i
FREEZER DENGAN DAYA 1/6 PK DAN PANJANG
PIPA KAPILER 150 CM
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai gelar sarjana Teknik bidang Teknik Mesin
Diajukan oleh
LOTHAR PRAMANA
NIM : 105214064
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015
ii
FREEZER WITH 1/6 HP POWER AND 150 CM IN
LENGTH CAPILLARY TUBE
Final Project
As partial fulfillment of the requirement
to obtain Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering
By
LOTHAR PRAMANA
Student Number : 105214064
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
Sekretaris :
Anggota :
FREEZER
DENGAN
DAY
A
II6PK
DAN
PANJAhIG
PIPA
KAPILER
150CM
Dipersiapkan dan disusun oleh :
: LOTIIARPRAMANA
NIItrI
:l052t4u!4Telah dipertahanlon di depan Dewan penguji Skripsi
Pada tanggal 2TJanuari 2015
Susunan Dewan penguji
hiama Lengkap
Dr, Asan Damanik
Wibowo Kusbandono, ST, MT
Ir. PK Purwadi, MT
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyriratan
urfuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 27 I aw;uli ?fi I 5
Fakultas Sains dan Teknologi
Prima Rosa, S.Si., M.Sc.
LEMBAR
PERNYATAAN PERSETUJUAN PTIBTIKASI
KARYA
ILMIAH
I.II{TUK
KEPENTII{GAI\ AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama
: Lofhar PramaaaNomor Mahasiswa : 1052L4A64
Demi pe*gembaagan ilmu pengetahuan> s&ya rnernberikan kepad* Perpust*kae* Universitas Sanata Dharma karyailmiah yang berjtrdul :
Freezer Dengan Daya 1/6 PK dan Panjang Pipa Kapiler 150 cm
Beserta perangkat yaag diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bmfuk media yang lain, mengelolanya di iaternet atau media lain rmtnk kepeatingan akademis knpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalti kepada saya selama tetap mencantumkan natna saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya
Yogyakarta 27 lariuarj 2Al 5
Yang menyatakan,
vl
ABSTRAK
Mesin freezer mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kehidupan
manusia pada saat sekarang rni. Freezer berfungsi untuk membekukan air menjadi
es dan juga bisa membekukan makanan. Dengan kondisi yang beku, buah
-buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang relatif lama. Tujuan dari
penelitian ini adalah (a) membuat mesin pendinginy'eezer, (b) menghitung kerja
kompresor persatuan massa refrigeran pada mesin freezer, (c) menghitung energi
kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator pada mesin pendingin
freezer, (d) menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor pada mesin pendingin freezer, (e) menghitung COP aktual mesin
pendingin freezer,
(f)
menghitung COP ideal mesin pendingrn freezer, (g) menghitung Efisiensi pada mesin pendingin/ eezer.Penelitian dilakukan di laboraturium manufaktur Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Mesin freezer
dengan siklus kompresi uap. Dengan kompresi jenis hermetik yangberdaya 116
PK dengan panjang pipa kapiler 150 cm. Sedangkan kondensor dan evaporator
yang digunakan merupakan kondensor dan evaporator standar. Untuk mesin
freezer
berdaya 116 PKsefia
menggunakan refrigeran R134a. bebanpendinginanya menggunakan air 0,5 liter air.
Mesin freezer sudah berhasil dirangkai dan dapat bekerja, dengan suhu
kerja evaporator - 200C dan suhu kerja kondensor sekitar 430C. Nilai rata
-
rataenergi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) pada saat
stabil sebesar 170,56 kJ/kg.
Nilai
rata-
rata energi kalor persatuan massarefrigeran yang dilepas kondensor (Qou,) pada saat stabil sebesar 224,56 kJ/kg.
Nilai rata
-
rata kerja yang dilakukan kompresor (W;n) pada saat stabil sebesar 54kJ/kg. Nilai rata
-
rata koefisiensi prestasi aktual freezer (COPup6u1) pada saatstabil sebesar 3,16. Nilai rata
-
rata koefisiensi prestasi ideal freezer (COP16"4)pada saat stabil sebesar 3,94. Nilai rata
-
rata efisiensiy'eezer Q) pada saat stabil sebesar 80,270 .Kata
Kunci
:
Mesin pendingin, siklus kompresi uap. Qin, Qou,, Win, COP, Efficiency freezer.vii
ABSTRAK
The freezer has a very important function in human life at this time . Freezer can be used to freeze water and can also freeze foodstuff. With freezing conditions, fruits and meat can be preserved in a relatively long time. This Research was made with an objective to (a) Make a freezer. (b) Calculate the compressor work of freezer. (c) Calculate the heat energy absorbed in the freezer evaporator. (d) Calculate the heat energy released freezer condenser . (e ) Calculate the actual COP freezer. (f ) Calculate the ideal COP freezer. (g ) Calculate efficiency freezer.
This research was made at laboratory manufacturing mechanical engineering, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University, Yogyakarta . Freezer working system using the vapor compression cycle. The kind of hermetic compressors are powerful 1/6 HP with 150 cm long capillary tube . Condenser and evaporator that used is standard for engines powered freezer 1/6 HP. Used refrigerant R134a. 0.5 liter water used for cooling load.
The freezer has successfully assembled and able to work, with a working
temperature of the evaporator is about - 20 0 C and the temperature of the
condenser work around 43 0 C. Heat energy absorbed by the evaporator at stable
around 170,6 kJ/kg. Heat energy released by the condenser at steady around 224,56 kJ / kg. Compressor work when stable is around 54 kJ / kg. COP actual freezer when stable is around 3,16. COP Ideal freezer when stable is around 3,94. Efficiency freezer when stable is around 80,27 %.
Kata Kunci : Engine coolant ,vapor compression cycle., Qin, Qout, Win, COP,
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas berkah dan rahmat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih karunia-Nya, sehingga skripsi dapat terselesaikan dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana di Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Penulis merasa bahwa penelitian yang dilakukan merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan pembuatan dari awal, pengambilan data, pemahaman tentang prinsip kerja alat, dan solusi terhadap masalah yang telah dihadapi.
Penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul “Freezer dengan Daya 1/6 PK dan Panjang Pipa Kapiler 150 cm” ini karena ada bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
2. Ir. P.K Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Pembimbing Akademik, dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
4. Agus Nova dan Suyani selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang
tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
5. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman
lainnya yang selalu memberikan dorongan doa dan motivasi kepada penulis,.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan
masukan,
kitik,
dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.Terima kasih.
Yogyakarta, ianuari 20 1 5
Lothar Pramana
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan ... 2 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Manfaat ... 3
BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori ... 5
2.2 Tinjauan Pustaka ... 27
BAB III. PEMBUATAN ALAT 3.1 Persiapan ... 30
3.2 Peralatan Yang Dipergunakan Dalam Pembuatan Alat Penelitian ... 30
3.3 Penyambungan ... 41
BAB IV. METODE PENELITIAN 4.1 Benda Uji ... 47
4.2 Skematik Alat Penelitian ... 48
4.3 Alat Bantu Penelitian ... 49
4.4 Cara Mendapatkan Data ... 53
4.5 Cara Mendapatkan Data ... 55
4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 56
BAB V. HASIL PENELITAIN DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil penelitian... 57
5.2 Perhitungan... 58
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ... ... 72 6.2 Saran ... ... 73
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Freezer ... 6
Gambar 2.2 Belt freezer ... 7
Gambar 2.3 Cold Storage ... 7
Gambar 2.4 Chest Freezer ... 8
Gambar 2.5 Scraped Surface Freezer... 9
Gambar 2.6 Komponen utama mesin pendingin ... 10
Gambar 2.7 Evaporator ... 11
Gambar 2.8 Kompresor hermetik ... 13
Gambar 2.9 Kompresor jenis semi hermatik ... 14
Gambar 2.10 Kondensor ... 15
Gambar 2.11 Pipa kapiler ... 16
Gambar 2.12 Thermostat ... 17
Gambar 2.13 Filter ... 18
Gambar 2.14 Heater ... 19
Gambar 2.15 fan... 20
Gambar 2.16 Refrigeran R134a ... 20
Gambar 2.17 Siklus kompresi uap ... 21
Gambar 2.18 Diagram P-h ... 22
Gambar 2.19 Diagram T-s ... 22
Gambar 3.1 Kompresor ... 30
Gambar 3.3 Pipa Kapiler ... 32
Gambar 3.4 Evaporator ... 32
Gambar 3.5 Filter ... 33
Gambar 3.6 Refrigeran R134a ... 34
Gambar 3.7 Tube Cutter ... 34
Gambar 3.8 Pelebar Pipa ... 35
Gambar 3.9 Tang Ampere ... 36
Gambar 3.10 Pompa Vakum ... 36
Gambar 3.11 Manifold Gage ... 37
Gambar 3.12 Alat las ... 38
Gambar 3.13 Thermostat ... 38
Gambar 3.14 Pipa Tembaga ... 39
Gambar 3.15 Plat Baja ... 39
Gambar 3.16 Sterofoam ... 40
Gambar 3.17 Pembuatan rangka freezer ... 41
Gambar 3.18 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor ... 42
Gambar 3.19 Proses pengelasan kondensor dengan filter ... 43
Gambar 3.20 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler ... 43
Gambar 3.21 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator ... 44
Gambar 3.22 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor ... 45
Gambar 3.23 Proses pengisian metil ... 45
Gambar 3.24 Proses pemvakuman ... 46
Gambar 4.1 Mesin freezer yang diteliti ... 47
Gambar 4.2 Posisi alat ukur suhu pada skematik mesin freezer ... 48
Gambar 4.3 Posisi alat ukur tekanan pada skematik mesin freezer ... 49
Gambar 4.4 Termokopel ... 50
Gambar 4.5 Penampil suhu ... 50
Gambar 4.6 Pengukur tekanan ... 50
Gambar 4.7 Siklus kompresi uap pada P-h diagram untuk R134 ... 51
Gambar 4.8 Gelas ukur ... 52
Gambar 4.9 Air (beban pendingin) ... 52
Gambar 4.10 Kabel roll ... 53
Gambar 5.1 Energi kalor yang diserap evaporator ... 66
Gambar 5.2 Energi kalor yang dilepas kondensor ... 67
Gambar 5.3 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ... 68
Gambar 5.4 Coefficien of Performance aktual (COPaktual) ... 68
Gambar 3.5 Coefficien of Performance (COPideal) ... 69
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel untuk mencatat hasil pengukuran ... 54
Tabel 5.1 Nilai rata - rata suhu dan tabel ... 57
Tabel 5.2 Nilai entalpi pada titik 1, 2, 3, 4, Te dan Tc ... 58
Tabel 5.3 Jumlah energi kalor yang diserap evaporator(Qin) ... 59
Tabel 5.4 Jumlah energi kalor yang dilepas kondensor(Qout) ... 60
Tabel 5.5 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran(Win) ... 61
Tabel 5.6 Perhitungan koefisiensi prestasi aktual(COPaktual) ... 63
Tabel 5.7 Perhitungan koefisiensi prestasi ideal(COPideal)... 64
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknologi mesin pendingin saat ini sangat mempengaruhi kehidupan dunia modern, tidak hanya terbatas untuk peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Teknologi ini dibutuhkan untuk penyiapan bahan makanan, penyimpanan dan distribusi makanan, pengkondisian udara untuk kenyamanan ruangan baik pada industri, perkantoran, transportasi maupun rumah tangga.
Kulkas atau lemari es, yaitu sebuah alat pendingin yang dapat menjaga kesegaran makanan yang berada di dalamnya. Pada proses kerjanya kulkas menghasilkan kondisi suhu udara yang dingin, menjadikan mikroba yang berada di dalam kulkas sulit untuk berkembang biak sehingga makanan lebih bertahan lama dan tidak mengubah rasanya. Dengan adanya kulkas diharapkan sayur mayur, daging, telur, buah buahan dapat bertahan lebih lama dan awet. Dengan adanya kulkas, orang juga dapat menikmati minuman yang dingin dan segar.
Mesin pembeku (freezer, ice maker, cold storage, dll) dipergunakan untuk membekukan bahan bahan yang ada didalamnya. Dengan kondisi yang beku, buah buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang relatip lama, bahkan sampai beberapa bulan. Hal ini memberi keuntungan dalam hal pengiriman buah buahan, bahan makanan dan daging dari satu tempat ke tempat lain dalam waktu yang cukup lama.
2
Mengingat peranan mesin pendingin yang sangat penting di saat sekarang ini, maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal kerja mesin, khususnya freezer beserta dengan karakteristik freezer. Caranya adalah dengan membuat freezer dan mendapatkan karakteristik dari freezer tersebut, meskipun dengan kapasitas ukuran freezer untuk rumah tangga.
1.2 Rumusan Masalah
Frezer yang ada di pasaran pada kenyataanya tidak terdapat informasi
tentang karakteristik dari mesin freezer. Tidak informasi tentang COP dan efisiensi freezer pada name platenya. Informasi tentang karakteristik freezer terutama COP dan efisiensi sangat penting bagi masyarakat untuk memutuskan jenis freezer yang mana yang akan dibeli.
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian tentang peralatan mesin freezer dengan siklus kompresi uap ini adalah :
a. Membuat freezer dengan siklus kompresi uap standar dengan daya kompresor 115 watt dan panjang pipa kapiler 150 cm yang dipergunakan untuk membekukan air.
b. Mendapatkan karateristik freezer dengan daya kompresor 115 watt dan panjang pipa kapiler 150 cm yang dibuat :
1. Membuat mesin pendingin freezer.
2. Menghitung kerja kompresor (Win) persatuan massa refrigeran pada mesin
3
3. Menghitng energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) pada mesin pendingin freezer.
4. Menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout) pada mesin pendingin freezer.
5. Menghitung COPaktual mesin pendingin freezer.
6. Menghitung COPideal mesin pendingin freezer.
7. Menghitung Efisiensi (ƞ) mesin pendingin freezer. 1.4 Batasan masalah
Batasan batasan yang diambil dalam di pembuatan peralatan penelitian ini adalah :
a. Komponen mesin freezer terdiri dari komponen utama seperti : kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, dan evaporator.
b. Kompresor dengan daya 1/6 PK. Jenis kompresor semi hermetik.
c. Freezer yang dirancang menggunakan panjang pipa kapiler 150 cm dan berdiameter 0,028 inci (0,71mm) berbahan tembaga.
d. Freezer yang dirancang menggunakan refrigeran R134a.
e. Evaporator dan kondensor mempergunakan evaporator dan kondensor standar. f. Beban pendingin yang digunakan adalah air dengan volume 500 ml.
1.5 Manfaat
Manfaat penelitian tentang peralatan freezer dengan mempergunakan siklus kompresi uap ini adalah :
a. Mempunyai pengetahuan dalam pembuatan freezer dengan siklus kompresi uap untuk ukuran rumah tangga.
4
b. Mampu memahami karakteristik freezer dengan siklus kompresi uap. c. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori 2.1.1 Freezer
Kebutuhan mesin pendingin yang digunakan untuk mengawetkan makanan ataupun untuk keperluan menyimpan bahan-bahan kimia mendorong terciptanya
freezer. Pada dasarnya prinsip kerja dari freezer adalah menciptakan suhu yang
sangat rendah yang memungkinkan bahan – bahan makanan atau bahan – bahan kimia membeku.
Dengan adanya aliran listrik maka motor kompresor akan bekerja mengisap gas refrigeran yang bersuhu dan bertekanan rendah dari saluran hisap. Kompresor kemudian memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap atau gas bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Gas refrigeran yang panas dan bertekanan tinggi tersebut kemudian masuk ke kondensor dan refrigeran akan didinginkan oleh udara di luar mensin freezer (panasnya berpindah dari kondensor ke udara sekelilingnya) sehingga suhunya turun (menjadi dingin) mencapai suhu kondensasi dan wujudnya berubah menjadi cair ( kondensasi atau mengembun ) tetapi tekanannya tetap tinggi. Refrigeran cair yang bertekanan tinggi (tetapi suhunya telah rendah) ini selanjutnya mengalir kedalam penyaring (strainer dan
drier). Refrigeran cair kemudian memasuki pipa kapiler yang berdiameter kecil
dan panjang sehingga tekanannya turun drastis. Dari pipa kapiler, refrigeran cair yang tekanannya sudah rendah ini kemudian memasuki ruang evaporator. Di
6
evaporator refrigeran segera berubah wujud menjadi gas (menguap). Refrigeran dapat berubah wujud dari cair menjadi gas karena ada kalor yang mengalirke evaporator dari lingkungan di sekitar evaporator. Seperti diketahui, suhu lingkungan evaporator lebih tinggi dari suhu evaporator.
Gambar 2.1 Freezer
Freezer yang dirancang menggunakan daya kompresor 115 watt,
menggunakan panjang pipa kapiler 150 cm, dan menggunakan refrigeran 134a. Adapun jenis – jenis freezer yang banyak digunakan adalah :
a. Belt Freezer
Belt freezer adalah jenis freezer yang bekerja dengan cara menyemprotkan udara dingin atau nitrogen cair yang diarahkan langsung ke arah belt atau konveyor secara berlawanan arah yang dapat mengurangi kehilangan panas selama proses evaporasi. Belt freezer bekerja pada suhu 100 C sampai -300 C.
7
Gambar 2.2 Belt Freezer b. Cold Storages
Cold Storages adalah jenis freezer yang dipergunakan untuk membekukan daging dan bahan makanan lainya. Biasanya alat ini dipergunakan oleh para nelayan untuk menyimpan ikan dalam jumlah besar, atau untuk menyimpan daging dalam jumlah besar biasanya yang menggunakan super market. Cold Storages bekerja pada suhu -400 C sampai -600 C.
8 c. Chest Freezer
Chest Freezer adalah jenis freezer yang berbentuk seperti peti. kegunaan dari chest freezer adalah untuk meletakan atau menyimpan daging sehingga beku. Barang yang dapat di simpan di dalam chest freezer antara lain daging, es, eskrim, asi, obat2an, dll. Umumnya orang menggunakan chest freezer untuk menyimpan daging. Alat ini mempunyai suhu kerja antara -200 C sampai -380 C.
Gambar 2.4 Chest Freezer d. Scraped Surface Freezer
Scraped Surface Freezer adalah jenis freezer yang digunakan untuk mendinginkan makanan yang berbentuk cair atau semi cair. Alat ini memiliki desain yang mirip dengan alat evaporasi dan sterilisasi panas namun di refrigerasi oleh amonia, air asin atau refrigeran lainnya. Dalam industri es krim, freezer membekukan makanan dari dinding freezer dan secara simultan mengalirkan udara kedalam freezer. Alat ini bekerja pada suhu -40 C sampai -70 C.
9
Gambar 2.5 Scraped Surface Freezer 2.1.2 Laju Perpindahan Kalor
Laju perpindahan kalor pada mesin pendingin terdiri atas dua jenis yaitu laju perpindahan kalor konduksi dan laju perpindahan kalor konveksi.
a. Laju perpindahan kalor konduksi
Laju perpindahan kalor konduksi adalah proses diamana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah di dalam suatu medium yang diam (padat, cair, gas) atau antara medium – medium yang berlainan yang bersinggunan secara langsung.
b. Laju perpindahan kalor konveksi
Laju perpindahan kalor secara konveksi adalah proses transpor energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Perpindahan kalor secara konveksi terbagi menjadi dua cara, yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas.
1. Konveksi paksa
Perpindahan kalor konveksi paksa terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa fluida
10
untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa, blower, kipas angin atau kompresor.
2. Konveksi bebas
Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralatan dari luar, fluida yang mengalir karena adanya perbedaan massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu.
2.1.3 Komponen Utama Mesin Pendingin Kompresi Uap
Komponen utama mesin pendingin kompresi uap terdiri dari beberapa komponen utama seperti : (a) evaporator, (b) kompresor, (c) kondenser dan (d) pipa kapiler.
11 a. Evaporator
Evaporator adalah bentuk pipa yang dikonstruksi sedemikian rupa. Fungsinya sebagai alat pendingin yang memiliki tekanan yang sangat rendah di dalamnya. Refrigeran cair yang berasal dari pipa kapiler atau keran ekspansi segera berubah wujudnya menjadi gas ketika memasuki evaporator. Gas yang berubah wujud tersebut akan menyerap kalor (panas) dari ruangan (isi) freezer sehingga isi freezer menjadi dingin. Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan tembaga, besi, alumunium atau dari kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari alumanium dan besi.
Gambar 2.7 Evaporator
Evaporator dibagi menjadi 3 kategori tergantung pada media atau bahan yang akan didinginkan:
b. Kompresor
Kompresor adalah suatu alat mekanis yang bertugas untuk mengisap uap refrigeran dari evaporator kemudian menekannya (mengkompres) sehingga demikian suhu dan tekanan uap refrigeran tersebut menjadi lebih tinggi.
12
Ada 3 macam kompresor yang biasa digunakan dalam mesin pendingin saat ini, yaitu komresor bertorak, kompresor sentrifugal, dan kompresor rotary, selanjutnya dari macam – macam kompresor tersebut dibagi dalam 3 kategori, yaitu:
1. Kompresor jenis terbuka ( Open type compressor )
Jenis kompresor ini terpisah dari tenaga penggeraknya, dan masing – masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung poros tersebut. Puli pada komresor berfungsi sebagai roda gaya yang digunakan sebagai daun kipas untuk mendinginkan kondesor dan kompresor sendiri. Karena ujung poros keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi pelapis agar refrigeran tidak bocor keluar. Keuntungan kompresor jenis terbuka :
1. Putaran komoresor dapat diubah dengan cara mengganti diameter puli. 2. Ketinggian minyak pelumas dapat diketahui dengan mudah.
3. Jika terjadi kerusakan dapat dengan mudah diketahui dan melakukan penggantian komponen.
Kerugian kompresor jenis terbuka: 1. Harga lebih mahal.
2. Bentuknya besar dan berat. 3. Memerlukan ruang yang besar.
13
2. Kompresor jenis hermatik ( Hermatic type compressor )
Jenis kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam satu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.
Keuntungan dari kompresor hermatik:
1. Bentuknya kecil dan harganya relatif terjangkau.
2. Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingan rendah. 3. Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran.
4. Tidak memerlukan ruang penempatan yang besar. Kerugian dari kompresor hermatik adalah:
1. Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui.
2. Kerusakan yang terjadi didalam kompresor sudah diketahui sebelum rumah kompresor dibuka.
3. Digunakan pada mesin pendingin yang berkapasitas kecil.
Gambar 2.8 Kompresor hermetik
3. Kompresor jenis semi hermatik ( Semi hermatic type compressor )
Jenis kompresor yang motor penggerak serta kompresornya berada dalam satu rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor.
14
Kompresor digerakkan oleh motor penggerak dengan sebuah poros penghubung antara motor penggerak dengan kompresor.
Gambar 2.9 Kompresor jenis semi hermatik
c. 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 teknologi saat ini adalah kondensor dengan pendingin udara. Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan perawatan khusus. Saat freezer bekerja, kondensor akan terasa hangat bila dipegang. Agar proses perubahan wujud yang diinginkan ini dapat terjadi, maka kalor atau panas yang ada dalam gas refrigeran yang bertekanan tinggi harus dibuang keluar dari sistem.
15
Gambar 2.10 Kondensor
d. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah suatu pipa pada mesin pendingin baik itu air conditioner, freezer dll.Pipa kapiler ini adalah pipa yang paling kecil jika di banding dengan pipa lainnya, untuk pipa kapiler suatu frezzer atau dispenser berukuran 0,026 inch s/d 0,028 inch. Kerusakan pada pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena pipa kapiler ini mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli. Gas refrigeran yang keluar dari kompresor telah menjadi gas yang bertekanan kemudian mengalir melalu pipa-pipa kondensor dan melewati proses penyaringan di filter setelah itu baru menuju pipa kapiler. Penempatan pipa kapiler ini biasanya di gulung untuk menghemat tempat dengan menggunakan mal kapasitor agar tidak rusak (di gulung melingkar). Pipa kapiler berfungsi sebagai alat untuk menurunkan tekanan, merubah fase refrigeran dari cair menjadi fase campuran cair dan gas.
16
Gambar 2.11 Pipa kapiler
2.1.4 Komponen Pendukung Freezer
Selain komponen utama, freezer juga memiliki beberapa komponen pendukung lain yang berfungsi untuk membantu kerja dari mesin pendingin, yaitu : thermostate, filter, heater dan fan.
a. Thermostat
Thermostat adalah suatu alat yang mempunyai fungsi untuk mengatur batas suhu dalam ruang evaporator, mengatur lamanya kompresor berhenti dan mengatur untuk menjalankan kompresor bekerja. Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut ditempatkan pada ruang mesin pendingin (ruang evaporator).
Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai suhu tertentu (dalam evaporator sudah mencapai suhu yang ditentukan), maka cairan dalam thermostat akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan gas dalam ruang gas mengalir ke pipa kapiler yang kosong. Ruang gas akan menjadi kendur, pegas akan menekan sehingga kontak saklar akan membuka dengan
17
demikian terputuslah hubungan listrik. Dengan terputusnya hubungan listrik maka kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang relatif lama. Apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik dan mencapai suhu tertentu, fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada saklar kontak sehingga saklar menutup dan menghubungkan kembali arus listrik. Kompresor akan bekerja kembali, demikian berturut – turut kerja thermostat.
18 b. Filter
Filter adalah alat yang mempunyai fungsi menyaring kotoran – kotoran yang berbentuk padat yang terbawa refrigeran yang berasal dari sistem itu sendiri atau dari kotoran sisa pemotongan pipa tembaga pada proses pengelasan, dapat juga dari korosi saluran pipa. Filter dipasang pada daerah bertekanan tinggi pada ujung pipa kondensor yang menuju pipa kapiler dengan tujuan jika ada kotoran atau ada udara yang terjebak dalam siklus tersebut akan tersaring terlebih dahulu agar pipa kapiler tidak tersumbat.
Gambar 2.13 Filter
c. Heater
Heater merupakan alat yang berfungsi untuk membantu mempercepat
pencairan bunga es pada evaporator kulkas dua pintu dengan menggunakan elemen panas. Heater bekerja secara bergantian dengan kompresor yang diatur oleh timer, setelah kontak pada timer memutuskan aliran listrik yang masuk ke kompresor dan mengalihkanya ke heater maka elemen panas akan bekerja, kemudian temperatur disekitar evaporator akan naik sampai seluruh bunga es
19
mencair, heater akan mati setelah thermostate menerima suhu yang dihasilkan oleh heater.
Gambar 2.14 Heater
d. Fan
Fan motor atau kipas angin berfungsi mengalirkan udara. Pada kulkas atau freezer terdapat 2 fan. Fan pertama adalah fan motor evaporator, yang berfungsi
untuk mengalirkan udara dingin dari evaporator ke seluruh bagian rak (rak es, rak buah dan rak sayur). Fan kedua adalah fan motor kondensor, fan ini berada dibagian bawah kilkas atau freezer yang berdekatan dengan kondensor yang berfungsi menghisap atau mendorong udara. Pemasangan fan bertujuan agar proses perpindahan kalor dari kondensor ke udara dapat berlangsung dengan baik. Aliran udara dingi dari fan juga dipergunakan untuk mendinginkan kompresor.
20
Gambar 2.15 fan 2.1.5 Refrigeran
R134a sebagai salah satu alternatif memiliki beberapa properti yang baik, tidak beracun, tidak mudah terbakar dan relatif stabil. Sehingga jenis refrigeran R134a yang sering digunakan untuk mesin pendingin.
21
Persyaratan refrigeran untuk unit refrigerasi adalah sebagai berikut : a. Tidak beracun
b. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, pelumas dan sebagainya
c. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin.
d. Bila terjadi kebocoran mudah mencari gantinya.
e. Mempunyai susunan kimia yang stabil, tidak terurai setiap kali dimampatkan, diembunkan dan diuapkan.
f. Konduktivitas thermal tinggi. 2.1.6 Siklus Kompresi Uap
Gambar 2.18 menyajikas sekilas rangkaian mesin freezer, sedangkan Gambar 2.19 dan Gambar 2.20 berturut – turut menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h dan diagram T-s.
22
Gambar 2.18 Diagram P-h siklus kompresi uap
Gambar 2.19 Diagram T-s siklus kompresi uap
Siklus kompresi uap pada Gambar 2.18, Gambar 2.19 dan Gambar 2.20 tersusun dari beberapa tahapan sebagai berikut : proses kompresi, proses pendinginan dengan penurunan suhu, proses kondensasi, proses pendinginan
23
lanjut, proses ekspansi (proses penurunan tekanan), evaporasi, dan proses pemanasan lanjut.
Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap : a. Proses kompresi (1-2)
Proses kompresi terjadi pada tahap 1-2 dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Refrigeran dalam bentuk uap panas lanjut masuk ke kompresor, kerja atau usaha yang diberikan pada refrigeran akan menyebabkan kenaikan pada tekanan sehingga temperatur refrigeran akan lebih tinggi dari temperatur lingkungan (refrigeran mengalami fasa superheated / gas panas lanjut)
b. Proses pendinginan suhu gas panas lanjut (2-2a)
Proses pendingin dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap 2-2a dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan , karena suhu refigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan.
c. Proses kondensasi (2a-2b)
Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-2b dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan.
24 d. Proses pendinginan lanjut (2b-3)
Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 2b-3 dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Pada proses pendinginan lanjut terjadi proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan cair jenuh ke refrigeran cair. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini di perlukan agar kondisi refrigeran keluar kondensor benar- benar dalam fase cair.
e. Proses penurunan tekanan (3-4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3-4 dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke komponen pipa kapiler dan mengalami proses penurunan tekanan dan penurunan suhu. Sehingga suhu refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa refrigeran berubah dari fase cair menjadi fase campuran : cair dan gas.
f. Proses evaporasi (4-4a)
Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-4a dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Refrigeran dalam fasa campuran cair dan gas mengalir ke evaporator dan kemudian menerima kalor dari lingkungan yang akan didinginkan sehingga fasa dari refrigeran berubah seluruhnya menjadi gas jenuh. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap, demikian juga berlangsung pada suhu yang tetap.
g. Proses pemanasan lanjut (4a-1)
Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 4a-1 dari Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Pada saat refrigeran meninggalkan evaporatorrefrigeran kemudian
25
mengalami proses pemanasan lanjut. Dengan adanya proses pemanasan lanjut fase refrigeran berubah dari fase gas jenuh menjadi gas panas lanjut. Dengan demikian refrigeran sebelum masuk kompresor benar – benar dalam fase gas. Proses berlangsung pada tekanan konstan.
2.1.17 Perhitungan untuk karakteristik freezer
Diagram P-h dan diagram T-s, siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.19 dan Gambar 2.20. Berdasarkan gambar tersebut dapat dihitung besarnya Wcomp, Qkomp, Qevap, COP, dan efisiensi.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi pada titik 1-2 di Gambar 2.19, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.1)
Win = h2 – h1, kJ/kg …(2.1)
Pada persamaan (2.1) :
Win : kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h2 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout).
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.19, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2)
26 Pada persamaan (2.2) :
Qout : energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h3 : nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg
h2 : nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor, kJ/kg
c. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin)
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.19. Perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3)
Qin = h1 – h4 , kJ/kg …(2.3)
Pada Persamaan (2.3) ;
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
H1 : nilai entalpi saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat
masuk kompresor, kJ/kg.
h4 : nilai entalpi saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat
masuk pipa kapiler, kJ/kg.
d. Koefisien prestas aktual freezer (COPaktual)
Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah energi kalor persatuan refrigeran yang diserap evaporator dibagi dengan kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)
COPaktual = Qin / Win = ( h1-h4) / ( h2 - h1 ) …( 2.4)
Pada persamaan (2.4) :
27
Qin : kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
Win : kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
e. Koefisien prestas ideal freezer (COPideal)
COPideal ferezer dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.5)
COPideal = ( 273,15 + Te ) / Tc - Te) …(2.5)
Persamaan (2.5)
COPideal : koefisien prestasi ideal freezer Tc : suhu kondensor, K
Te : suhu evaporator, K
f. Efisiensi freezer (ƞ)
Efisiensi freezer dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6) ƞ = COPaktual / COPideal x 100% …(2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
ƞ : efisiensi freezer
COPaktual : koefisiensi prestasi aktual freezer
COPideal : koefisien prestasi ideal freezer
2.2. Tinjauan Pustaka
Anwar, K (2010), melakukan penelitian mengenai efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi, koefisien
28
prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental dengan variasi beban pendingin. Beban pendingin yang diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin. Pengambilan data dilakukan secara langsung pada unit pengujian mesin pendingin. Data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan beban pendingin menghasilkan koefisien prestasi sistem pendingin berbentuk kurva parabola. Performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64.
Hadoyo, E dan Lukito, (2002) telah melakukan tentang analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan : (a) membahas pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler line suction (b) menghitung performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendingin. Penelitian dilakukan dengan batasan – batasan sebagai berikut : (1) mesin pendingin yang digunakan adalah freezer (2) beban pendingin yang digunakan air. Dari hasil penelitisn didapatkan pipa kapiler yang dililitkan pada line suction dapat meningkatkan nilai COP freezer dan waktu pendingin tidak banyak perubahan.
Risza Helmi (2008) melakukan penelitian terhadap perbandingan COP pada refrigerator dengan refrigeran R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler : 1,75 m , 2 m , 2,25 m. penelitian dilakukan untuk mengetahui COP yang terbaik dari penggunaan refrigeran R12dan R134a. diperoleh hasil penelitian nilai COP
29
tertinggi adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan refrigeran R134a. suhu terendah dihasilkan sebesar -16oC.
Wilis,GR (2013), melakukan penelitian terhadap penggunaan refrigeran R22 dan R134a pada mesin pendingin. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental dengan variasi refrigeran, yaitu dengan menggunakan refrigeran R22 dan R134a. Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan. Pertambahan beban berpengaruh pada naiknya kerja kompresi tetapi tidak diiringi kenaikan kapasitas evaporasi yang signifikan sehingga COP yang dihasilkan tiap penambahan beban mengalami penurunan. Penggunaan refrigeran R22 dan R134a yang berbeda berpengaruh pada prestasi kerja mesin. R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik daripada R134a, tetapi R22 tidak ramah lingkungan, sebaliknya, R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.
30
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1. Persiapan Pembuatan Freezer
3.1.1 Komponen utama freezer terdiri dari : Kompresor, Kondensor, Pipa kapiler, Evaporator, Filter, dan refrigeran R134a.
1. Kompresor
Gambar 3.1 menyajikan gambar kompresor yang dipergunakandalam penelitian.
Gambar 3.1 Kompresor
Spesifikasi kompresor :
Jenis kompresor : Kompresor hermetik Seri kompresor : Model BES45H Voltase : 220 Volt
Spesifikasi kompresor : 220 v, 115 w, 0.88 A Daya kompresor : 115 watt (1/6 Hp)
31 2. Kondenser
Gambar 3.2 menyajikan gambar kondensor yang dipergunakan.
Gambar 3.2 Kondensor
Spesifikasi kondensor :
Jenis Kondensor : Kondensor tipe U, dengan jumlah U = 9 Panjang pipa : 900 cm
Diameter pipa : 0.47 cm Bahan pipa : Besi Bahan sirip : Baja Diameter sirip : 0,2 cm jarak antar sirip : 0,45 cm Jumlah sirip : 110 buah
3. Pipa kapiler :
Gambar 3.3 menyajikan gambar pipa kapiler yang dipergunakan pada mesin freezer.
32
Gambar 3.3 Pipa Kapiler Spesifikasi pipa kapiler :
Panjang pipa kapiler : 150 cm Diameter pipa kapiler : 0.028 inci Bahan pipa kapiler : Tembaga
4. Evaporator :
Gambar 3.4 menyajikan gambar evaporator yang dipergunakan.
Gambar 3.4 Evaporator Spesifikasi evaporator
Bahan plat evaporator : Alumunium Bahan pipa evaporator : Tembaga Diameter pipa evaporator : 0,47 cm
33 Panjang evaporator : 34 cm Lebar evaporator : 16 cm 5. Filter :
Gambar 3.5 menyajikan model filter yang dipergunakan.
Gambar 3.5 Filter
Spesifikasi filter :
Panjang filter : 10 cm Bahan : Tembaga Diameter : 2cm
34 6. Refrigeran R134a
Refrigeran R134a adalah jenis fluida kerja freezer yang dipakai karena lebih ramah lingkungan dibanding jenis refrigeran lainnya yang tersedia di pasaran.
Gambar 3.6 Refrigeran R134a 3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin 1. Tube Cutter (alat pemotong pipa)
Gambar 3.7 menyajikan gambar tube cutter.
35
Fungsi : sebagai alat untuk memotong pipa tembaga. Agar hasil potongan pada pipa lebih baik serta dapat mempermudah pengelasan pada proses selanjutnya. Tidak membuat pipa menjadi bengkok.
2. Pelebar pipa
Gambar 3.8 menyajikan gambar pelebar pipa.
Gambar 3.8 Pelebar Pipa
Fungsi : untuk mengembangkan pada ujung pipa agar dapat disambungkan dengan sambungan berulir.
3. Tang Ampere
36
Gambar 3.9 Tang Ampere
Fungsi : berfungsi untuk mengukur besarnya arus (A) dan tegangan (V) pada kompresor.
4. Pompa vakum
Gambar 3.10 menyajikan gambar pompa vakum.
Gambar 3.10 Pompa Vakum
Fungsi : pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigeran dari system pendinginan sehingga dapat menghilangkan gas gas yang tidak terkondensasi seperti udara dan uap air. Hal ini dilakukan agar tidak menggangu
37
refrigerasi. Karna uap air yang berlebihan pada pada system pendinginan akan memperpendek umur operasi filter dan bagian penyaringan.
5. Manifold gage
Gambar3.11 menyajikan gambar manifold gage yang digunakan.
Gambar 3.11 Manifold Gage
Fungsi : digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran (frreon) dalam system pendinginan baik pada saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Yang dapat dilihat pada manifold gage yaitu tekanan evaporator atau tekanan isap kompresor, dan tekanan kondensor atau tekanan keluaran kompresor.
38 6. Alat las
Gambar 3.12 menyajikan gambar alat las.
Gambar 3.12 Alat las
Fungsi :berfungsi menambal, menyambung atau melepas sambungan pipa pada system pendingin freezer.
Bahan las : kuningan, perak
7. Thermostat
Gambar 3.13 menyajikan gambar thermostat.
39
Fungsi : Sebagai pengatur suhu pada evaporator, jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai kebutuhan maka alat ini akan memutuskan arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.
8. Pipa Tembaga
Gambar 3.14 menyajikan gambar pipa tembaga.
Gambar 3.14 Pipa Tembaga
Fungsi : Sebagai komponen penyambung antara kondensor dengan pipa kapiler dan antara pipa kapiler dengan evaporator. Diameter pipa tembaga : 0,46 cm.
9. Plat Baja :
Gambar 3.15 menyajikan gambar plat baja.
40
Fungsi : Sebagai kerangka dasar pembuatan freezer.
10. Sterofom
Gambar 3.16 menyajikan gambarsterofoam.
Gambar 3.16 Sterofoam
Fungsi : Sebagai tempat diletakan evaporator agar evaporator dapat tertutup dengan rapat.
3.1.3 Langkah – langkah Pembuatan Freezer
Langkah langkah dalam membuat mesin freezer dapat dilakukan sebagai berikut : a. Mempersiapkan komponen komponen mesin freezer, alat ukur tekanan
dan alat – alat pendukung yang dipergunakan dalam pembuatan freezer. b. Proses pembuatan rangka freezer, bahan yang digunakan plat baja yang
41
sesuai ukuran panjang, lebar, dan tinggi. Alat las yang berfungsi untuk menyambung plat baja menjadi rangka.
Gambar 3.17 Pembuatan rangka freezer
c. Proses penyambungan kompresor dengan kondensor dengan cara di las, dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara kompresor dengan kondensor.Yang akan disambung adalah pipa output kompresor yang terbuat dari besi sedangkan kondensor terbuat dari tembaga. Proses penyambungan komponen ini membutuhkan bahan bantu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam proses pengelasan karena berbeda karakteristik material dan agar pipa output kompresor dan pipa saluran masuk kondensor tersambung dengan baik dan tidak bocor. Bahan yang digunakan dalam proses pengelasan menggunakan bahan perak dan kuningan.
42
Gambar 3.18 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor
d. Proses penyambungan dengan las antara kondenser dengan filter, dalam proses ini pipa tembaga diperlukan sebagai penghubung antara pipa output kondensor dengan input filter. Pproses penyambungan menggunakan las yang menggunakan bahan perak dan kuningan sehingga diperlukan borak dalam menghubungkan beda material. Alat bantu yang digunakan adalah tang yang berfungsi untuk menahan pipa tembaga pada saat penyambungan dengan las.
43
Gambar 3.19 Proses pengelasan kondensor dengan filter
e. Proses penyambungan dengan las antara output filter dengan input pipa kapiler, penyambungan menggunakan las dengan bahan perak dan kuningan. Alat bantu menggunakan tang yang berfungsi untuk penahan pada saat proses pengelasan dilakukan.
44
f. Proses penyambungan dengan las antara pipa kapiler output dengan pipa input evaporator, dalam proses penyambungan ini diperlukan alat las dengan bahan perak dan kuningan. Alat bantu menggunakan tang yang berfungsi untuk penahan pada saat proses pengelasan dan juga memipihkan diameter pipa saluran masuk evaporator supaya pipa kapiler dapat tersambung dengan baik.
Gambar 3.21 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator
g. Proses penyambungan dengan las antara evaporator output dengan pipa input kompresor, dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung. Proses penyambungan komponen tersebut menggunakan alat las dengan bahan kuningan dan perak.
45
Gambar 3.22 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor
h. Proses pengisian metil, dalam proses ini metil mempunyai fungsi untuk membersihkan saluran pipa – pipa pada freezer yang sudah jadi dan sebagai proses pengecekan ada atau tidak kebocoron pada freezer.
Gamabar 3.23 Proses pengisian metil
i. Proses pemvakuman freezer, dalam proses ini diperlukan pompa vakum yang berfungsi untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini bertujuan
46
untuk mengeluarkan udara – udara yang masih terjebak dalam saluran – saluran pipa di freezer agar siklus dalam freezer dapat bekerja dengan maksimal.
Gambar 3.24 Proses pemvakuman
j. Proses pengisian refrigeran R134a, dalam proses ini diperlukan refrigeran R134a sebagai fluida kerja freezer. Tekanan refrigeran yang akan dimasukan dalam siklus freezer harus sesuai dengan standar kerja freezer agar dapat bekerja dengan maksimal.
47
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Mesin yang diteliti
Mesin yang diteliti merupakan freezer dengan siklus kompresi uap hasil rangkaian sendiri dengan komponen standar dari freezer yang tersedia di pasaran.
Freezer yang dirangkai menggunakan daya kompresor 115 watt dan dengan
panjang pipa kapiler 150 cm. Proses pendinginan yang terjadi di dalam freezer ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan benda yang ada di dalam ruangan evaporator.
48
4.2 Skematik Mesin Pendingin Freezer yang Diteliti
Gambar 4.2 adalah skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam skematik ini ditentukan posisi titik – titik yang akan dipasang alat termokopel dari
freezer dengan siklus kompresi uap yang sudah di rangkai.
Gambar 4.2 Posisi alat ukur suhu pada skematik mesin freezer
Keterangan untuk Gambar 4.2 :
Titik 1 : posisi termokopel sebelum masuk kompresor Titik 3 : posisi termokopel sebelum masuk filter
49
Gambar 4.3 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam posisi ini ditentukan posisi titik – titik yang dipasang alat ukur tekanan dari
freezer dengan siklus kompresi uap yang sudah dirangkai.
Gambar 4.3 Posisi alat ukur tekanan pada skematik mesin freezer Keterangan untuk Gambar 4.3 :
Titik 1 : posisi alat ukur tekanan sebelum masuk kompresor Titik 2 : posisi alat ukur tekanan setelah keluar kompresor
4.3 Alat Bantu Penelitian
Proses penelitian freezer ini membutuhkan alat – alat yang digunakan dalam pengujian freezer. Alat – alat bantu tersebut adalah
50 a. Termokopel dan penampil suhu
Termokopel berfungsi sebagai sensor suhu untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik. Penampil suhu mempunyai fungsi sebagai alat untuk memperlihatkan nilai suhu yang diukur.
Gambar 4.4 Termokopel Gambar 4.5 Penampil suhu b. Pengukur tekanan
Pengukur tekanan berfungsi untuk mengetahui nilai tekanan refrigeran. Pengukuran tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi dan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.
51 c. P-h diagram R134a
P-h diagram ini berfungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan p-h diagram , dapat diketahui nilai entalpi disetiap titik yang diteliti (h1,h2,h3 dan h4), suhu evaporator (Te), suhu kondensor (Tc) dan suhu
keluar kompresor (T2). Gambar 4.7 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram
p-h,untuk R134a.
Gambar 4.7 Siklus kompresi uap pada P-h diagram untuk R134a.
d. Gelas ukur
Gelas ukur berfungsi untuk mengetahui volume cairan dalam hal ini adalah volume air. Gambar 4.8 menyajikan gambar gelas ukuran.
52 Gambar 4.8 Gelas ukur e. Air
Air berfungsi sebagai beban pendingin pada mesin freezer yang diteliti.
53 f. Kabel roll
Kabel roll adalah alat yang berfungsi untuk menghubungkan sumber listrik ke sejumlah alat listrik maupun elektronik.
Gambar 4.10 Kabel roll
4.4 Beban pendingin
Beban pendingin yang digunakan dalam penelitian adalah air. Kondisi suhu awal beban pendinginan dan suhu beban pendingin dari waktu ke waktu diukur dengan menggunakan termokopel.
4.5 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada titik yang ditentukan. Untuk mendapatkan data suhu pada 2 titik (T1 dan T3) dan data tekanan
pada 2 titik (P1 dan P2) pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 dipergunakan alat ukur
54
dilakukan setiap 30 menit sekali. Tabel 4.1 merupakan tabel untuk mencatat hasil pengukuran suhu dan tekanan.
Tabel 4.1 Tabel pencatatan hasil pengukuran suhu dan tekanan
No Waktu t (menit) T1 (0C) T3 (0C)
Tekanan rendah Tekanan tinggi
P1 (Bar) P2 (Bar) 1 30 2 60 3 90 4 120 5 150 6 180 7 210 8 240 9 270 10 300 11 330 12 360 13 390 14 420 15 450 16 480
55 4.6 Cara Mengolah Data dan Pembahasan Prosedur pengolahan data :
a. Setelah semua data suhu dan tekanan pada setiap titik diperoleh maka langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada P – h diagram. Dengan menggambarkan P – h diagram dapat diketahui nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu evaporator (Te), suhu kondensor
(Tc) dan suhu refrigeran keluar kompresor (T2).
b. Nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk menghitung besarnya energi persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor, menghitung kerja kompresor persatuan massa refrigeran menghitung besarnya energi persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator, nilai COP ideal, nilai COP aktual freezer, dan efisiensi freezer.
c. Perhitungan dan pengolahan data dapat menggunakan persamaan – persamaan yang ada seperti Persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, Persamaan (2.2) untuk mehitung energi kalor yang dilepas kondensor, Persamaan (2.3) untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, Persmaan (2.4) untuk mehitung COPaktual, Persamaan (2.5)
untuk menghitung COPideal dan Persamaan (2.6) untuk menghitung
efisiensi freezer.
d. Hasil – hasil perhitungan kemudian digambarkan dalam bentuk grafik terhadap waktu.
56
e. Hasil – hasil penggambaran dalam bentuk grafik tersebut kemudian di bahas. Pembahasan dilakukan dengan mempertimbangkan hasil – hasil penelitian sebelumnya atau hasil penelitian orang lain. Juga harus memperhatikan tujuan – tujuan penelitian yang sudah ditentukan.
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan
Kesimpulan dapat diperoleh dari pembahasan hasil penelitian yang sudah dilakukan. Kesimpulan adalah intisari dari pembahasan dan kesimpulan harus dapat menjawab tujuan dari penelitian.
57 BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitian
Hasil penelitian memberikan nilai suhu refrigeran masuk kompresor dan nilai suhu masuk filter serta tekanan refrigeran masuk kompresor dan tekanan refrigeran keluar kompresor sesuai dengan skematik yang digambarkan (Gambar 4.3). Tabel 5.1 menyajikan nilai rata – rata suhu refrigeran masuk kompresor (T1)
dan suhu refrigeran sebelum masuk pipa kapiler (T3) dengan beban pendinginan
0,5 liter selama pengambilan data, serta tekanan rata – rata menghasilkan tekanan rendah P1 dan tekanan tinggi P2.
Tabel 5.1 Nilai rata – rata suhu masuk kompresor dan sebelum masuk filter dengan nilai rata – rata tekanan rendah serta tekanan tinggi.
No Waktu t menit T1 (0C) T3 (0C)
Tekanan rendah Tekanan tinggi P1 (Bar) P2 (Bar) 1 30 26,2 37,02 1,3 10,6 2 60 26,2 38,05 1,4 10,9 3 90 25,8 39,01 1,4 10,8 4 120 26,3 38,44 1,4 10,9 5 150 26,2 38,56 1,4 10,7 6 180 25,8 39,04 1,4 10,8 7 210 25,9 38,65 1,3 10,9 8 240 25,8 38,33 1,4 10,9 9 270 26,0 38,67 1,3 10,8 10 300 26,0 38,88 1,3 10,7 11 330 26,0 39,03 1.3 10,9 12 360 25,8 38,54 1,3 10,7 13 390 25,6 38,78 1,3 10,7 14 420 25,1 38,76 1,3 10,7 15 450 24,9 38,66 1,3 10,8 16 480 25,0 38,37 1,3 10,8
58
Nilai entalpi pada tiap titik pada siklus kompresi uap disajikan pada Tabel 5.2. Dengan beban pendinginan 0,5 liter air dari waktu 30 menit sampai dengan 480 menit. Tabel 5.2 juga menyajikan suhu evaporator (Te) dan suhu kondensor
(Tc).
Tabel 5.2 Nilai entalpi pada titik 1, 2, 3, 4, Te danTc
Waktu t (menit) Nilai entalpi Te (0C) Tc (0C) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJkg) 30 425 482 255 255 -21 43 60 425 480 257 257 -20 44 90 426 479 258 258 -20 43 120 427 482 258 258 -20 44 150 428 482 258 258 -20 43 180 428 481 258 258 -20 43 210 427 480 254 254 -21 45 240 425 481 255 255 -20 44 270 429 482 255 255 -21 44 300 428 482 258 258 -21 44 330 428 480 255 255 -21 43 360 427 481 257 257 -21 43 390 427 482 257 257 -21 43 420 428 481 258 258 -21 43 450 426 480 255 255 -21 43 480 428 481 255 255 -21 44 5.2 Perhitungan
a. Perhitungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin).
59
Jumlah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.3), Qin = h1-h4, kJ/kg.
Contoh perhitungan untuk Qin dilakukan pada menit ke 270 dengan beban
pendingin sebesar 0,5 liter air. Qin = h1-h4, kJ/kg
Qin = (429-255) kJ/kg
Qin = 174 kJ/kg
Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.3. Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama.
Tabel 5.3 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin).
No
Waktu t (menit)
Beban pendingin 0,5 liter air Q
in (kJ/kg) h1 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) 1 30 425 255 170 2 60 425 257 168 3 90 426 258 168 4 120 427 258 169 5 150 428 258 170 6 180 428 258 170 7 210 427 254 173 8 240 425 255 170 9 270 429 255 174 10 300 428 258 170 11 330 428 255 173 12 360 427 257 170 13 390 427 257 170 14 420 428 258 170 15 450 426 255 171 16 480 428 255 173
60
b. Perhitungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout).
Jumlah energi kalor yang dilepas kondensor (Qout) persatuan massa
refrigeran dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.2), Qout = h2 - h3, kJ/kg.
Contoh perhitungan untuk Qout dilakukan pada menit ke 270 dengan beban
pendingin sebesar 0,5 liter air. Qout = h2 - h3, kJ/kg
Qout = 482-255, kJ/kg
Qout = 227, kJ/kg
Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.4. Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama.
Tabel 5.4 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout)
No
Waktu t (menit)
Beban pendingin 0,5 liter air Qout
(kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) 1 30 482 255 227 2 60 480 257 223 3 90 479 258 221 4 120 482 258 224 5 150 482 258 224 6 180 481 258 223 7 210 480 254 226 8 240 481 255 226 9 270 482 255 227 10 300 482 258 224 11 330 480 255 225 12 360 481 257 224 13 390 482 257 225 14 420 481 258 223 15 450 480 255 225 16 480 481 255 226
61
c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) dapat dihitung
menggunakan Persamaan (2.1), Win = h2 - h1, kJ/kg. Contoh perhitungan untuk
Win dilakukan pada menit ke 270 dengan beban pendinginan sebesar 0,5 liter air.
Win = h2 - h1, kJ/kg
Win = 482-429, kJ/kg
Win = 53, kJ/kg
Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.5. Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama.
Tabel 5.5 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
No
Waktu t (menit)
Beban pendingin 0,5 liter air
Win (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h1 (kJ/kg) 1 30 482 425 57 2 60 480 425 55 3 90 479 426 53 4 120 482 427 55 5 150 482 428 54 6 180 481 428 53 7 210 480 427 53 8 240 481 425 56 9 270 482 429 53
62
Tabel 5.5 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
No
Waktu t (menit)
Beban pendingin 0,5 liter air Win
(kJ/kg) h2 (kJ/kg) h1 (kJ/kg) 10 300 482 428 54 11 330 480 428 52 12 360 481 427 54 13 390 482 427 55 14 420 481 428 53 15 450 480 426 54 16 480 481 428 53
d. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)
Koefisien prestasi aktual (COPaktual) dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2.4) COPaktual = (Qin) / (Win). Contoh perhitungan COPaktual dilakukan
pada menit ke 270 dengan beban pendingin sebesar 0,5 liter air.
COPaktual = (Qin) / (Win)
COPaktual = (174) / (53)
COPaktual = 3,28
Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.6. Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama.
63
Tabel 5.6 Hasil perhitungan koefisien prestasi aktual freezer (COPaktual)
No
Waktu t (menit)
Beban pendingin 0,5 liter air
COPaktual Qin (kJ/kg) Win (kJ/kg) 1 30 170 57 2,98 2 60 168 55 3,05 3 90 168 53 3,17 4 120 169 55 3,07 5 150 170 54 3,15 6 180 170 53 3,21 7 210 173 53 3,26 8 240 170 56 3,04 9 270 174 53 3,28 10 300 170 54 3,15 11 330 173 52 3,33 12 360 170 54 3,15 13 390 170 55 3,09 14 420 170 53 3,21 15 450 171 54 3,17 16 480 173 53 3,26
e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal (COPideal) dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2.5) COPideal = ( 273,15 + Te ) / Tc - Te) Contoh perhitungan untuk
COPideal dilakukan pada menit ke 270 dengan beban pendinginan sebesar 0,5 liter
air.
COPideal = ( 273,15 + Te ) / Tc - Te)
COPideal = ( 273,15 + (-21) ) / (44 -( -21))
64
Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.7. Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama.
Tabel 5.7 Hasil perhitungan koefisien prestasi ideal freezer (COPideal)
No
Waktu t (menit)
Beban pendingin 0,5 liter air
COPideal Tkondensor (0C) Tevaporator (0C) 1 30 43 -21 3,94 2 60 44 -20 3,96 3 90 43 -20 4,02 4 120 44 -20 3,96 5 150 43 -20 4,02 6 180 43 -20 4,02 7 210 45 -21 3,82 8 240 44 -20 3,96 9 270 44 -21 3,88 10 300 44 -21 3,88 11 330 43 -21 3,94 12 360 43 -21 3,94 13 390 43 -21 3,94 14 420 43 -21 3,94 15 450 43 -21 3,94 16 480 44 -21 3,88 f. Efisiensi freezer (%)
Efisiensi freezer dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6), yaitu : ƞ = (COPaktual / COPideal) x 100%
Contoh perhitungan untuk efisiensi freezer dilakukan pada menit 270 dengan beban pendingin sebesar 0,5 liter air.
