Latar belakang pada penelitian ini adalah teknologi. Pada kehidupan kita khususnya di Negara Indonesia yang beriklim tropis ini, mesin pendingin pada saat ini sangat berpengaruh pada kehidupan dunia modern, tidak hanya sebatas untuk peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menjadi penunjang kehidupan manusia. Mesin kulkas dibutuhkan untuk mendinginkan, mengawetkan, dan membekukan bahan makanan dan minuman. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pelaksanaan pegelolaan (R-134a) pada mesin kulkas pendingin penyimpan bahan makanan dan minuman dan juga untuk mengetahui unjuk kerja (COP), dan efisiensi mesin pendingin yang menggunakan refrigeran (R-134a).
Mesin yang diteliti merupakan mesin kulkas pendingin dengan siklus kompresi uap. Variasi penelitian yang dipakai adalah panjang pipa kapiler, yaitu dengan menggunakan panjang pipa kapiler 150 cm dan diuji sebanyak 3 kali dalam 3 hari selama 300 menit.
Hasil Penelitian memberi kesimpulan (a) kulkas dibuat dan bekerja dengan baik, (b) menghasilkan Koefisien prestasi ideal (COPideal) sebesar 5,0. Dan menghasilkan efisiensi sebesar
77,5%.
Kata kunci : Penelitian, siklus kompresi uap, pipa kapiler.
ABSTRACT
The background of this research is the technology. In our life, especially in Indonesia which has tropical climate, the cooler machine nowadays effects on our modern life, it is not only on the quality improvement and life comfort, but it also has become the support of human lives. Refrigerator machine is needed to cool, preserve, and freeze the food and beverages. The objectives of this research are to know the management implementation of (R-134a) on the food and beverages storage refrigerator machine and to know the coefficient of performance (COP), and the efficiency of the cooler machine using refrigerant (R-134a).
The machine examined is the refrigerator machine with vapor compression cycle. The variation used in this research is the length of capillary pipe by using the 150 cm long capillary pipe and examining it three times in three days for 300 minutes.
The result of this research concludes that (a) the refrigerator is successfully made and works well, (b) it results ideal performance coefficient (COPideal) in the amount of 5.0. It also results
77.5% efficiency.
KULKAS DUA PINTU DENGAN DAYA 1/8 PK, PANJANG
PIPA KAPILER 150 CM DAN REFRIGERAN R134A
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh:
DUWI SEPTIYANTO
NIM : 105214046
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
REFRIGERATOR WITH POWER 1/8 PK, 150 CM LONG
CAPILLARY TUBE AND REFRIGERANT R134A
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
DUWI SEPTIYANTO
Student Number : 105214046
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
iii
v
ABSTRAK
Latar belakang pada penelitian ini adalah teknologi. Pada kehidupan kita khususnya di Negara Indonesia yang beriklim tropis ini, mesin pendingin pada saat ini sangat berpengaruh pada kehidupan dunia modern, tidak hanya sebatas untuk peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga sudah menjadi penunjang kehidupan manusia. Mesin kulkas dibutuhkan untuk mendinginkan, mengawetkan, dan membekukan bahan makanan dan minuman. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pelaksanaan pegelolaan (R-134a) pada mesin kulkas pendingin penyimpan bahan makanan dan minuman dan juga untuk mengetahui unjuk kerja (COP), dan efisiensi mesin pendingin yang menggunakan refrigeran (R-134a).
Mesin yang diteliti merupakan mesin kulkas pendingin dengan siklus kompresi uap. Variasi penelitian yang dipakai adalah panjang pipa kapiler, yaitu dengan menggunakan panjang pipa kapiler 150 cm dan diuji sebanyak 3 kali dalam 3 hari selama 300 menit.
Hasil Penelitian memberi kesimpulan (a) kulkas dibuat dan bekerja dengan baik, (b) menghasilkan Koefisien prestasi ideal (COPideal) sebesar 5,0. Dan
menghasilkan efisiensi sebesar 77,5%.
vi
ABSTRACT
The background of this research is the technology. In our life, especially in Indonesia which has tropical climate, the cooler machine nowadays effects on our modern life, it is not only on the quality improvement and life comfort, but it also has become the support of human lives. Refrigerator machine is needed to cool, preserve, and freeze the food and beverages. The objectives of this research are to know the management implementation of (R-134a) on the food and beverages storage refrigerator machine and to know the coefficient of performance (COP), and the efficiency of the cooler machine using refrigerant (R-134a).
The machine examined is the refrigerator machine with vapor compression cycle. The variation used in this research is the length of capillary pipe by using the 150 cm long capillary pipe and examining it three times in three days for 300 minutes.
The result of this research concludes that (a) the refrigerator is successfully made and works well, (b) it results ideal performance coefficient (COPideal) in the
amount of 5.0. It also results 77.5% efficiency.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karuniaNya, sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Judul skripsi ini adalah “Kulkas dua pintu dengan Daya 1/8 PK, Panjang Pipa Kapiler 150 cm dan Refrigeran R134a”. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana S1 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 ini karena adanya 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 .
2. Ir. P.K. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, selaku dosen pembimbing akademik selama saya kuliah di Universitas Sanata Dharma.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL TITLE PAGE
HALAMAN PERSETUJUAN………...…... i
HALAMAN PENGESAHAN ………...... ii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………... iii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS………iv
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Batasan-Batasan ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kulkas ... 5
2.2 Siklus Kompresi Uap sebagai Dasar Kerja Kulkas Dua Pintu ... 19
2.3 Perhitungan Karakteristik Mesin Kulkas Dua Pintu ... 23
2.4 Tinjauan Pustaka ... 26
BAB III. PEMBUATAN ALAT 3.l Diagram Alir Pembuatan dan Pengambilan Data ... 28
3.2 Komponen – Komponen Kulkas Dua Pintu ... 29
3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Alat ... 35
x
BAB IV PENGAMBILAN DATA DAN METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Mesin Yang Diteliti ... 50
4.2 Skematik Mesin Pendingin Yang Diteliti ... 52
4.3 Alat Bantu Penelitian ... 53
4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan ... 58
4.5 Cara Mengolah Data ... 58
4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 60
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil Penelitian ... 61
5.2 Perhitungan ... 65
5.3 Pembahasan ... 77
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan ... 80
6.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA ... 81
xi
Gambar 2.1 Jenis Kulkas Non Freezer ... 6
Gambar 2.2 Kulkas Jenis Freezer... 7
Gambar 2.3 Kulkas Jenis Door Glass Refrigerator ... 8
Gambar 2.4 Kompresor Hermatik ... 9
Gambar 2.5 Evaporator ... 10
Gambar 2.6 Kondensor ... 11
Gambar 2.7 Filter ... 12
Gambar 2.8 Termostat ... 13
Gambar 2.9 Heater ... 13
Gambar 2.10 Kipas... 14
Gambar 2.11 Timer ... 15
Gambar 2.10 Overload ... 16
Gambar2.11 Refrigeran ... 17
Gambar 2.12 Pipa Kapiler ... 18
Gambar 2.13 Skematik Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ... 19
xii
Gambar 2.15 Siklus Kompresi Uap dengan Diagram T-s... 20
Gambar 3.1 Diagram alir pembuatan kulkas... 26
Gambar 3.2 Kontruksi Kulkas Dua Pintu ... 27
Gambar 3.3 Ruangan Pendinginan/ Evaporator ... 28
Gambar 3.4 Kompresor ... 28
Gambar 3.5 Kondensor ... 29
Gambar 3.6 Evaporator Pipa Dengan Sirip-Sirip ... 30
Gambar 3.7 Pipa Kapiler ... 31
Gambar 3.8 Filter ... 32
Gambar 3.9 Refrigeran R134a ... 33
Gambar 3.10 Tube Cutter ... 34
Gambar 3.11 Pelebar Pipa ... 34
Gambar 3.12 Tang Jepit ... 35
Gambar 3.13 Alat Las ... 35
Gambar 3.14 Bahan Las ... 36
Gambar 3.15 Pompa Vakum ... 36
Gambar 3.16 Manifold Gauge... 37
Gambar 3.17 Fan Motor ... 37
Gambar 3.18 Termostat ... 38
Gambar 3.19 Plat Baja Siku ... 38
Gambar 3.20 Styrofoam ... 39
Gambar 3.21 Box Plastik ... 39
xiii
Gambar 3.23 Proses pengelasan pipa kompresor dengan kondensor ... 41
Gambar 3. 24 Proses pengelasan Filter dengan kondensor ... 42
Gambar 3.25 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler ... 43
Gambar 3.26 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator ... 43
Gambar 3.27 Proses Pengelasan evaporator dengan kompresor ... 44
Gambar 3.28 Proses pengisian metil ... 45
Gambar 3.29 Proses pemvakuman ... 45
Gambar 3.30 Proses pengisian refrigeran R134a ... 46
Gambar 4.1 Diagram alir pengambilan data dan metodologi penelitian…………48
Gambar 4.2, (a) Mesin kulkas dua pintu yang diteliti tampak luar dan (b) menunjukkan tampak dalam rangka ... 49
Gambar 4.3 Skematik mesin pendingin kulkas dua pintu ... 50
Gambar 4.4, (a) Termokopel dan (b) Penampil suhu digital APPA ... 51
Gambar 4.5 Tang meter... 52
Gambar 4.6 Pengukur Tekanan ... 53
Gambar 4.7 P – h diagram ... 53
Gambar 4.8 Botol Air ... 54
Gambar 4.9 Kabel Roll ... 54
Gambar 4.10 Aluminium Foil ... 55
Gambar 4.11 Isolasi ... 55
Gambar 4.12 Cara menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h ... 57
xiv
Gambar 5.2 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan kondensor
dari waktu ke waktu ... 62
Gambar 5.3 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dari waktu ke waktu ... 68
Gambar 5.4. COPaktual mesin kulkas dua pintu dari waktu ke waktu ... 70
Gambar 5.5 COPideal dari waktu ke waktu ... 71
Gambar 5.6 Efisiensi dari waktu ke waktu ... 73
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Cara mencatat hasil pengukuran suhu ... 56 Tabel 5.1.Nilai rata – rata suhu masuk kompresor, keluar kondensor, tekanan masuk kompresor, keluar kompresor, arus dan voltage. ... 59 Tabel 5.1.Nilai rata – rata suhu masuk kompresor, keluar kondensor, tekanan masuk kompresor, keluar kompresor, arus dan voltage.(Lanjutan) ... 60 Tabel 5.2.Suhu kerja evaporator, suhu kerja kondensor, dan suhu keluar kompresor. ... 60 Tabel 5.2.Suhu kerja evaporator, suhu kerja kondensor, dan suhu keluar kompresor.(Lanjutan) ... 61 Tabel 5.3 Nilai entalpi dari siklus kompresi uap ... 62 Tabel 5.4. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran R134a (Win) ... 63 Tabel 5.4. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran R134a (Win).
(Lanjutan) ... 64 Tabel 5.5 Energi kalor persatuan massa refrigerant R134a yang dilepaskan oleh kondensor (Qout) ... 65 Tabel 5.6 Energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang diserap oleh evaporator (Qin) ... 66 Tabel 5.6 Energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang diserap oleh evaporator (Qin). (Lanjutan)... 67 Tabel 5.7 Hasil perhitungan Coefficient of Performance actual (COPaktual) ... 68 Tabel 5.7 Hasil perhitungan Coefficient of Performance actual (COPaktual)
(Lanjutan) ... 69
Tabel 5.8 Hasil perhitungan Coefficient of Performanceideal (COPideal) ... 70 Tabel 5.8 Hasil perhitungan Coefficient of Performanceideal(COPideal).
xvi
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini mesin pendingin merupakan bagian penting dalam kehidupan sehari-hari. Teknologi mesin pendingin pada 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.
Salah satu alat yang berguna untuk mendinginkan, mengawetkan dan membekukan bahan makanan ataupun bahan makanan lain adalah kulkas. Kulkas sangat berguna untuk mendinginkan dan mengawetkan bahan makanan seperti, daging, sayuran, minuman kaleng, ikan laut. Selain dipergunakan di rumah tangga kulkas juga dipergunakan di rumah sakit dan toko kelontong.
pintu yang terletak pada bagian atas. Ice maker adalah mesin pendingin yang berfungsi untuk pembuatan es batu, yang biasa digunakan di restaurant atau rumah makan. Kulkas memiliki fungsi sebagai alat untuk menyegarkan buah – buahan dan sayuran yang biasanya digunakan di rumah tangga. Mesin pengawet mayat memiliki fungsi untuk mengawetkan mayat supaya tidak cepat membusuk, yang sering dipergunakan di rumah sakit.
Hampir sebagian besar mesin pendingin menggunakan siklus kompresi uap dalam bekerjanya. Mesin pendingin mempergunakan fluida kerja yang disebut Freon. Gambar 1.1, Gambar 1.2 dan Gambar 1.3 menyajikan contoh gambar berbagai macam mesin pendingin.
Gambar 1.1 Chest Freezer Gambar 1.2 Showcase
Gambar 1.5 Air Cooled Gambar 1.6 Ice maker
Dari berbagai macam mesin pendingin tersebut penulis berkeinginan untuk mengenal dan melakukan penelitian tentang kulkas.
1.2 Rumusan Masalah
Kulkas yang ada di pasaran pada kenyataannya tidak terdapat informasi tentang karakteristik dari mesin kulkas. Tidak ada informasi tentang COP dan efisiensi kulkas pada name platenya. Informasi tentang karakteristik kulkas terutama COP dan efisiensi sangat penting bagi masyarakat untuk memutuskan jenis kulkas yang mana yang akan dibeli.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat kulkas dua pintu dengan panjang pipa kapiler 150 cm dan dengan menggunakan refrigeran R134a.
b. Mengetahui karakteristik kulkas dua pintu dengan panjang pipa kapiler 150 cm dan dengan menggunakan refrigeran R134a :
1. Laju aliran kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin)
3. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win)
4. COP aktual kulkas dua pintu (COPactual)
5. COP ideal kulkas dua pintu (COPideal)
6. Efisiensi kulkas dua pintu (η) 7. Laju aliran masa refrigerant (ṁ)
1.4 Batasan - Batasan
Batasan - batasan masalah yang diambil didalam pembuatan mesin kulkas dua pintu pada penelitian ini adalah :
a. Kulkas dua pintu bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap. b. Menggunakan kompresor dengan daya ⅛ PK, berjenis hermatik.
c. Panjang pipa kapiler 150 cm, berdiameter 0,026 inci, berbahan tembaga. d. Menggunakan kondensor standar 12 U pada kulkas dua pintu berdaya ⅛ PK. e. Menggunakan evaporator standar pada kulkas dua pintu berdaya ⅛ PK berjenis
evaporator sirip.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian adalah :
a. Dapat menjadi pedoman bagi peneliti yang ingin meneliti tentang kulkas dua pintu.
b. Dapat menambah ilmu pengetahuan.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kulkas
Kulkas adalah lemari es yang digunakan untuk menyimpan dan
mendinginkan berbagai jenis makanan dan minuman. Kulkas biasa digunakan di rumah tangga dan di pertokoan. Kulkas merupakan salah satu dari jenis pendingin yang memiliki ciri – ciri pintu dan bodynya tertutup yang berfungsi agar
pendinginan rata secara maksimal di dalam ruangan kulkas tersebut. Produk yang biasa didinginkan oleh kulkas adalah sayuran, minuman dan bahan makanan.
Kulkas bekerja dengan tujuan untuk mengambil panas dari benda – benda yang diinginkan di dalam evaporator. Proses tersebut diawali dengan refrigeran dalam bentuk gas yang masuk ke kompresor dan dilakukan proses kompresi sehingga suhu refrigeran menjadi sangat panas dan bertekanan tinggi. Gas panas bergerak menuju kondensor dan selanjutnya mulai didinginkan. Proses ini menyebabkan gas berubah menjadi cair. Refrigeran dipaksa menuju pipa kapiler dalam bentuk cair. Pipa kapiler memiliki diameter yang sangat kecil. Ketika refrigeran melalui pipa tersebut, refrigeran akan berubah menjadi campuran cair dan gas bertekanan rendah yang sangat dingin. Suhu embun refrigeran bisa
a. Kulkas Jenis Non Freezer
Jenis kulkas non freezer termasuk jenis kulkas yang banyak dipakai untuk kebutuhan rumah tangga. Salah satu dari aneka macam kulkas ini mempunyai dua ruangan terpisah. Ruangan atas berfungsi sebagai pembeku seperti untuk
membuat es batu. Sedangkan ruangan di bawahnya berfungsi untuk menyimpan makanan yang tersusun atas beberapa rak. Efek dingin yang ada didapat dari hembusan dingin yang ada di dalam ruang evaporator atau pembeku yang ada di bagian atas. Jenis kulkas ini biasanya ada beberapa model, misalnya satu pintu dan dua pintu. Pada kulkas satu pintu, evaporatornya terletak dibagian atas dan ukurannya tidak lebih 1/3 ukuran total kulkasnya. Pada kulkas dua pintu dan seterusnya evaporator tersendiri dan ukurannya lebih besar dibandingkan evaporator satu pintu. Temperatur dingin pada rak - rak dibawah evaporator, sebenarnya berasal dari hembusan dingin evaporator. Suhu kerja kulkas non freezer ini sekitar 20- 50C Bagian rak ini biasa digunakan untuk menyimpan makanan dan minuman.
b. Kulkas Jenis Freezer
Lemari es jenis freezer dapat membekukan atau menjadikan sesuatu menjadi es disetiap bagiannya. Biasanya, lemari es jenis ini biasa digunakan untuk
kegiatan wirausaha, seperti penjual es batu atau es lilin. Tidak seperti kulkas biasanya, kulkas freezer mempunyai evaporator disetiap raknya. Suhu kerja freezer ini sekitar -250C, Jadi kulkas freezer mampu membekukan lebih banyak dibandingkan lemasri es non freezer.
Gambar 2.2 Kulkas Jenis Freezer
c. Kulkas Jenis Door Glass Refrigerator
Gambar 2.3 Kulkas Jenis Door Glass Refrigerator
Komponen utama kulkas merupakan bagian yang di aliri bahan pendingin, yang terdiri dari : (a) kompresor, (b) evaporator, (c) kondensor, (d) filter, (e) thermostat, (f) heater, (g) kipas, (h) timer, (i) overload, (j) refrigerant, (k) pipa kapiler.
a. Kompresor
solusinya. Stabilizer berfungsi untuk menghindari tegangan yang tidak stabil pada kulkas. Kulkas yang diteliti menggunakan kompresor jenis hermatik.
Kompresor hermatik atau ( Hermatic type compressor ) jenis kompresor yang motor penggeraknya dan kompresornya berada dalam suatu rumahan yang
tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.
Keuntungan dari kompresor hermatik adalah :
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 kompresor hermatik adalah :
1. Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui.
2. Kerusakan yang terjadi didalam kompresor susah diketahui sebelum rumah kompresor dibuka.
Gambar 2.4 Kompresor Hermatik
(sumber : http://www.emsteknik.com)
b. Evaporator
Gambar 2.5 Evaporator
(sumber : http://indonetwork.co.id)
c. Kondensor
Kondensor adalah alat yang berfungsi untuk merubah fase bahan pendingin dari bentuk gas menjadi cair, pada saat terjadi perubahan fase tersebut panas dikeluarkan oleh kondensor. Bahan pendingin saat keluar kompresor memiliki suhu dan tekanan tinggi. Panas tersebut dikeluarkan melalui permukaan rusuk – rusuk kondensor ke udara, sebagai akibat dari kehilangan panas, bahan pendingin didinginkan awalnya menjadi gas jenuh kemudian mengembun berubah menjadi cair. Kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan perawatan khusus. Saat kulkas bekerja kondensor akan terasa hangat bila
Gambar 2.6 Kondensor (sumber : http://idkf.bogor.net)
d. Filter
Filter berguna untuk menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran bahan pendingin setelah melakukan sirkulasi. Sehingga kotoran tidak ikut masuk ke dalam kompresor dan pipa kapiler. Selain itu bahan pendingin yang akan disalurkan pada proses berikutnya akan lebih bersih sehingga akan menyerap kalor lebih maksimal. Bentuk dari filter adalah tabung kecil dengan diameter antara 10 – 20 mm, sedangkan memiliki panjang kurang dari 8 – 15 cm.
Gambar 2.7 Filter
e. Thermostat
Thermostat memiliki banyak istilah dalam penyebutannya, antara lain temperatur kontrol dan cool control. Thermostat sendiri memiliki fungsi sebagai pengatur kerja kompresor secara otomatis berdasarkan batasan suhu pada setiap bagian kulkas. Jika suhu evaporator sesuai dengan pengatur suhu thermostat, maka secara otomatis thermostat akan memutuskan listrik ke kompresor. Biasanya thermostat terletak menempel di evaporator kulkas. Untuk mengecek thermostat, cabut kedua ujung kabel thermostat, kemudian hubungkan pada multytester dengan ukuran x1 ohm atau x10 ohm, jika pada jarum multytester bergerak naik menunjuk suatu angka berarti komponen Thermo-fuse masih normal. Tapi jika sebaliknya, jika jarum multytester tidak bergerak naik sama sekali berarti thermostat rusak dan harus segera diganti dengan thermostat yang baru.
Gambar 2.8 Termostat
f. Heater
Heater hanya terdapat pada kulkas dua pintu, hampir keseluruhan kulkas nofrost dan sebagian kecil kulkas defrost dilengkapi dengan pemanas ( heater ). Pemanas berfungsi untuk mencairkan bunga es yang terdapat di evaporator. Selain itu, pemanas juga dapat mencegah penimbunan bunga es pada bagian rak es yang terdapat di dalam kulkas.
Gambar 2.9 Heater
(sumber : http://specialiskulkas.blogspot.com)
g. Kipas
Kipas atau fan berfungsi untuk menghembuskan angin. Pada kulkas ada dua jenis kipas yaitu :
1. Fan motor evaporator
dingin tidak dihembuskan ke dalam kulkas oleh kipas ini, sehingga lama kelamaan akan terbentuk bunga es.
2. Fan motor kondensor
Fan motor kondensor memiliki fungsi untuk menghisap dan mendorong udara melalui kondensor dan kompresor. Selain itu kipas ini juga berfungsi untuk
mendinginkan kompresor. Kipas angin ini diletakkan pada bagian bawah kulkas yang memiliki kondensor berukuran kecil.
Gambar 2.10 Kipas
(sumber : http://www.diytrade.com)
h. Timer
Gambar 2.11 Timer
(sumber : http://www.diytrade.com)
i. Overload
Overload adalah komponen pengaman yang letaknya menyatu dengan
Gambar 2.10 Overload
(sumber : http://parma-teknik.blogspot.com)
j. Refrigeran
Refrigeran adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair. Jenis bahan pendingin sangatlah beragam dan memiliki karakteristik yang berbeda. Refrigeran - 314a adalah jenis refrigerant yang di gunakan di dalam penelitian ini. Refrigeran ini biasanya dilambangkan R-134a dan mempunyai rumus kimia CH3CH2F. R-134a memiliki titik didih-150F (-26,20C). Refrigeran
ini merupakan pengganti R-22. R-134a sebagai alternative memiliki beberapa properti yang baik, tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan relatif stabil. Diantaranya secara khusus sifat dari refrigeran R-134a adalah :
c. Bukan termasuk bahan yang mudah terbakar.
d. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor. e. Memiliki unsur 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.
Gambar2.11 Refrigeran
(Sumber : http://multi-service.blogspot.com)
k. Pipa kapiler
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran yang
pada mesin pendingin akan mempermudah pada waktu start, karena dengan mempergunakan pipa kapiler pada saat sistem tidak bekerja tekanan pada kondensor dan evaporator selalu sama. Hal ini berarti meringankan tugas kompresor pada waktu start.
Gambar 2.12 Pipa Kapiler
(sumber : http://www.bloganton.info)
2.2 Siklus Kompresi Uap sebagai Dasar Kerja Kulkas Dua Pintu
Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang paling banyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, pipa kapiler dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dengan membentuk siklus kompresi uap. Siklus refrigerasi kompresi uap mempunyai dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh sebab itu banyak panas yang dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan panas membolehkan pengambilan panas tanpa menaikkan suhu fluida kerja.
Gambar 2.13 Skematik Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Gambar 2.15 Siklus Kompresi Uap dengan Diagram T-s Proses yang terjadi pada proses siklus kompresi uap mesin refrigerasi : a. Proses kompresi dari 1 – 2
Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik (isoentropi atau entropi konstan). Pada siklus teoritis diasumsikan refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi selama mengalir di jalur hisap. Pada proses ini uap refrigeran pada tekanan evaporasi dikompresi sampai pada tekanan kondensor, setelah dikompresi refrigeran menjadi uap panas lanjut bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi.
b. Proses penurunan suhu dari 2-2a dan proses kondensasi dari 2a-3a Proses ini berlangsung di kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor di kondensor
ke udara yang ada sekitar kondensor sehingga refrigeran mengembun menjadi cair. Pada proses 2-2a, merupakan proses pendinginan sensible gas panas lanjut dari temperatur keluar kompresor menuju temperatur kondensasi. Proses ini terjadi pada tekanan konstan. Jumalah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara titik 2-2a, sedangkan pada Proses 2a-3a adalah proses perubahan fase gas menjadi cair. Proses kondensasi terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah jumlah antara panas yang dikeluarkan pada proses 2- 2a ditambah panas yang dikeluarkan pada proses 2a-3a. Panas total ini berasal dari panas yang diserap oleh refrigeran yang
menguap didalam evaporator dan panas yang masuk karena adanya kerja mekanis pada kompresor.
c. Proses pendinginan lanjut dari 3a-3
Proses ini berlangsung dari kondensor menuju pipa kapiler, proses pendingin lanjut berlangsung dari titik 3a ke titik 3. Refrigeran dalam wujud cair jenuh mengalir menjadi cair lanjut. Pada proses ini suhu refrigeran mengalami penurunan. Jika entalpi dan entropi refrigeran juga ikut mengalami penurunan. Dengan adanya proses pendingin lanjut, refrigeran masuk pipa kapiler benar – benar dalam kondisi cair.
d. Proses ekspansi dari 3-4
Proses ekspansi berlangsung dari titik 3-4. Pada proses ini terjadi penurunan tekanan refrigeran dari tekanan kondensasi titik 3 menjadi tekanan evaporasi titik 4. Pada waktu cairan diekspansikan melalui alat ekspansi ke evaporator,
evaporasi. Hal ini disebabkan oleh terjadinya penguapan sebagian cairan refrigeran selama proses ekspansi. Proses ekspansi berlangsung pada entalpi konstan, sehingga h3 = h4. Refrigeran pada titik 4 berada pada kondisi campuran cair- uap.
e. Proses evaporasi dari 4-1a
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar (tekanan sama) dan
isotermal (suhu sama). Refrigeran dalam wujud campuran cair dan gas bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan sekitar / media yang didinginkan sehingga wujudnya berubah seluruhnya menjadi gas jenuh bertekanan rendah, ini adalah proses penguapan atau pendidihan dari campuran cair dan gas menjadi gas. f. Proses pemanasan lanjut dari 1a-1
Pada Proses ini kondisi refrigeran berubah dari kondisi uap jenuh menjadi gas panas lanjut. Proses ini berlangsung secara reversible dan pada tekanan yang konstan. Proses penguapan refrigeran pada tekanan tetap. Suhu refrigeran
meningkat, tetapi nilai tekanan tetap. Adanya proses pemanasan lanjut menjadikan kondisi refrigeran masuk kompresor benar – benar dalam keadaan gas.
2.3 Perhitungan Karakteristik Mesin Kulkas Dua Pintu
a. Kerja Kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi dari titik 1 ke 2, dapat dihitung dengan Persamaan (2.1)
Win = (h2-h1) ………(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 yang dilepaskan oleh kondensor (Qout)
Energi kalor persatuan massa refigeran yang dilepas oleh kondensor
merupakan perubahan entalpi dari titik 2 ke 3, perubahan tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).
Qout = (h2-h3) …………..(2.2)
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 yang diserap oleh evaporator (Qin)
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi dari titik 4 ke 1, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).
pada Persamaan (2.3) :
Qin : energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
h1 : nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai
entalpi pada saat masuk kompresor, kJ/kg
h4 : nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi
saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4=h3, kJ/kg
d. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)
Koefisien prestasi aktual siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).
e. Koefisien prestasi ideal (COPideal)
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).
COPideal ………(2.5)
pada Persamaan (2.5) :
COPideal : koefisien prestasi ideal kulkas dua pintu
Te : suhu evaporator, oC
f. Efisiensi
Efisiensi kulkas dua pintu dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6).
Efisiensi
% ………(2.6) pada Persamaan (2.6) :
COPideal : koefisien prestasi maksimum kulkas dua pintu
COPaktual : koefisien prestasi kulkas dua pintu
2.4 Tinjauan Pustaka
Anwar, (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian ini membahas tentang efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi, koefisien prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental dengan fariasi beban pendingin yang diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt didalam ruang pendingin. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa perfoma optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bolam lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64. Sedangkan untuk waktu pendinginan diperoleh paling lama oleh beban paling tinggi (bola lampu 400 watt).
mempengaruhui kinerja komponen mesin pendingin. Efek pendinginan, panas buang kondensor dan kerja kompresi yang dihasilkan pada mesin yang
menggunakan R-22 lebih besar, namun tidak diikuti dengan laju pendinginan yang cepat. Besarnya nilai ketiga parameter ini dikarenakan besarnya laju aliran massa yang terjadi. Suhu evaporasi yang dapat dicapai R-22 lebih rendah dari pada R-12 karena kurangnya kalor serap air sebagai medium pendingin.
Wilis, GR (2013) telah melakukan penelitian yang membandingan prestasi kerja refrigeran R-22 dengan refrigeran R-134a pada mesin pendingin. Penelitian ini membahas perbandingan antararefrigeran R-22 dengan R-134a untuk
menentukan refrigeran mana yang lebih baik digunakan, baik dari efek refrigerasi, koefisien prestasi (COP) dan ramah lingkungan. Dari hasil penelitian yang
28
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Diagram Alir Pembuatan dan Pengambilan Data
Diagram alir pada Gambar 3.1 menunjukkan tahap pembuatan kulkas dua pintu dan proses penelitian:
Gambar 3.1 Diagram alir pembuatan kulkas Mulai
Persiapan Komponen-komponen Kulkas Dua Pintu
Pemvakuman Kulkas Dua Pintu Perancangan Kulkas Dua Pintu
Penyambungan Komponen-komponen Kulkas Dua Pintu
Pengisian Refrigeran R134a
Pengujian
3.2 Komponen-Komponen Kulkas Dua Pintu
Kulkas dua pintu beserta komponen-komponennya dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Kontruksi Kulkas Dua Pintu
Ruang Evaporator
Kondensor
Pipa Kapiler
Filter
Gambar 3.3 Ruangan Pendinginan/ Evaporator
Kulkas dua pintu pada kontruksi Gambar 3.2 memiliki beberapa bagian penting, yaitu : (a) kompresor, (b) kondensor, (c) evaporator, (d) pipa kapiler, (e) filter, (f) refrigeran R134a.
a. Kompresor
Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Gambar 3.4 Kompresor
Jenis kompresor : Hermetik
Seri kompresor : Model BES 45H
Volttase :220 volt
Arus : 0,88 A
Daya kompresor : 1/8 PK = 93,21 Watt ( 1 PK = 1 HP = 745,7 Watt )
b. Kondensor
Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Jenis kondensor : kondensor tipe U, dengan jumlah U = 12 (pipa dengan jari-jari penguat)
Panjang kondensor : 95 cm
Diameter pipa : 0,47 cm
Bahan pipa : Besi
Bahan sirip : Baja
Diameter sirip : 0,2 cm
Jarak antar sirip : 0,45 cm
c. Evaporator
Spesifikasi evaporator yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Jenis evaporator : Jenis pipa dengan sirip-sirip
Panjang, lebar dan tinggi : 40 cm x 18 cm x 5 cm
Bahan pipa evaporator : Alumunium
Diameter pipa evaporator : 0,55 cm
Bahan sirip evaporator : Alumunium
Diameter sirip : 0,1 cm
d. Pipa Kapiler
Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Gambar 3.7 Pipa Kapiler
Panjang pipa kapiler : 150 cm
Diameter pipa kapiler : 0,026 inchi
e. Filter
Spesifikasi filter yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Gambar 3.8 Filter
Panjang filter : 9 cm
Diameter filter : 2 cm
Bahan filter : Tembaga
f. Refrigeran R134a
Gambar 3.9 Refrigeran R134a
3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Alat
Dalam pembuatan kulkas dua pintu menggunakan alat pendukung berupa, (a) tube cutter, (b) pelebar pipa, (c) tang, (d) alat las, (e) bahan las, (f) pompa vakum, (g) manifold gauge, (h) fan motor, (i) thermostat, (j) plat baja siku, (k) styrofoam, (l) box plastik.
a. Tube Cutter (Pemotong pipa)
Gambar 3.10 Tube Cutter b. Pelebar pipa
Pelebar pipa digunakan untuk memperbesar diameter pada pipa. Ukuran alat pelebar pipa sangat bervariasi tergantung dengan kebutuhan. Tujuan dari melebarkan pipa adalah agar saat kedua pipa disambungkan dengan las dapat menempel lebih kuat bila dibandingkan dengan sambungan tanpa melakukan proses pelebaran pipa.
Gambar 3.11 Pelebar Pipa c. Tang
bentuk dan fungsi. Untuk pembuatan alat ini di butuhkan tang yang dapat menjepit pipa pada saat pengelasan.
Gambar 3.12 Tang Jepit d. Alat Las
Fungsi alat las adalah untuk menyambung pipa kapiler dan pipa-pipa pada rangkaian Kulkas dua pintu ini. Penyambungan pipa-pipa harus bagus supaya tidak terjadi kebocoran pada pipa yang di las.
Gambar 3.13 Alat Las e. Bahan Las
tembaga. Sedangkan bahan borak digunakan untuk penyambungan tembaga dengan besi, agar hasil pengelasan lebih baik.
Gambar 3.14 Bahan Las f. Pompa Vakum
Pompa vakum berfungsi untuk menghisap atau menghilangkan udara dan uap air yang ada didalam sistem mesin pendingin kulkas. Hal ini dilakukan karena udara yang mengandung uap air akan mempercepat proses pembekuan zat pendingin (refrigeran) yang dapat mengakibatkan saluran-saluran akan tersumbat es.
g. Manifold Gauge
Manifold gauge adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat kulkas bekerja.
Gambar 3.16 Manifold Gauge h. Fan motor (kipas)
Fan motor mempunyai fungsi besar dalam sistem pembekuan. Fan motor terletak didalam kotak plastik dengan evaporator. Fan motor ini nanti berkerja mensirkulasi udara dingin didalamnya sehingga dapat membuat beban yang ada didalamnya menjadi sangat dingin (beku).
i. Termostat
Termostat berfungsi sebagai pengatur suhu pada evaporator yang kita
inginkan. Jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai dengan kebutuhan maka alat ini akan memutuskan arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.
Gambar 3.18 Termostat j. Plat Baja Siku
Plat baja mempunyai fungsi sebagai kerangka dasar pembuatan kulkas dua pintu dan sebagai tempat komponen - komponen utama kulkas dua pintu.
k. Styrofoam
Styrofoam mempunyai fungsi sebagai dinding evaporator di bagian dalam agar suhu dari evaporator tidak kontak langsung dengan udara luar melalui dengan dinding bagian luar.
Gambar 3.20 Styrofoam l. Box Plastik
Box plastik mempunyai fungsi sebagai rangka tempat evaporator dengan blower.
3.4 Langkah – Langkah Pembuatan Alat
Langkah – langkah pembuatan Kulkas dua pintu adalah sebagai berikut : a. Proses Persiapan.
Pertama tama siapkan komponen utama Kulkas dau pintu seperti kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, filter, refrigeran R134a dan komponen pendukung lainnya seperti alat pemotong pipa, pelebar pipa tang, gergaji, alat las, bahan las, pompa vakum, manifold gauge, plat baja siku, fan motor dan lain – lainnya.
b. Merakit Kerangka Kulkas.
Kulkas dua pintu ini dirangka dengan plat besi siku yang kokoh. Pada proses ini di butuhkan alat gergaji untuk memotong plat baja siku sesuai ukuran panjang, lebar dan tinggi yang sudah ditentukan sebelumnya dengan bantuan alat ukur. Pada pembelian plat baja siku sudah dilengkapi dengan baut untuk menyambungkan plat baja yang sudah dipotong.
c. Pengelasan/ Penyambungan Antar Komponen – Komponen.
Pengelasan pada bagian pipa pres (keluar) pada kompresor dengan kondensor. Pada proses pengelasan atau penyambungan ini menggunakan bahan perak dan kuningan. Dalam penyambungan terdapat perbedaan material yang akan disambungkan pipa keluar kompresor terbuat dari bahan tembaga sedangkan kondensor terbuat dari besi. Proses penyambungan komponen ini dibutuhkan bahan bantu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material dan agar pipa saluran keluar kompresor dan pipa masuk kondensor tersambung dengan baik dan tidak mengalami kebocoran. Pengelasan ini dibutuhkan alat bantu tang untuk menahankomponen yang akan dilakukan pengelasan serta alat bantu pelebar pipa agardapat tersambung dengan baik.
Proses pengelasan menggunakan bahan perak dan kuningan serta borak sebagai perekat dalam proses pengelasan karena terdapat perbedaan material antara kondensor dengan pipa tembaga. Pengelasan ini dibutuhkan alat bantu tang untuk membantu menjepit atau menahan pipa tembaga pada saat penyambungan serta alat bantu pelebar pipa agar dapat tersambung dengan baik.
Gambar 3. 24 Proses pengelasan Filter dengan kondensor
Gambar 3.25 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler
Pengelasan antara pipa kapiler dengan evaporator. Dalam pengelasan atau penyambungan ini berfungsi untuk menyambungkan saluran keluar pipa kapiler dengan saluran masuk evaporator. Proses pengelasan menggunakan bahan bahan perak dan kuningan. Dan dibutuhkan alat bantu tang untuk menahan komponen dan juga untuk memipihkan pipa masuk evaporator agar dapat tersambung dengan baik.
Pengelasan pipa pengembalian dari evaporator dengan kompresor bagian suction (isap). Dalam proses pengelasan ini dibutuhkan pipa tembaga untuk
menyambungakan pipa output evaporator dengan pipa isap kompresor. Proses pengelasan ini menggunakan bahan perak dan kuningan. Dan menggunakan alat bantu tang untuk menahan komponen yang akan dilakukan pengelasan serta alat bantu pelebar pipa agar dapat tersambung dengan baik.
Gambar 3.27 Proses Pengelasan evaporator dengan kompresor d. Proses Pengisian Metil.
Proses pemetilan berfungsi untuk membersihkan saluran – saluran pipa – pipa pada kulkas dua pintu yang sudah jadi dari kotoran – kotoran, misalnya kotoran dari pengelasan, dan menyakinkan apakah ada terjadi kebocoran.
Gambar 3.28 Proses pengisian metil e. Proses Pemvakuman.
Pemvakuman ini berfungsi untuk mengeluarkan udara yang masih terjebak. Sebelumnya di pastikan semua rangkaiannya rapat semua (las dan pentil). Proses pemvakuman ini di perlukan pompa vakum untuk membantu proses pengvakuman agar siklus dalam kulkas dua pintu ini dapat bekerja dengan maksimal.
f. Proses Pengisian Freon.
Proses pengisian Freon ini menggunakan refrigeran R134a sebagai fluida kerja kulkas dua pintu. Tekanan yang akan dimasukan dalam siklus kulkas harus sesuai dengan standar kerja kulkas dua pintu (10 psi) agar dapat bekerja dengan maksimal. Isi refrigeran R134a ini sebanyak 330 ml.
Gambar 3.30 Proses pengisian refrigeran R134a
g. Proses Uji Coba
50
BAB IV
PENGAMBILAN DATA DAN METOLOGI PENELITIAN
Gambar 4.1 Diagram alir pengambilan data dan metodologi penelitian
4.1 Mesin yang diteliti
Mesin yang diteliti merupakan kulkas dua pintu hasil rangkaian sendiri dengan komponen standar dari kulkas dua pintu yang ada di pasaran. Kulkas bekerja dengan siklus kompresi uap yang disertai dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut, berdaya 115 watt dan mempunyai panjang pipa kapiler 150 cm. Proses pendinginan yang terjadi dalam kulkas ini dilakukan oleh udara dingin yang di sirkulasikan oleh fan. Proses pendinginan di ruang pendingin sama seperti yang terjadi pada kulkas dua pintu yang ada di pasaran.
Pengujian
Pencatatan Data : T1, T3, P1, P2, I, V
Penggambaran siklus kompresi uap pada P-h diagram
Perolehan nilai h1, h2, h3, h4, Te, dan Tc
Pegolahan Data Win, Qin, Qout, COPaktual, COPideal,
Efisiensi, dan Laju aliran massa (m)
Pembahasan, Kesimpulan dan Saran
(a)
(b)
Gambar 4.2, (a) Mesin kulkas dua pintu yang diteliti tampak luar dan (b) menunjukkan tampak dalam rangka.
Fan Evaporator
Filter Pipa kapiler
Kompresor Kondensor
4.2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti
Pada Gambar 4.3 menyajikan skematik dari mesin pendingin kulkas dua pintu yang diteliti. Dalam skematik ini ditentukan posisi titik – titik yang dipasangi alat ukur suhu dan tekanan dari kulkas dua pintu.
Gambar 4.3 Skematik mesin pendingin kulkas dua pintu
Keterangan Gambar 4.3 :
Titik 1 : posisi termokopel sebelum masuk kompresor dan posisi alat ukur tekanan sebelum masuk kompresor
Titik 2 : posisi alat ukur tekanan setelah keluar kompresor
4.3 Alat Bantu Penelitian
Dalam penelitian kulkas dua pintu ini memerlukan alat – alat ukur untuk membantu dalam pengujian kulkas dua pintu tersebut. Alat – alat bantu tersebut adalah : (a) Termokopel dan Penampil suhu digital APPA, (b) Tang meter, (c) Pengukur tekanan, (d) P – h diagram, (e) Air/ beban pendingin, (f) Kabel roll, (g) Aluminium foil, (h) Isolasi.
a. Termokopel dan Penampil suhu digital APPA
Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk mengubah suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik. Sedangkan Penampil suhu digital APPA mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai suhu yang diukur.
(a) (b)
b. Tang meter
Alat ini berfungsi untuk mengukur berapa besar arus yang mengalir masuk kedalam kompresor.
Gambar 4.5 Tang meter
c. Pengukur Tekanan (Manifold Gauge)
Gambar 4.6 Pengukur Tekanan
d. P – h diagram
P – h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin kulkas dua pintu. Dengan P – h diagram ini dapat diketahui nilai entalpi disetiap titik yang ditinjau.
e. Air (beban pendingin)
Air mempunyai fungsi sebagai beban pendingingan pada mesin pendingin kulkas dua pintu yang dipergunakan dalam penelitiian. Beban air yang dipergunakan adalah sebesar 330 ml.
Gambar 4.8 Botol Air
f. Kabel Roll
Kabel roll merupakan alat bantu yang berfungsi membagi daya listrik ke sejumlah alat, baik listrik maupun elektronik. Hal ini dikarenakan panjang kabel listrik pada alat penelitian terbatas.
g. Aluminium Foil
Aluminium foil mempunyai fungsi sebagai pelindung bagian komponen yang akan diukur suhunya agar suhu tetap stabil dan tidak terpengaruh oleh suhu yang ada dibagian luar komponen yang diukur.
Gambar 4.10 Aluminium Foil
h. Isolasi
Isolasi merupakan alat bantu yang berfungsi untuk merekatkan termokopel dengan bagain komponen yang akan diukur suhunya.
4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang
Sudah Ditentukan
Data – data penelitian di peroleh dari hasil pengukuran alat ukur suhu dan tekanan. Hasilnya disajikan dalam tabel seperti Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Cara mencatat hasil pengukuran suhu
No.
Prosedur pengolahan data :
h diagram. Dengan menggambarkan dalam P–h diagram dapat diketahui hasil entalpi (h1, h2, h3, h4 ) dan suhu evaporator serta suhu kondensor. Diasumsikan
proses kompresi pada kompresor berlangsung secara isentropis. Proses yang berlangsung dari pipa keluar kompresor sampai dengan pipa masuk filter berjalan pada tekanan yang tetap demikian juga proses dari pipa keluar filter sampai dengan sebelum masuk kompresor.
Gambar 4.12 Cara menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h
a. Data nilai – nilai enthalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk menghitung besarnya energikalor persatuan massa yang dilepaskan oleh kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor
persatuan massa yang diserap oleh evaporator, nilai COP aktual, nilai COP idealkulkas dua pintu, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran.
b. Perhitungan dan pengolahan data dapat menggunakan persamaan – persamaan (2.3) untuk menghitung kerja kompresor, persamaan(2.4) untuk menghitung energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor, persamaan (2.5) untuk menghitung energi kalor yang diserap evaporator, persamaan (2.6) untuk menghitung COP aktual, persamaan (2.7) untuk menghitung COP ideal, persamaan (2.8) untuk menghitung efisiensi kulkas dua pintu dan persamaan (2.9) untuk menghitung laju aliran massa refrigeran.
c. Hasil – hasil perhitungan kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan untuk pengolahan data dan pembahasan. Pada saat melakukan pembahasaan harus memperhatikan hasil – hasil penelitian sebelumnya yang relevan, serta tidak menyimpang dari tujuan penelitian.
4.6Cara Mendapatkan Kesimpulan
61
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN
PEMBAHASAN
5.1 Hasil Penelitian
a. Data suhu, tekanan, arus, dan voltage.
Hasil penelitian berupa nilai suhu refrigeran masuk kompresor, suhu refrigeran keluar kondensor, tekanan refrigeran masuk kompresor dan tekanan refrigeran keluar kompresor, voltage, dan arus listrik disajikan pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1.Nilai rata – rata suhu masuk kompresor, keluar kondensor, tekanan masuk kompresor, keluar kompresor, arus dan voltage.
Tabel 5.1.Nilai rata – rata suhu masuk kompresor, keluar kondensor, tekanan masuk kompresor, keluar kompresor, arus dan voltage.(Lanjutan)
No.
Keterangan untuk Tabel 5.1:
T1: suhu refrigeran masuk kompresor, oC
T3: suhu refrigeran keluar kondensor, oC
P1: tekanan refrigeran masuk kompresor, bar.
P2 : tekanan refrigeran keluar kompresor, bar.
Suhu kerja evaporator, suhu kerja kondensor dan suhu refrigeran keluar kompresor di dapat dari P-h diagram.Tabel 5.2.Menyajikan suhu kerja evaporator, suhu kerja kondensor dan suhu keluar kompresor.
5.2. Perhitungan
a. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran R134a (Win)
Perhitungan kerja kompresor dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.3) yaitu Win = h2-h1, kJ/kg. Contoh perhitungan dilakukan dengan
menggunakan data pada menit ke 270. Diperoleh hasil Win = 454,5 – 414,5 = 40
kJ/kg. Hasil untuk semua perhitungan disajikan pada Tabel 5.4. Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama.
Tabel 5.4. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran R134a (Win)
Tabel 5.4. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran R134a (Win). (Lanjutan)
Hasil penelitian kerja kompresor persatuan massa refrigeran R134a bila disajikan dalam bentuk grafik seperti terlihat pada Gambar 5.1.
Gambar 5.1 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari waktu ke waktu
b. Energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang dilepaskan oleh kondensor (Qout).
Hasil penelitian energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang dilepaskan kondensor bila disajikan dalam bentuk grafik, seperti terlihat pada Gambar 5.2
Gambar 5.2 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepaskan kondensor
dari waktu ke waktu.
c. Energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang diserap oleh evaporator (Qin).
Perhitungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dengan menggunakan Persamaan (2.5), yaitu: = - , kJ/kg. Contoh perhitungan dilakukan dengan menggunakan data pada menit 270.Dihasilkan = 414,5 – 252,7 = 161,8 kJ/kg. Hasil perhitungan untuk semua data disajikan pada Tabel 5.6.
Tabel 5.6 Energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang diserap oleh
evaporator (Qin). (Lanjutan)
Hasil penelitian energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang di serap oleh evaporator bila disajikan dalam bentuk grafik, seperti terlihat pada Gambar 5.3.
Gambar 5.3 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dari
waktu ke waktu.
d. Nilai Coefficient of Perfomance actual (COPactual)
Perhitungan Coefficient of Perfomance actual dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.6), yaitu: = perhitungan dilakukan dengan menggunakan data pada menit 270. Diperoleh hasil = keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.7.
Tabel 5.7 Hasil perhitungan Coefficient of Performance actual (COPaktual)
Tabel 5.7 Hasil perhitungan Coefficient of Performance actual(COPaktual)
Gambar 5.4.COPaktual mesin kulkas dua pintu dari waktu ke waktu.
e. Nilai Coefficient of Performance ideal(COPideal)
PerhitunganCoefficient of Performance ideal dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.7), yaitu: : = (273,15 + Te) / (Tc – Te)
Contoh perhitungan dilakukan dengan menggunakan data pada menit 270. Diperoleh hasill = (275,15 + (-11,8)) / (40,8-(-11,8)) = 5,00. Hasil perhitungan secara keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.8.
Tabel 5.8 Hasil perhitungan Coefficient of Performanceideal (COPideal)
Tabel 5.8 Hasil perhitungan Coefficient of Performanceideal(COPideal). (Lanjutan)
Hasil penelitian Coefficient of Performance idealbila disajikan dalam grafik, seperti terlihat pada Gambar 5.5.
f. Nilai Efisiensi
Perhitungan Efisiensi kulkas dua pintu dengan menggunakan Persamaan (2.8), yaitu: Efisiensi =
x100%. Contoh perhitungan dilakukan dengan
menggunakan data pada menit 270. Diperoleh hasil Efisiensi =
x 100% = 81,3. Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.9
Tabel 5.9 Hasil perhitungan efisiensi kulkas dua pintu.
Hasil penelitian Efisiensi bila disajikan dalam bentuk grafik, seperti terlihat pada Gambar 5.6
Gambar 5.6 Efisiensi dari waktu ke waktu
g. Nilai Laju Aliran Massa Refrigeran
Perhitungan laju aliran massa refrigeran dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.9), yaitu: m =
. Contoh perhitungan dilakukan dengan
menggunakan data pada menit 270. Diperoleh hasil m =
.Hasil perhitungan untuk keseluruhan data disajikan pada Tabel 5.10.
Tabel 5.10 Laju aliran massa refrigeran.
Tabel 5.10 Laju aliran massa refrigeran. (Lanjutan)
Hasil penelitian laju aliran massa refrigeran disajikan dalam bentuk grafik, pada Gambar 5.7
Gambar 5.7.Laju aliran massa refrigeran dari waktu ke waktu
5.3 Pembahasan
Mesin kulkas dua pintu dengan daya kompresor 1/8 PK dengan panjang pipa kapiler 150 cm dan menggunakan refrigerant R134a berhasil dirangkai dengan baik dan dapat bekerja dengan baik. Suhu kerja evaporator dapat mencapai -10,9oC, dan suhu kondensor dapat bekerja pada suhu 41,17oC. Siklus kompresi uap bekerja dengan disertai proses pendingin lanjut dan pemanas lanjut.
Hasil penelitian untuk kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran R134a disajikan pada Tabel 5.4 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.1. Dari data yang diperoleh kerja kompresor dari waktu ke waktu berlaku untuk t = 15 menit sampai t = 300 menit. Kerja kompresor terendah sebesar 37,3 kJ/kg dan tertinggi sebesar 43,2 kJ/kg, sedangkan rata – ratanya sebesar 40,9 kJ/kg. Harga rata – rata ini dapat dianggap sebagai kerja kompresor pada saat stabil. Dari Gambar 5.1 terlihat bahwa setelah 15 menit kerja kompresor menampilkan harga yang tidak banyak berubah.
Hasil penelitian untuk energi kalor persatuan massa refrigeran R134a yang dilepas kondensor disajikan pada Tabel 5.5 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.2. Dari data yang diperoleh, energi kalor yang dilepas kondensor dari waktu ke waktu berlaku t = 15 menit sampai dengan 300 menit. Energi kalor yang dilepas kondensor terendah sebesar 195,8 kJ/kg dan tertinggi sebesar 203,6 kJ/kg, sedangkan rata – ratanya 200 kJ/kg. Dari Gambar 5.2 terlihat bahwa dalam waktu 15 menit, mesin sudah bekerja secara stabil.
Hasil penelitian untuk Coefficient of Perfomance (COPaktual) disajikan pada
Tabel 5.7 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.4. Dari data yang diperoleh COPaktual dari waktu ke waktu berlaku untuk t = 15 menit sampai
dengan 300 menit. COPaktual terendah sebesar 3,6 dan tertinggi sebesar 4,3,
sedangkan rata – ratanya sebesar 3,9. Dari Gambar 5.4 terlihat bahwa dalam waktu 15 menit, mesin sudah bekerja secara stabil.
Hasil penelitian untuk Coefficient of Perfomance (COPideal) disajikan pada
Tabel 5.8 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.5. Dari data yang diperoleh COPideal dari waktu ke waktu berlaku untuk t = 15 menit sampai dengan
300 menit. COPideal terendah sebesar 4,9 dan tertinggi sebesar 5,2, sedangkan rata
– ratanya sebesar 5,0. Dari Gambar 5.5 terlihat bahwa dalam waktu 15 menit, mesin sudah bekerja secara stabil.
Hasil penelitian untuk efisiensi kulkas dua pintu disajikan pada Tabel 5.9 dan dalam bentuk grafik disajikan pada Gambar 5.6. Dari data yang diperoleh, efisiensi kulkas dua pintu dari waktu ke waktu berlaku untuk t = 15 menit sampai dengan 300 menit. Efisiensi terendah sebesar 72,1% dan tertinggi sebesar 84,0%, sedangkan efisiensi rata – ratanya sebesar 77,5%. Dari Gambar 5.6 terlihat bahwa dalam waktu 15 menit, mesin sudah bekerja secara stabil.
Pada saat stabil, nilai Qin, Qout, Win, COP dan efisiensi sedikit mengalami
80
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Penelitian mesin kulkas dua pintu memberikan hasil :
a. Kulkas dua pintu hasil rancangan dapat bekerja dengan baik, mampu memberikan suhu kerja evaporator sebesar -10,9oC, dan suhu kerja kondensor sebesar 41,17oC.
b. Kerja kompresor (Win) pada saat stabil sebesar 40,9 kJ/kg.
c. Energi kalor yang dilepas kondensor (Qout) pada saat stabil sebesar 200
kJ/kg.
d. Energi kalor yang diserap evaporator (Qin) pada saat stabil sebesar 159,5
kJ/kg.
e. Coefficient of Performance (COPaktual) pada saat stabil sebesar 3,9.
f. Coefficient of Performance (COPideal) pada saat stabil sebesar 5,0.
g. Nilai efisiensi (η) pada saat stabil sebesar 77,5%.
h. Nilai laju aliran massa refrigerant (m) pada saat stabil sebesar 0,00318 kg/s.
6.2 Saran
Setelah dilakukan pengambilan data dari mesin kulkas dua pintu dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut ada kekurangan dan kelebihan yang perlu di perhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin ini, antara lain:
a. Penelitian dapat di kembangkan dengan mempergunakan kompresor yang berdaya lebih besar.
b. Pengambilan data sebaiknya dilakukan di ruangan tertutup, karena jika dilakukan di ruangan terbuka suhu udara luar berubah – ubah dan bisa
81
DAFTAR PUSTAKA
Dirja. 2004. Dasar Mesin Pendingin. Departemen Pendidikan Nasional. Diakses: Tanggal 06 April 2012.
Wedha, L. 2012. Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut. Skripsi (tidak diterbitkan).Yogyakarta: Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma.
Putra,2009. Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjutdan Pendinginan Lanjut pada Siklus Kompresi Uap dan Menggunakan Kompresor Berdaya 1/8 PK. Skripsi (tidak diterbitkan). Yogyakarta: Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
