut secara
keseluruhan dari t = 10 menit sampai dengan t = 150 menit memiliki nilai yang
berbeda-beda. Nilai kerja kompresor ditunjukkan pada Gambar 5.2.
Gambar 5.2 Hubungan Kerja Kompresor dan Waktu.
Nilai kerja kompresor terendah sebesar 46,52 kJ/kg sedangkan nilai kerja
kompresor tertinggi sebesar 48,85 kJ/kg. Besarrnya nilai rata-rata kerja kompresor
dari t = 10 menit sampai t = 150 menit sebesar 47,30 kJ/kg.
Dari hasil perhitungan diperoleh besarnya nilai kalor yang dilepas kondensor
(Qk) pada mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendingin lanjut secara
keseluruhan dari t = 10 menit sampai dengan t = 150 menit memiliki nilai yang
berbeda-beda. Nilai kalor yang dilepas kondensor ditunjukkan pada Gambar 5.3.
Gambar 5.3 Hubungan Kalor Yang Dilepas Kondensor dan Waktu.
Nilai kalor yang dilepas kondensor terendah sebesar 202,36 kJ/kg sedangkan
nilai kalor yang dilepas kondensor tertinggi sebesar 209,34 kJ/kg. Besarrnya nilai
Dari hasil perhitungan diperoleh besarnya nilai kalor yang diserap evaporator
(Qe) pada mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendingin lanjut secara
keseluruhan dari t = 10 menit sampai dengan t = 150 menit memiliki nilai yang
berbeda-beda. Nilai kalor yang diserap evaporator ditunjukkan pada Gambar 5.4.
Gambar 5.4 Hubungan Kalor Yang Diserap Evaporator dan Waktu.
Nilai kalor yang diserap evaporator terendah sebesar 153,52 kJ/kg sedangkan
nilai kalor yang diserap evaporator tertinggi sebesar 162,82 kJ/kg. Besarrnya nilai
Dari hasil perhitungan diperoleh besarnya nilai COP (Coefficient Of Performance) pada mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendingin lanjut secara keseluruhan dari t = 10 menit sampai dengan t = 150 menit memiliki
nilai yang berbeda-beda. Nilai COP ditunjukkan pada Gambar 5.5.
Gambar 5.5 Hubungan COP (Coefficient Of Performance) dan Waktu.
Nilai COP (Coefficient Of Performance) terendah sebesar 3,143 kJ/kg sedangkan nilai COP (Coefficient Of Performance) tertinggi sebesar 3,500 kJ/kg.
Besarnya nilai kerja kompresor (Wk), kalor yang dilepas kondensor (Qk), kalor
yang diserap evaporator (Qe) dan COP (Coefficient Of Performance) secara
keseluruhan dari t = 10 menit sampa dengan t = 150 menit nilainya tidak konstan.
Hal ini kemungkinan disebabkan karena :
a. Suhu ruangan di sekitar yang berubah-ubah.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari pengujian mesin pendingin dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut sebagai berikut :
a. Mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut yang dibuat
mampu membekukan air dengan volume 0,6 liter dengan waktu 150 menit
dengan suhu -11.9 ºC.
b. Kerja kompresor terendah sebesar 46,520 kJ/kg dan tertinggi sebesar 48,450
kJ/kg.
c. Kalor yang dilepas kondensor terendah sebesar 202,36 kJ/kg sedangkan
tertinggi sebesar 209,34 kJ/kg.
d. Kalor yang diserap evaporator terendah sebesar 153,52 kJ/kg dan tertinggi
sebesar 162,82 kJ/kg.
e. COP (Coefficient Of Performance) terendah sebesar 3,143 kJ/kg dan tertinggi sebesar 3,500 kJ/kg.
6.2. Saran
Saran dari pengujian mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan
pendinginan lanjut sebagai berikut :
a. Sebagai tempat untuk media air yang didinginkan sebaiknya menggunakan
b. Sebagai pengembangan pengetahuan mesin pendingin dengan pemanasan
lanjut dan pendinginan lanjut dapat menggunakan bahan refrigeran selain
DAFTAR PUSTAKA
A, Effendy, 2009, Efek Temperatur Pipa Kapiler Terhadap Kinerja Mesin
Pendingin, Sulawesi Selatan.
A, Khairil, 2009, Efek Temperatur Pipa Kapiler Terhadap Kinerja Mesin
Pendingin, Sulawesi Tengah.
Daud, 2005, Efek Udara di Dalam Sistem Refregerasi, Sulawesi Utara.
http://adrisonsutanmantari.blogspot.com/2013_03_01_archive.html
http://dheimaz.blogspot.com/2009/07/cara-vakum-dan-pengisian-refigerant.html
http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Elektro/Kulkas/komponen.html
http://indonetwork.co.id/Teguh_Teknik/3798874/evaporator-kulkas.htm
http://kevinmulti26.blogspot.com/2012/07/komponen-pada-system-kulkas.html
http://saduddinmeijer.blogspot.com/p/manajemen-sukses.html
http://servis-kulkas-sukabumi-.blogspot.com/2012/07
