6.SMP

(1)

PEMBAHASAN UMUM A. Siklus Mesin Pendingin

Gambar 9. Siklus Mesin Pendingin

Pemampatan (kompresi). Uap refrigeran lewat panas bersuhu dan tekanan rendah yang berasal dari proses pengupan dimampatkan oleh kompresor menjadi uap bersuhu dan bertekanan tinggi agar kemudian mudah diembunkan, uap kembali menjadi cairan didalam kondensor.

Pengembunan (kondensasi). Proses pengembunan adalah proses pengenyahan atau pemindahan panas dari uap refrigeran bersuhu dan bertekanan tinggi hasil pemampatan kompresor ke medium pengembun di luar kondensor. Pemuaian. Pemuaian adalah proses pengaturan kesempatan bagi refrigeran cair untuk memuai agar selanjutnya dapat menguap di evaporator.

Penguapan (evaporasi), pada proses ini, refrigeran cair berada dalam pipa logam evaporator mendidih dan menguap pada suhu tetap, walaupun telah menyerap sejumlah besar panas dari lingkungan sekitarnya yang berupa zat alir dan pangan dalam ruangan tertutup berinsulasi. Panas yang diserap dinamakan “panas laten penguapan.

B. Komponen Mesin Pendingin

1. Kompresor

Kompresor merupakan unit tenaga dalam sistem mesin pendingin. Kompresor berfungsi memompa bahan pendingin keseluruh bagian kulkas Kompresor akan memompa gas refrigerant dibawah tekanan dan panas yang tinggi pada sisi tekanan tinggi dari sistem dan menghisap gas bertekanan rendah pada sisi intake (sisi tekanan rendah)

Ada 3 kerja yang dilakukan oleh kompresor yaitu :

· Fungsi penghisap : proses ini membuat cairan refrigerant dari evaporator dikondensasi dalam temperatur yang rendah ketika tekanan refrigerant dinaikkan.

(2)

· Fungsi pemompaan: proses ini dapat dioperasikan secara kontinyu dengan mensirkulasikan refrigerant berdasarkan hisapan dan kompresi.

Gambar 10. Kompresor 2. Kondensor

Kondensor berfungsi sebagai alat penukaran kalor ,menurunkan temperatur refrigran dari bentuk gas menjadi cair. Kondensor di dalam sistem air conditioner merupakan alat yang digunakan untuk merubah gas refrigrant bertekanan tinggi menjadi cairan. Alat tersebut melakukan cara ini dengan menghilangkan panas dari refrigerant ke temperature atmosfir. Kondensor terdiri dari coil dan fin yang berfungsi mendinginkan refrigerant ketika udara tertiup diantaranya. Sejumlah kalor yang terdapat pada refrigeran dilepaskan keudara bebas dengan bantuan kipas (fan motor). Kondensor ditempatkan didepan radiator yang pendinginanya dijamin oleh kipas. Untuk refrigrant jenis R-134a menggunakan kondensor jenis parallel flow untuk memperbaiki efek pendinginan udara. Dengan cara itu maka efek pendinginan udara dapat diperbaiki sekitar 15% sampai 20%. Agar proses pelepasan kalor bisa lebih cepat, pipa kondensor didesain berliku dan dilengkapi dengan sirip. Untuk itu, pembersihan sirip-sirip pipa kondensor sangat penting agar perpindahan kalor refrigran tidak terganggu. Jika sirip-sirip kondensor dibiarkan dalam kondisi kotor, akan mengakibatkan mesin pendingin menjadi kurang dingin.

(3)

3. Evaporator

Zat pendingin cair dari receiver drier dan kondensor harus dirubah kembali menjadi gas dalam evaporator, dengan demikian evaporator harus menyerap panas, agar penyerapan panas ini dapat berlangsung dengan sempurna, pipa– pipa evaporator juga diperluas permukaannya dengan memberi kisi– kisi (elemen) dan kipas listrik (blower), supaya udara dingin juga dapat dihembus ke dalam ruangan. Rumah evaporator bagian bawah dibuat saluran/pipa untuk keluarnya air yang mengumpul disekitar evaporator akibat udara yang lembab. Air ini juga akan membersihkan kotoran–kotoran yang menempel pada kisi–kisi evaporator, karena kotoran itu akan turun bersama air. Evaporator di buat dari bahan logam anti karat, yaitu tembaga dan almunium

Gambar 12. Evaporator 4. Katup ekspansi

(4)

C. Siklus Kompresi Uap Ideal dan Aktual

Gambar 14. Diagram P-h

Siklus refrigerasi kompresi-uap ideal merupakan kebalikan siklus Carnot, di mana fluida kerja (disebut juga refrigeran) harus menguap seluruhnya sebelum dikompresi pada kompresor, sehingga turbin digantikan peranannya oleh katup ekspansi (bisa berupa katup throttle atau pun pipa kapiler). Seperti terlihat pada skema dan diagram T-s di atas, ada empat proses yang terjadi, yaitu proses 1-2 kompresi isentropik pada kompresor, proses 2-3 pelepasan kalor pada tekanan konstan di kondensor, proses 3-4’ ekspansi isentropik pada katup ekspansi, dan proses 4’-1 penyerapan kalor pada tekanan konstan di evaporator.

Dari gambar di atas, alur refrigeran dimulai pada kondisi 1 saat masuk kompresor sebagai uap jenuh kemudian dikompresi secara isentropik sampai tekanan kondensor. Temperatur refrigeran naik selama proses kompresi ini di atas temperatur lingkungan. Refrigeran kemudian masuk ke kondensor sebagai uap superheat pada tingkat keadaan 2 dan keluar sebagai cairan jenuh pada tingkat keadaan 3 sehingga terjadi pelepasan kalor ke lingkungan. Refrigeran pada tingkat keadaan 3 ini diekspansi sampai tekanan evaporator melalui katup ekspansi atau pun pipa kapiler. Temperatur refrigeran menjadi turun di bawah temperatur ruangan yang dikondisikan selama proses ini. Refrigeran masuk ke evaporator pada tingkat keadaan 4 (diidealisasi sebagai ekspansi isentropik pada tingkat keadaan 4’) sebagai campuran saturasi dua-fasa (cair-uap) dengan kualitas rendah, kemudian refrigeran menguap seluruhnya dengan menyerap kalor dari ruangan yang dikondisikan tersebut. Refrigeran keluar dari evaporator sebagai uap jenuh dan masuk kembali ke kompresor pada tingkat keadaan 1. Seluruh proses siklus di atas bersifat reversibel secara internal, kecuali untuk proses ekspansi yang irreversibel (karena trotel tidak mungkin isentropik sehingga perlu diidealisasi atau berperan sebagai turbin untuk memudahkan analisis).

(5)

mana COP akan naik bila beda temperatur keduanya semakin kecil, dengan kata lain Tcool naik atau Thigh turun.

Gambar 15. Diagram P-h

Berbeda dari siklus standard (teoritis). Perbedaan ini muncul karena asumsi – asumsi yang ditetapkan dalam siklus standar. Pada siklus aktual terjadi superheat atau pemanasan lanjut uap refrigeran yang meninggalkan evaporator sebelum masuk ke kondensor. Pemanasan lanjut ini terjadi akibat tipe peralatan ekspansi yang digunakan atau dapat juga karena penyerapan panas dijalur masuk (suction line) antara evaporator dan kompresor. Pemanasan lanjutyang terjadi pada evaporator juga merupakan sesuatu yang menguntungkan karena peristiwa ini dapat mencegah refrigeran yang masih dalam fase cair memasuki kompresor. Begitu juga dengan refrigeran cair mengalami subcooling pendinginan lanjut atau bawah dingin sebelum masuk katup ekspansi atau pipa kapiler. Pendinginan lanjutyang terjadi pada kondensor merupakan peristiwa yang normal dan menguntungkan karena dengan adanya proses ini maka refrigeran yang memasuki katup ekspansi seluruhnya dalam keadaan cair, sehingga menjamin efektifitas alat ini.

Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi) atau mesin pengkondisian udara (AC). Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke udara sekeliling di luar benda/ruangan yang didinginkan.

D. Sistem Kontrol Pengkondisian Udara

1. Pengaturan volume udara konstan

(6)

Gambar 16 pendinginan CAV

Pengaturan untuk mendapatkan kondisi yang sesuai dilakukan dengan cara sebagai berikut:

a. Pengaturan dengan pemanas ulang (reheat control). Pengaturan dengan cara ini adalah dengan menjaga temperature bola kering udara ruangan dengan menggganti setiap pengurangan beban sensible dengan beban artificial. Bila beban laten internal dan beban laten udara luar berkurang, pengaturan dengan cara ini akan membuat kelembaban relative ruang ingin dijaga konstan, diperlukan humidier.

Gambar 17 reheat control

b. Pengaturan dengan by passs (By pass Control) Pengaturan dengan cara ini dilakukan dengan melakukan bypass aliran udara terhadap koil. Udara yang dibypass adalah udara balik saja, atau campuran antara udarabalik dengan udara luar, sehinggga dengan memodulasikan jumlah laju aliran udara yang melewati koli, yaaitu dengan cara membypass, maka temperature bola kering udara ruangan dpat dijaga.

(7)

2. Pengaturan Laju Volume Udara Variabel

Pengaturan sisi udara dengan metoda ini, adalah memvariasikan laju volume udara suplai pada saat terjadi beban parsial, dengan keadaan temperature udara suplai reklatif konstan. Dengan cara ini pada dasarnya akan menghasilkan kondisi ruang yang sama dengan pengaturan bypass udara balik saja. Yang diatur disini adalah laju aliran udaranya.

Gambar 20 Pengaturan Laju Volume Udara Variabel

Pemilihan system Pengatun: Dalam perancangan ini sistem pengaturan yang dipilih untuk sisi udara adalah,sistem pengaturan laju volume udara konstan (Constan Air Volume). Dimana udara suplai yang mengalir keruangan dipertahankan konstan. Tetapi diperlukan adanya temperature udara yang bervariasi, tinggi rendahnya udara suplai tersebut harus sesuai dengan besar

kecilnya beban parsial.

Mesin pendingin tipe terpisah (split System) ini, memang sudah dirancang untuk sistem pengaturan laju volume udara konstan (Constan Air Volume). Karena mesin pendingin ini termasuk mesin dengan kapasitas sedang. Mesin pendingin yang kita rancang ini dilengkapi dengan saluran udara (duct), sehingga distribusi udara dapat diatur sesuai dengan keinginan perencana.

E. Macam-Macam Refrigerant

(8)

Berikut ini adalah macam-macam dari refrigeran : 1. Refrigerant fluorocarbon terhidrogenasi (HFC)

HFC merupakan refrigeran baru sebagai alternatif untuk menggantikan posisi freon. Hal ini disebabkan karena refrigeran freon mengandung zat chlor (Cl) yang dapat merusak lapisan ozon. Sedangkan HFC terdiri dari atom-atom hidrogen, fluorine dan karbon tanpa adanya zat chlor (Cl). Macam-macam HFC dan pemakaiannya :

 HFC 125 (CHF2CF3)

Sebagai pengganti freon–115 / R115 untuk pendingin air.  HFC 134a (CH3CH2F)

Merupakan alternatif pengganti freon-12 / R-12. tidak mudah meledak dan tingkat kandungan racun rendah, digunakan untuk pengkondisian udara, lemari es dan pendingin air.

 HFC 152a (CH3CHF2)

Sebagai pengganti freon-12 / R-12 digunakan untuk penyegaran udara, pendingin air.

2. Freon atau Cloro Fluoro Carbon (CFC)

Freon merupakan refrigeran yang paling banyak digunakan dalam sistem pendingin. Bahan dasarnya ethane dan methane yang berisi fluor dan chlor dalam komposisinya. Karena mengandung unsur chlor refrigeran jenis ini mempunyai dampak penipisan ozon dimana akan berpengaruh negatif terhadap kehidupan makhluk hidup di bumi. Selain itu, juga berdampak negatif terhadap iklim, yaitu meningkatkan suhu rata-rata dan perubahan iklim global. Spesifikasi freon yang biasa digunakan dalam pendinginan:

Nama –Rumus- Kimia- Titik Didih (˚C)  Freon – 11 CCl3F 23,8 (˚C)

 Freon – 12 CCl3F2 – 29,8 (˚C)  Freon – 13 CClF3 – 81,4 (˚C)  Freon – 21 CHCL2F 8,9 (˚C)  Freon – 22 CHClF2 – 40,8 (˚C)

3. Terhidrogenasi klorofluorokarbon refrigeran (HCFC)

Terdiri dari hidrogen, klorin, fluorin, dan karbon. Refrigeran ini mengandung jumlah minimal klorin, yg tidak merusak lingkungan karena berbeda dari refrigeran lain.

4. Carbon Dioksida (CO2)

(9)

tekanan tinggi sehingga pemakaiannya terbatas dan biasanya dipakai pada proses refrigerasi dengan tekanan per ton yang besar.

5. Azetropes

Merupakan campuran dari beberapa refrigeran yang mempunyai sifat berbeda. Jenis yang banyak dipakai :

 Correne-7

Yang terdiri dari campuran 73,8 % freon-12 dan 26,2% genetron 100.  Refrigeran-502

Merupakan campuran dari 98,8 % freon-12 dan 51,2 % freon-115 6. Methil Clorida (CH3Cl)

Berupa cairan tidak berwarna dan tidak berbau merangsang. Titik didihnya – 23,7 0F.

7. Uap Air

Refrigeran ini paling murah dan paling aman. Pemakaiannya terbatas untuk pendingin suhu tinggi karena mempunyai titik beku yang tinggi, yaitu 0˚C. pemakaian utamanya untuk comfort air cionditioning dan water cooling.

8. Hidrocarbon

Dipakai pada industri karena harganya murah. Jenisnya butana, iso butana, propana, propylana, etana dan etylana. Semuanya mudah terbakar

dan meledak.

Berikut ini macam-macam nama kimia dari hidrokarbon : Ketentuan penomoran+ Nama kimia Rumus kimia

 50 Metana CH4  170 Etana C2H6  290 Propana C3H8 9. Amonia (NH3)

Amonia ini digunakan secara luas pada mesin refrigerasi industri atau refrigerasi kapasitas besar. Titik didihnya kurang lebih – 33˚C. zat ini mempunyai karakteristik bau meskipun pada konsentrasi kecil di udara. Tidak dapat terbakar, tetapi meledak jika bereaksi dengan udara dengan prosentase 13,28 %. Oleh karena itu efek korosi amonia, tembaga atau campuran tembaga tidak boleh digunakan pada mesin dengan refrigeran ammonia

10. Larutan Garam (brine)

(10)

PEMBAHASAN KHUSUS

Gambar 21. Grafik Time Vs Tin

Dari grafik yang didapatkan berdasarkan hasil pengamatan, dapat kita ketahui bahwa suhu akan menurun seiring dengan bertambahnya waktu pada mesin pendingin (berbanding terbalik). Hal ini disebabkan karena semakin lama kulkas dalam keadaan on, maka semakin lama pula kompresor bekerja. Ada waktu tertentu (timer) kulkas mengatur kapan mesin kompresor akan bekerja dan kapan mesin kompresor akan berhenti. Waktu tersebut bergantung pada jenis kulkas yang digunakan.

- Grafik Time Vs qe

Gambar 22. Grafik Time Vs qe

(11)

terlalu tuanya alat yang digunakan sehingga grafik hasil perhitungan yang didapatkan tidak sesuai dengan teori perhitungan yang digunakan.

KESIMPULAN DAN SARAN

KESIMPULAN

1. Laju aliran massa pada refrigerant merupakan suatu substansi yang mengalir per satuan waktu, dalam hal ini yang dimaksud adalah refrigerant. Simbol yang digunakan adalah (disebut "m-dot"). Kadang-kadang, laju alir massa disebut fluks massa atau arus massa. Karena massa merupakan besaran skalar, laju alir massa juga besaran skalar. Perubahan massa adalah jumlah yang mengalir setelah melewati boundary selama waktu tertentu, tidak hhanya jumlah massa yang masuk dikurangi massa yang keluar, karena perubahan massa akan bernilai nol jika alirannya steady.

Efisiensi mesin pendingin dinyatakan dengan istilah COP (Coeficient Of Performance), biasannya disebut koefisien prestasi atau koefisien kinerja atau koefisien performa. COP merupakan ukuran standar efisiensi refrigerasi bagi sistim refrigerasi yang ideal. Nilai COP ini didapatkan dari perbandingan antara kapasitas pendingin ( Q ) dengan konsumsi arus kompresor ( W ). Jika nilai COP suatu mesin pendingin, maka semakin efisien juga mesin pendingin tersebut. Coeficient of Performance merupakan koefisien unjuk kerja dari siklus refrijerasi atau pendingin yang menunjukan kualitas unjuk kerja suatu sistem refrijerasi dan dinyatakan dengan suatu angka hasil perbandingan antara energi yang diserap dari udara ruang dan energi yang digunakan untuk mengkompresi gas di kompresor.

2. Untuk mengetahui laju aliran massa udara pada saluran evaporator perlu diketahui terlebih dahulu massa jenis, luas penampang dan kecepatan udara yang mengalir pada saluran evaporator tersebut. Maka digunakan persamaan sebagai berikut :

Mudara = udara x Vudara x A Dimana :

Mudara = Laju aliran massa udara (kg/m2₎

(12)

3. Pada efek refrigerasi, kerja evaporator, kalor pengembunan, dan kapasitas pendinginan dari evaporator didapat data terutama pada data kalor pengembunan dengan waktu antara 3 sampai 6 menit pada keadaan pengembunan konstan. Sedangkan pada time 9 menit terjadi penyimpangan data yang kemudian pada time 12 hingga time terakhir kalor pengembunan kembali normal. Pada efek refrigerasi dari evaporator didapat data yang terjadi penyimpangan pada time 9 menit sehingga time ke atas data yang ada mulai konstan.

SARAN

1. Laboratorium: Sebaiknya alatnya diganti karena sudah sangat tidak layak.

(13)

LAMPIRAN-LAMPIRAN TABEL DATA

N

O₁ Setting₀ Waktu (menit)₃ Tin (◦C)₁ Tout (◦C)₁₃ Pin (Kg/cm²)₃₅ Pout (Kg/cm²)_6.4 Tfa (◦C)₂₈ Tfb (◦C)₂₈ Tca (◦C)₂₈ Tcb (◦C)₂₆

2 1 6 -4 14 34 6.8 25 26 28 26

3 2 9 -4 14 35 6.45 24 25 30 27

4 3 12 -6 13 35 6.4 25 25 29 27

5 4 15 -9 13 35 6.4 25 25 28 27

6 5 18 -9 13 35 6.4 25 25 28 27

7 6 21 -9 13 35 6.4 25 25 27 28

8 7 24 -10 13 35 6.4 25 25 28 28

Husain Ramadhan

Nursyalam Samsuri

Herianto N

Andi Abd. Rahman Setiawan

Gusti Ngurah Wirayudha

Erwin Sastria

Yosef Rianto Palumpun

(14)

TABEL HASIL PERHITUNGAN

NO Setting Waktu (menit) qe qw qc COP Q h1 h2 h3=h4 TR ∆T

1 0 3 139.6524 1.8118 141.4642 77.07936858 -1163.72441

187.82

2 189.6338

48.169

6 27.5 -16.5

2 1 6 137.5034 3.48 140.9834 39.51247126 -1075.56347 185.673 189.153 48.1696 26.25 -15.25

3 2 9 147.557 1.744 149.301 84.60837156 -1093.19566 189.116 190.86 41.559 26.5 -15.5

4 3 12 136.6354 4.8288 141.4642 28.29593274 -1093.19566

184.80

5 189.6338

48.169

6 26.5 -15.5

5 4 15 135.3254 6.1388 141.4642 22.04427575 -1075.56347

183.49

5 189.6338

48.169

6 26.25 -15.25 6 5 18 135.3254 6.1388 141.4642 22.04427575 -1075.56347 183.495 189.6338 48.1696 26.25 -15.25 7 6 21 135.3254 6.1388 141.4642 22.04427575 -1075.56347 183.495 189.6338 48.1696 26.25 -15.25

8 7 24 134.8884 6.5758 141.4642 20.51285015 -1093.19566

(15)

Yosef Rianto Palumpun

(16)

GRAFIK SIKLUS MESIN PENDINGIN

Gambar 1: Time Vs COP

0 5 10 15 20 25 30

Gambar 2: Time Vs qc

0 5 10 15 20 25 30

(17)

0 5 10 15 20 25 30

Gambar 4: Time Vs qw