i
KULKAS DUA PINTU
DENGAN DAYA KOMPRESOR 1/8 PK, PANJANG PIPA
KAPILER 160 CM DAN REFRIGERAN R134a
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai gelar Sarjana Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
ADRIANUS ADRI NANDA APRIKUSANI
NIM : 105214057
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
TWO DOORS REFRIGERATOR WITH 1/8 PK
COMPRESSOR POWER, 160 CM CAPILLARY TUBE,
AND R134a REFRIGERANT
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering
By :
ADRIANUS ADRI NANDA APRIKUSANI
Student Number : 105214057
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
ABSTRAK
Kulkas mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kehidupan manusia pada masa sekarang ini, terutama untuk keperluan rumah tangga. Kulkas berfungsi untuk mengawetkan bahan makanan seperti sayur – sayuran, buah – buahan, dan daging agar tetap segar serta untuk membekukan air menjadi es batu. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) membuat mesin pendingin kulkas dua pintu, (b) mengetahui kerja kompresor, (c) mengetahui kalor yang dilepas kondensor, (d) mengetahui kalor yang diserap evaporator, (e) mengetahui nilai dan
, (f) efisiensi dan, (g) laju aliran massa refrigeran dari mesin pendingin
kulkas kulkas dua pintu.
Penelitian dilakukan dilaboratorium manufaktur Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Mesin pendingin kulkas dua pintu bekerja dengan siklus kompresi uap. Panjang pipa kapiler yang digunakan 160 cm dengan kompresor jenis hermetik yang berdaya 1/8 pk, sedangkan kondensor dan evaporator yang digunakan merupakan kondensor dan evaporator standar untuk mesin kulkas dua pintu berdaya 1/8 PK serta menggunakan refrigeran R134a. Sedangkan beban pendinginannya menggunakan air dengan volume sebesar 500 ml.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa (a) kulkas dua pintu berhasil dibuat dan bekerja dengan baik dan bisa membekukan air dengan volume sebesar 500 ml secara merata selama 480 menit dengan suhu kerja evaporator sekitar – 16°C dan suhu kerja kondensor sekitar 50,3°C. (b) Kerja kompresor persatuan massa sekitar 71,16 %. (g) Laju aliran massa refrigeran kulkas dua pintu (m) mempunyai nilai yang relatip tetap (stabil) 0,00231 kg/detik.
viii
ABSTRACT
Refrigerator has a very important function in human life at the present time, particularly for household use. Refrigerator serves to preserve foodstuffs such as vegetables , fruits, and meat in order to keep them fresh water into ice cube. The aims of this research were (a) make the cooling machine wo-door refrigerator, (b) know the compressor work, (c) know the heat whinch is released by condenser, (d) know the heat whinch is absorbed by the evaporator, (e) know the value of COPaktual and COPideal, (f) efficiency and, (g) the refrigerant mass flow rate of the cooling machine two-door refrigerator.
The research was conducted in Mechanical Engineering Manufacturing laboratory, Faculty of Science and Technology Sanata Dharma University Yogyakarta. Two-door refrigerator cooling machine works with the vapor compression cycle. The length of the capillary tube which used is 160 cm with a powerful hermetic compressor types 1/8 Pk, while the condenser and the evaporator which is used-is a standard for the machine of two-door refrigerator also use R134a refrigerant.On the other hand, the cooling load uses water with a volume of 500 ml.
The survey results revealed that (a) the two-door refrigerator successfully created and well-worked and could freeze the water with a volume of 500 ml evenly for 480 minutes with the working temperature of the evaporator approximately - 16 ° C and a working temperatur of the condenser about 50.3 ° C. (b) The working compressor refrigerant mass unity (W_in) has a value that is relatively fixed (stable) about 60 kJ / kg. (c) refrigerant mass unity of heat energy which is released by the condenser (Q_out) has a value that is relatively fixed (stable) approximately 226 kJ / kg. (d) refrigerant mass unity of heat energy whinch is absorbed by the evaporator (Q_in) has a value that is relatively fixed (stable) approximately 166 kJ / kg. (e) the actual achievement coefficient (COPaktual) has a value that is relatively fixed (stable) about 2.77, and the ideal achievement coefficient (COPideal) has a value that is relatively fixed (stable) about 3.88. (f) The efficiency of the two-door refrigerator (%) has a value that is relatively fixed (stable) approximately 71.16%. (g) the refrigerant mass flow rate of the cooling machine two-door refrigerator (m) has a value that is relatively fixed (stable) 0.00231 kg / sec.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
rahmatNya yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya
dapat diselesaikan dengan baik dan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memenuhi mendapatkan gelar
sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan dan dukungan dari
berbagai pihak, akhirnya Skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Pada
kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S. Si., M. Sc., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M. T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
dan sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Dr. Drs. Vet. Asam Damanik, sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
4. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama
kuliah di Universitas Sanata Dharma.
5. Y. Kuperseribu dan Bibiana Poryani, sebagai orang tua yang selalu memberi
dorongan doa dan motivasi kepada penulis.
6. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2010 yang selalu memberi dorongan
x
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Segala kritikan dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi
penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti penulis harapkan semoga
Skripsi ini dapat member manfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 19 Desember 2014
xi
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………..v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASIKARYA ILMIAH…………..……vi
2.1.1 Prinsip kerja kulkas dua pintu...6
2.1.2 Komponen – komponen utama mesin pendingin...8
2.1.3 Komponen – komponen pendukung mesin pendingin...14
2.1.4 Laju perpindahan kalor...16
2.1.5 Refrigeran atau bahan pendingin...17
2.1.6 Siklus kompresi uap...20
xii
2.2 Perbedaan kulkas satu pintu dan kulkas dua pintu………...27
2.2.1 Kulkas satu pintu………..27
2.2.2 Kulkas dua pintu………...28
2.3 Tinjauan pustaka...29
BAB III. PEMBUATAN ALAT ...31
3.l Diagran alir pelaksanaan...31
3.2 Komponen utama mesin kulkas dua pintu ...32
3.3 Peralatan yang digunakan untuk pembuatan kulkas dua pintu ...35
3.4Langkah – pembuatan alat ...41
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN...45
4.1 Benda Uji ...45
4.2 Skematik Alat Penelitian ...46
4.3 Beban pendinginan ...47
4.4 Alat bantu penelitian ...47
4.5 Cara mendapatkan data ...51
4.7 Cara Mengolah Data ...51
4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan ...53
BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN...54
5.1 Hasil Penelitian...54
5.2 Perhitungan ...56
xiii
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN...71
6.1 Kesimpulan ...71
6.2 Saran ...72
DAFTAR PUSTAKA ...73
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komponen utama mesin kulkas dua pintu siklus kompresi uap……8
Gambar 2.2 Kompresor………..9
Gambar 2.3 Evaporator………11
Gambar 2.4 Kondenser……….12
Gambar 2.5 Pipa kapiler………....13
Gambar 2.6 Filter ……….13
Gambar 2.7 Themostat………..14
Gambar 2.8Overload motor protector………..15
Gambar 2.9 Heater………....15
Gambar 2.10 Fan atau blower………...16
Gambar 2.11 skema siklus kompresi uap………..20
Gambar 2.12 Diagram P-h siklus kompresi uap………...20
Gambar 2.13 Diagram T-s siklus kompresi uap………...21
Gambar 2.14 Kulkas satu pintu………..27
Gambar 2.15 Kulkas dua pintu………...28
Gambar 3.1 Diagram Alir Pelaksanan Penelitian……….31
Gambar 3.2. Kompresor hermetik Gambar ………..32
Gambar 3.3 Kondensor……….33
Gambar 3.4. Evaporator………....33
Gambar 3.5. Pipa Kapiler………..34
xv
Gambar 3.7. Pemotong Pipa (Tube cutter)………35
Gambar 3.8. Pelebar Pipa………..36
Gambar 3.9. Tang………..37
Gambar 3.10. Alat las………37
Gambar 3.11. Bahan las……….38
Gambar 3.12. Pressure gauge……….38
Gambar 3.13. Fan Motor………39
Gambar 3.14. Termostat……….40
Gambar 3.15. Pompa Vakum……….40
Gambar 3.16. Proses penyambungan komponen kulkas dua pintu………...42
Gambar 3.17. Proses Pemvakuman………43
Gambar 3.18. Proses Pegisian Refrigeran ……….44
Gambar 4.1 Mesin Kulkas dua pintu yang diteliti……….45
Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin kulkas dengan posisi alat………46
Gambar 4.3 Beban pendingin……….47
Gambar 4.4 Termokopel dan alat Penampil suhu digital APPA………48
Gambar 4.5 Pengukur Tekanan………..48
Gambar 4.6 Tang meter………..49
Gambar 4.7 Ph diagram………..49
Gambar 4.8 Kabel Roll………..50
Gambar 4.9 solasi………...50
xvi
Gambar 5.1 Kerja kompresor persatuan massa refrigerant ( ) dari t = 30 menit
sampai t= 480 menit……….64
Gambar 5.2 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor
( ) dari t = 30 menit sampai t= 480 menit………..65
Gambar 5.3 Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
dari t = 30 menit sampai t= 480 menit……….66
Gambar 5.4 Koefisien prestasi actual ( ) dari t = 30 menit sampai t= 480
menit……….67
Gambar 5.5 Koefisien prestasi ideal ( ) dari t = 30 menit sampai t= 480
menit………...68
Gambar 5.6 Efisiensi kulkas dua pintu (%) dari t = 30 menit sampai t = 480
menit……….69
Gambar 5.7 Laju aliran massa refrigeran kulkas dua pintu dari t = 30 menit
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan………...51
Tabel 5.1 Nilai suhu masuk kompresor ( ) dan suhu masuk pipa kapiler ( ) kompresor serta tekanan refrigeran masuk ( ) dan keluar ( ) kompresor ...54
Tabel 5.2 Nilai suhu kerja evaporator dan kondensor ………...55
Tabel 5.3 Nilai entalpi di titik 1, 2, 3, dan 4 ……….56
Table 5.4 Hasil perhitungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran ( ) ...57
Tabel 5.5 Hasil perhitungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( )………...58
Tabel 5.6 Hasil perhitungan energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator ( )………...59
Table 5.7 Hasil perhitungan koefisien prestasi aktual ( )………..60
Table 5.8 Hasil perhitungan koefisien prestasi ideal ( ………..61
Table 5.9 Hasil perhitungan efisiensi kulkas dua pintu (%)………..62
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Pada jaman sekarang ini mesin pendingin sudah menjadi kebutuhan bagi
rumah tangga. Mesin pendingin bukan lagi merupakan peralatan yang mewah bagi
masyarakat. Kebutuhan rumah tangga akan mesin pendingin berawal dari
keinginan manusia untuk mengawetkan bahan makanan, agar manusia tidak
direpotkan untuk menyediakan bahan makanan setiap harinya.
Beberapa jenis mesin pendingin dapat dibedakan atas fungsinya. Ada mesin
pendingin yang berfungsi untuk membekukan dan mendinginkan untuk tujuan
mengawetkan bahan makanan, ada pula mesin pendingin yang dipergunakan
untuk sistem pengkondisian udara. Contoh mesin pendingin yang berfungsi untuk
membekukan dan mendinginkan untuk tujuan mengawetkan bahan makanan
adalah : kulkas, showckase, dispenser, ice maker,chest freezer, freezer, dan cold storage. Contoh mesin pendingin yang digunakan untuk pengkondisian udara seperti AC dan water chiller.
Proses pendinginan pada mesin pendingin, umumnya menggunakan sistem
kompresi uap. Sebagai fluida kerja digunakan refrigeran yang mudah diubah
bentuknya dari cair menjadi gas maupun dari gas menjadi cair. Refrigeran
berfungsi untuk mengambil panas dari evaporator dan membuang panas di
refrigeran yang ramah terhadap lingkungan. Refrigeran yang ramah
lingkungan tidak mengandung clorofluorocarbon (CFC) yang dapat merusak ozon. Mengingat pentingnya mesin pendingin dan luasnya pemakaian mesin
pendingin, maka penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin
pendingin dengan melakukan penelitian tentang mesin pendingin. Penelitian di
khususkan untuk mesin kulkas dua pinti
1.2. Perumusan Masalah
Masalah utama pada mesin pendingin yang ada dipasaran adalah tidak
diketahuinya informasi tentang COP dan efisiensi dari mesin pendingin tersebut.
Mesin – mesin pendingin yang ada di pasaran pada umumnya hanya diketahuinya
karakteristik dari mesinnya.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat mesin pendingin kulkas dua pintu.
b. Menghitung kerja kompresor persatuan massa refigeran kulkas dua pintu.
c. Menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
dari mesin pendingin kulkas dua pintu.
d. Menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor
dari mesin pendingin kulkas dua pintu.
f. Efisiensi mesin pendingin kulkas dua pintu.
g. Laju aliran massa refrigeran dari mesin pendingin kulkas dua pintu.
1.4. Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada pembuatan mesin pendingin dengan sistem
kompresi uap dengan menggunakan komponen dan spesifikasi sebagai berikut :
a. Kompresor dengan daya 1/8 PK (seperti yang tercantum pada name plate
kompresor).
b. Evaporator dan kondensor yang dipergunakan merupakan evaporator dan
kondensor standar untuk mesin pendingin kulkas dua pintu berdaya 1/8 PK.
c. Panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 160 cm, berdiameter 0,026 inci
berbahan tembaga.
d. Refrigeran yang digunakan adalah R134a
e. Beban pendingin yang digunakan adalah air dengan volume 500 ml.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah :
a. Bagi penulis menjadikannya mampu memahami karakteristik mesin pendingin
yang bekerja dengan siklus kompresi uap.
b. Bagi penulis menjadikannya mempunyai pengalaman dalam pembuatan mesin
c. Hasil dari penelitian ini dapat dipergunakan sebagai referensi bagi penelitian
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Kulkas Dua Pintu
Kulkas merupakan jenis mesin pendingin yang digunakan untuk
mendinginkan dan membekukan. Kulkasatau Lemari Esadalah salah satu
kebutuhan yang penting bagi masyarakat di zaman sekarang. Kulkas sendiri
adalah alat yang berfungsi untuk membekukan es dan menyimpan bahan
makanan, seperti daging, sayur – sayuran dan buah-buahan agar tidak membusuk
dan tetap segar.
Kulkas dua pintu merupakan konsep baru yang berbeda dari kulkas satu
pintu yang lebih dulu dipasarkan. Kulkas dua pintu muncul karena besarnya
permintaan konsumen pada lemari pendingin dengan kapasitas yang lebih besar.
Kemunculannya adalah respon atas kebutuhan pasar yang kurang puas dengan
kulkas satu pintu. Ketidakpuasan konsumen tersebut merupakan hal yang wajar.
Karena setiap produk pasti punya kelebihan dan kekurangan masing-masing,
termasuk kulkas. kelebihan kulkas dua pintu yang utama adalah untuk menyimpan
bahan makanan dalam jumlah lebih besar. Demikian pula makanan berukuran
besar tidak perlu dipotong sampai kecil-kecil agar masuk ke dalam kulkas, dengan
Kulkas dua pintu juga memiliki efek pendinginan yang lebih besar
dibandingkan dengan kulkas satu pintu. Ini untuk menjamin suhu dingin
menjangkau semua item makanan yang disimpan. Suhu yang lebih dingin
memungkinkan makanan dapat disimpan lebih awet dan lebih tahan lama. Selain
itu juga membuat makanan lebih higienis karena lebih terjaga dari kuman dan
bakteri.
2.1.1 Prinsip Kerja Kulkas Dua Pintu
Ada 2 prinsip (system) kerja kulkas dua pintu, yaitu:
1. Kerja mendinginkan
2. Kerja membekukan
Kerja Kulkas mendinginkan merupakan kerja utama dari mesin pendingin
tersebut. Di mana kedua jenis kerja tersebut adalah kelanjutan dari mendinginkan
menjadi membekukan.
1. Kerja mendinginkan (cooling)
Hukum fisika yang menjadi dasar kerja proses pendinginan di kulkas,
terutama Hukum Termodimanika Kedua oleh Mr. Clausius, yang mengatakan
bahwa kalor (panas) berpindah dengan sendirinya dari benda bersuhu tinggi ke
benda bersuhu rendah. Hukum fisika ini dijalankan dengan baik oleh bagian yang
bernama “evaporator”. Selain itu proses pendinginan terjadi adanya refrigerant
(bahan pendingin), dimana refrigerant yang menguap akan berubah wujud dari
cair menjadi gas. Di dalam evaporator akan mengambil kalor/panas dari bagian
meniupkan hawa dingin yang berasal dari sekeliling dinding bagian luar
evaporator yang dilapisi bunga es.
Cara kerja lemari es atau kulkas masih berhubungan erat dengan prinsip
perpindahan kalor. Sistem kerja kulkas bermula dari bagian kompresor yang
berfungsi sebagai tenaga penggerak. Motor kompresor akan segera berputar dan
memberi tekanan pada semua bahan pendingin saat telah dialiri oleh listrik. Bahan
pendingin yang berwujud gas apabila diberi tekanan akan menjadi gas yang
bertekanan dan bersuhu tinggi.
Dengan wujud seperti itu, maka akan mebuat refrigerant mengalir menuju
kondensor. Nantinya itu akan disaring oleh filter yang ada. Pada titik kondensasi,
gas tersebut akan mengembun dan akan kembali menjadi bentuk cair, Refrigerant
cair yang bertekanan tinggi akan terdorong dan akan menuju pipa kapiler. Dengan
begitu refrigerant akan segera naik ke evaporator dikarenakan tekanan kapilaritas
yang telah dimiliki oleh pipa kapiler itu sendiri.
Ketika berada di dalam evaporator, refrigerant cair segera menguap dan
wujudnya akan berubah kembali menjadi gas yang memiliki tekanan dan suhu
yang rendah. Sebab dari proses tersebut, maka udara yang berada di sekitar
evaporator akan memiliki suhu rendah dan akhirnya terkondensasi menjadi bentuk
cair.
2. Kerja membekukan
Kerja membekukan merupakan kelanjutan dari kerja mendinginkan. Udara
terkondensasi menjadi bentuk cair. Pada kondisi yang berulang akan
memungkinkan udara tersebut akan membeku dan akan menjadi butiran-butiran es
dengan bantuan fan motor (kipas) yang membantu sirkulasi udara di sekitar
evaporator. Hal tersebut terjadi pada benda ataupun air yang dengan sengaja
diletakkan pada sekitar evaporator.
2.1.2. Komponen-komponen Utama Kulkas Dua Pintu
Komponen utama mesin pendingin siklus kompresi uap terdiri dari beberapa
komponen utama seperti : kompresor, evaporator, kondenser, pipa kapiler, filter.
a. Kompresor
Kompresor terdiri dari motor penggerak dan kompresor. Kompresor
bertugas untuk menekan refrigeran sehingga refrigeran beredar dalam unit mesin
pendingin. Dengan kata lain fungsi kompresor adalah menaikkan tekanan
refrigerant, sedangkan motor penggerak bertugas untuk memutar kompresor
tersebut.
Gambar 2.2 Kompresor
Jenis-jenis kompresor jika dilihat dari posisi motor penggeraknya, dapat
dibagi menjadi tiga jenis : kompresor hermetik, kompresor semi hermetik dan
kompresor open type 1. Kompresor hermetic
Kompresor hermetik adalah kompresor, yang langsung digerakkan oleh motor
listrik, kompresor dengan motor listrik mempunyai poros yang sama dan berada
dalam satu wadah tertutup. Kompresor jenis ini biasanya dipakai untuk lemari es
Keuntungan dari kompresor hermetik adalah :
- Bentuknya kecil, dan harganya murah.
- Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran.
- Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingannya
rendah.
Kerugian dari kompresor hermetik adalah :
- Kerusakan yang terjadi di dalam kompresor susah dideteksi sebelum rumah
kompresor dibuka.
- Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahu.
2. Kompresor semi-hermetik
Kompresor semi adalah kompresor yang motor serta kompresornya berada
di dalam satu tempat atau rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari
kompresor. Kompresor digerakkan oleh motor penggerak melalui sebuah poros
penggerak.
3. Kompresor Open type
Kompresor open type adalah kompresor yang motor penggeraknya terpisah dengan kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui hubungan
sabuk. Kompresor ini umumnya digunakan pada mesin pendingin dengan
kapasitas besar.
Keuntungan kompresor open type :
- Jika terjadi kerusakan dapat dengan mudah melakukan penggantian komponen.
- Putaran kompresor dapat diubah dengan cara mengubah diameter puli.
- Pada daerah yang belum tersedia listrik, kompresor dapat bekerja dengan
sumber tenaga lain seperti mesin diesel.
Kekurangan kompresor open type :
- Bentuknya besar dan berat.
- Berharga mahal.
b. Evaporator
Evaporator pada mesin pendingin merupakan tempat perubahan fase
refrigeran dari cairan menjadi gas (penguapan). Pada saat perubahan fase ini
diperlukan energi kalor, energi kalor diambil dari lingkungan evaporator yaitu dari
bagian dalam mesin pendingin. Evaporator yang digunakan pada kulkas dua pintu
adalah evaporator jenis pipa bersirip.
c. Kondenser
Kondenser pada mesin pendingin merupakan tempat perubahan fase
refrigeran dari gas menjadi cairan (pengembunan atau kondensasi). Pada proses
yang terjadi pada kondenser kondenser mengeluarkan kalor, kalor yang
dikeluarkan kondenser dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar.
Gambar 2.4 Kondenser
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler pada mesin pendingin berfungsi untuk menurunkan tekanan
refrigeran. Pipa kapiler dipasang diantara kondenser dan evaporator, pada sisi
masuk dari pipa kapiler dipasangi filter. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa
kapiler refrigeran mengalami penurunan tekanan karena ukuran penampang pipa
yang lebih kecil dari pipa sebelumnya. Diameter pipa kapiler yangumum
Gambar 2.5 Pipa kapiler
e. Filter
Filter pada mesin pendingin berfungsi untuk menyaring kotoran dari
refrigeran yang melewatinya sehingga kotoran tidak mengganggu kinerja dari
mesin pendingin. Filter juga berfungsi untuk menangkap uap air dari refrigeran
yang melewatinya. Jika tidak ada filter, kotoran dapat masuk ke pipa kapiler yang
berukuran lebih kecil dari pipa aliran refrigeran sebelumnya dan bisa membuat
aliran di dalam pipa kapiler menjadi buntu. Demikian juga dengan uap air, karena
suhu yang dingin dapat menyebabkan air menjadi beku di dalam pipa yang
menyebabkan aliran refrigeran menjadi buntu.
2.1.3. Komponen Pendukung Mesin Pendingin
Selain komponen utama, mesin pendingin juga memiliki beberapa
komponen pendukung lain yang berfungsi untuk membantu kerja dari mesin
pendingin yaitu : Thermostat, Overload Protector, Heater dan Fan. a. Themostat
Termostat pada mesin pendingin berfungsi untuk mengatur suhu di dalam
mesin pendingin agar sesuai dengan suhu yang telah ditentukan. Jika suhu pada
mesin pendingin sesuai dengan suhu yang telah ditentukan, maka themostat akan
memutus aliran listrik ke kompresor dan jika suhu pada mesin pendingin di atas
dari suhu yang telah ditentukan, maka themostat akan mengalirkan listrik ke
kompresor.
Gambar 2.7 Termostat
b. Overload motor protector
Overload motor protector pada mesin pendingin merupakan pengaman yang berfungsi untuk melindungi motor kompresor dari beban kerja yang berlebihan.
protector akan memutus arus ke motor kompresor agar kompresor tidak mengalami kerusakan.
Gambar 2.8Overload motor protector
c. Heater
Heater pada mesin pendingin berfungsi untuk mencairkan bunga es yang terdapat pada evaporator. Heater juga dapat mencegah bunga es pada rak es dan rak penyimpanan lainnya di mesin pendingin.
d. Fan atau Blower
Fan atau Blower pada mesin pendingin berfungsi untuk mensirkulasikan udara bersuhu dingin dari evaporator ke seluruh bagian penyimpanan dari mesin
pendingin. Fan juga berfungsi mencegah terjadinya bunga es di evaporator, tanpa fan maka udara bersuhu dingin akan terkumpul di evaporator saja dan akan
menghasilkan bunga es.
Gambar 2.10 Fan atau blower
2.1.4. 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 secara konduksi adalah proses dimana panas
mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah di dalam satu
medium yang diam (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang
b. Perpindahan kalor konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses transpor energi dengan
kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan
mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi
antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.
Perpindahan kalor secara konveksi terbagi menjadi dua cara, yaitu konveksi bebas
dan konveksi paksa
- Konveksi bebas
Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir pada
proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralatan dari luar,
fluida mengalir karena ada perbedaan massa jenis. Pada umumnya perbedaan
massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu.
- Konveksi paksa
Perpindahan kalor konveksi paksa terjadi ketika fluida yang mengalir pada
peroses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa
fluida untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa,blower,
kipas angin atau kompressor.
2.1.5. Refrigeran atau Bahan Pendingin
Suatu proses pendinginan di perlukan suatu bahan yang mudah di rubah
bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya cair menjadi gas, bahan tersebut
pendingin yang berperan penting dalam system pendinginan. Refrigeran
digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke gas
(evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair
(kondensasi). Refrigeran dapat dikatakan sebagai pemindah panas dalam system
pendingin. Refrigeran mengalami beberapa proses atau perubahan fase (cair dan
uap), yaitu refrigeran yang mula-mula pada keadaan awal (cair) setelah melalui
beberapa proses akan kembali ke keadaan awalnya.
a. Syarat-syarat refrigeran
Refrigeran yang dipergunakan dalam mesin pendingin siklus kompresi uap
sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut :
- Tidak beracun.
- Tidak menyebabkan korosi pada bahan logam yang yang dipakai pada mesin
pendingin.
- Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas,
udara dan sebagainya.
- Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
- Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar kalor yang diserap
evaporator sebesar-besarnya.
b. Jenis – jenis refrigerant
1. Refrigeran – 12
Refrigeran ini dilambangkan R–12 dan mempunyai rumus kimia CCI2
(Dichloro Difluoro Mathane). Refrigeran jenis ini dilarang digunakan saat ini
karena tidak ramah lingkungan. Refrigeran ini mempunyai titik didih - 21,6° F
(-29,8° C). Dan dulu sering digunakan untuk mesin pendingin skala rumah tangga
dan digunakan untuk pengkondisian udara kendaraan otomotif.
2. Refrigeran – 22
Refrigeran ini dilambangkan R–22 dan mempunyai rumus kimia CHCIF2. R
– 22 mempunyai titik didih -41,4°F (-5,22°C). Refrigeran ini telah banyak
digunakan untuk menggantikan R – 12, tetapi pada saat ini penggunaan refrigeran
jenis ini dilarang untuk digunakan karena tidak ramah lingkungan.
3. Refrigeran – 134a
Refrigeran ini biasanya dilambangkan R - 134a dan mempunyai rumus
kimia CH3CH2F. R – 134a mempunyai titik didih -15°F (-26,2°c). Refrigeran ini
merupakan alternative pengganti R – 22.
4. Refrigeran – 600
Refrigeran ini biasanya dilambangkan R – 600 dan mempunyai rumus
kimaia C4H10. R – 600 mempunyai titik didih – 16°F (- 13°C).
5. HFC (Hydro Fluoro Carbon)
Refrigeran jenis ini yang saat ini paling sering digunakan karena memiliki
2.1.6. Siklus Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refigerasi, yang paling umum
digunakan adalah refrigerasi dengan siklus kompresi uap. Komponen utama siklus
kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator, dan katup pipa kapiler.
Skema siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.11. Pada Gambar 2.12
menyajikan siklus kompresi uap pada p-h diagram, dan pada Gambar 2.13
menyajikan siklus kompresi uap pada T-s diagram.
Gambar 2.11 skema siklus kompresi uap
Gambar 2.13 Diagram T-s siklus kompresi uap
Proses dari skema aliran siklus kompresi uap pada gambar 2.14 dapat dibagi
menjadi beberapa tahapan : (a) proses kompresi, (b) proses penurunan suhu dan
kondensasi, (c) proses pendinginan lanjut, (d) proses ekspansi, evaporasi dan, (e)
proses pemanas lanjut.
a. Proses kompresi adalah proses manaikkan tekanan refrigeran (proses 1 ke 2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor, kondisi awal refrigeran pada saat masuk
kedalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah mengalami
kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini
berlangsung secara isentropik, maka temperetur ke luar kompresor pun
b. Proses penurunan suhu dan proses kondensasi proses 2 ke 3)
Proses ini berlangsung dari dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan
tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang
panas sehingga refrigeran mengalami penurunan suhu (proses 2-2a) dan proses
kondensasi sehingga fasenya berubah menjadi cair (proses 2a-3a) . Hal ini berarti
bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran panas antara refrigeran dengan
udara lingkungan suhu kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan
c. Proses pendinginan lanjut (proses 3a-3)
Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan
lanjut membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam keadaan
cair. Hal ini membuat refrigeran lebih mudah mengalir melalui pipa kapiler dalam
sistem pendingin.
d. Proses penurunan tekanan atau ekspansi (proses 3 ke 4)
Proses penurunan tekanan atau ekspansi berlangsung di dalam pipa kapiler.
Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan
temperature. Fase refrigeran berubah dari fase cair menjadi campuran cair dan
gas.
e. Proses penguapan atau pendidihan (proses 4 ke1)
Proses ini berlangsung di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan
diserap oleh refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fase
dari campuran cair + gas menjadi gas sekundernya bertekanan rendah proses
f. Proses pemanas lanjut (proses 1a-1)
Pada proses pemanas lanjut terjadi kenaikan suhu. Dengan adanya pemanas
lanjut, refrigeran yang akan masuk ke kompresor benar-benar dalam kondisi
gas. Hal ini membuat kompresor lebih ringan.
2.1.7. Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin
Dengan bantuan diagram entalpi-tekanan, nilai entalpi pada siklus kompresi
uap dapat diketahui. Dengan demikian kerja kompresi, laju pengeluaran kalor
yang dilepas kondensor, laju aliran keluar yang diserap evaporator, koefisien
prestasi (COP) aktual dan ideal, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran dapat di
hitung.
a. Kerja kompresor (Win)
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi
dari titik 1 ke 2, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.1)
= - , kJ/kg (2.1)
Pada Persamaan (2.1)
: kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg
: nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg
b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( )
Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondenser
merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3, perubahan entalpi tersebut dapat
dihitung dengan Persamaan (2.2)
Qout = h2– h3 , kJ/kg (2.2)
Pada persamaan (2.2)
: energi kalor yang dilepaskan kondensor persatuan masa refrigeran, kJ/kg.
: nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor, kJ/kg.
: nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg.
c. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator ( )
Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan
proses perubahan entalpi pada titik 4-1, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung
dengan Persamaan (2.3)
Qin= h1– h4, Kj/kg (2.3)
Pada Persamaan (2,3)
: energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
: entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
d. Koefisien prestasi aktual ( )
Koefisien prestasi aktual siklus kompresi uap dapat dihitung dengan
Persamaan (2.4)
: energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
: kerja kompresor persatuan masa refrigeran, kJ/kg
e. Koefisien Prestasi Ideal (
Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung
dengan Persamaan (2.5).
Efisiensi kulkas dari dua pintu dapat dihitung dengan menggunakan
Efisiensi =
X 100% (2.6)
Pada Persamaan (2.6)
: koefisien prestasi maksimum kulkas dua pintu
: koefisien prestasi kulkas dua pintu
g. Laju Aliran Massa Refrigeran
Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.7)
m =
/1000 kg/detik (2.7)
pada Persamaan (2.7)
m : laju aliran massa refrigerant, kg/detik
V : Voltase, V
I : Arus listrik yang dipergunakan kompresor, A
2.2 Perbedaan kulkas satu pintu dan kulkas dua pintu
2.2.1 Kulkas satu pintu
Kulkas satu pintu merupakan model yang pertama kali muncul di pasaran,
dan masih tetap diproduksi sampai sekarang. Pada kulkas satu pintu,
kompartemen freezer biasanya terletak di bagian atas atau bagian bawah.
Ukurannya tidak terlalu besar sehingga kapasitasnya juga terbatas. Kulkas satu
pintu cocok untuk keluarga kecil.
Untuk membekukan air menjadi es, pada kulkas satu pintu kontak langsung
dengan evaporator. Pada kulkas satu pintu tidak di lengkapi dengan heater,
sehingga pemilik nya harus rajin membersihkan bunga – bunga es yang terdapat
pada evaporator.
2.2.2 Kuklas dua pintu
Di masyarakat umum kulkas dua pintu sering disebut juga dengan kulkas
freezer atas atau freezer bawah, dengan pintu freezer tersendiri atau terpisah.
Kelebihan kulkas dua pintu ini adalah memiliki kapasitas cooler dan freezer yang
lebih besar dibandingkan kulkas satu pintu, sehingga menyimpan bahan makanan
juga lebih leluasa. Secara umum kulkas dua pintu punya ukuran lebih besar dari
model satu pintu. Kekurangannya, kulkas dua pintu membutuhkan energi listrik
lebih besar daripada kulkas satu pintu, perlu tempat yang lebih besar di dapur, dan
harganya pun lebih mahal dari harga kulkas satu pintu.
Untuk membekukan air menjadi es, pada kulkas dua pintu tidak kontak
langsung dengan evaporator, tetapi dengan menghembuskan udara dingin
evaporator yang dibantu oleh blower (kipas). Pada kulkas dua pintu juga
dilengkapi dengan heater, yang berfungsi untuk mencairkan bunga es yang
terdapat pada evaporator.
2.3 Tinjauan Pustaka
Risza Helmi (2008) melakukan penelitian terhadap perbandingan COP
pada refrigerator dengan refrigerant R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler :
1,75 m, 2 m, 2,25 m. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui COP yang
terbaik dari penggunaan kedua refrigerant R12 dan R134a. Diperoleh hasil
penelitian nilai COP tertinggi adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan
refrigerant R134a. Suhu terendah yang dihasilkan sebesar -16⁰C.
Witjahjo (2009) melakukan penelitian terhadap penggunaan LPG
(liquefied petroleum gas) sebagai fluida kerja pada sistem kompresi uap.
Penelitian ini dilakukan mengingat LPG memiliki sifat termodinamika yang
mendekati sifat termodinamika R12. Kesimpulan dari penelitian ini adalah LPG
dapat digunakan sebagai refrigerant pengganti R12 dengan beban pendinginan
sedang.
Indriyanto, AW (2013) telah melakukan penelitian tentang kulkas siklus
kompresi uap standar dan dengan panjang pipa kapiler 175 cm. Kompresor
hermetic dengan daya ¼ PK. Penelitian tersebut bertujuan : (a) membuat kulkas
(b) mengetahui kerja kompresor kulkas persatuan massa refrigeran (c) mengetahui
energy kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (d) mengetahui
energy kalor yang dilepas kondensor kulkas persatuan massa refrigeran (e)
mengetahui COP. Penelitian memberikan hasil (a) kulkas telah dibuat dan dapat
bekerja dengan baik serta mendinginkan air sebanyak 1,5 liter dalam waktu 485
menit (b) kerja kompresor persatuan massa refrigeran saat mulai sebesar Win =
refrigeran saat mulai stabil sebesar Qin = 126kJ/kg pada t = 145 menit (d) kalor
yang dilepas kondensor persatuaan masaa regfrigeran saat mulai stabil sebesar
Qout = 178kJ/kg pada saat t = 305 menit (e) koefisien prestasi (COP) kulkas
31
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Diagram alir Pelaksanaan
Gambar 3.1 menyajikan diagram alir yang menunjukkan tahap-tahap
pembuatan kulkas dua pintu dan tahap-tahap penelitian kulkas dua pintu:
Tidak baik
Baik
Gambar 3.1 Diagram Alir Pelaksanan Penelitian Perancangan kulkas dua pintu
Penyambungan komponen-komponen kulkas dua pintu
Pemvakuman kulkas dua pintu
Pengisian Refrigeran R134a Mulai
Mempersiapkan komponen-komponen kulkas dua pintu
Pengambilan data : , , , Uji coba alat
Pengolahan Data, Pembahasan, kesimpulan dan saran
3.2 Komponen utama Mesin Kulkas Dua Pintu
Komponen utama mesin kulkas dua pintu yang digunakan untuk penelitian ini
adalah (a) kompresor, (b) kondensor, (c) evaporator, (d) pipa kapiler, (e) filter.
a. Kompresor
Kompresor yang digunakan dalam pembuatan kulkas dua pintu ini adalah
kompresor jenis hermetik dengan daya kompresor 1/8 PK. Gambar 3.1
memperlihatkan kompresor yang digunakan dalam pembuatan kulkas dua pintu.
Gambar 3.2. Kompresor hermetik
b. Kondensor
Kondensor yang digunakan dalam pembuatan mesin kulkas ini adalah
kondensor jenis pipa dengan jari-jari penguat. Panjang kondensor 95 cm, lebar 45
cm, diameter pipa 0,47 cm, jarak antar sirip 0,45 cm, diameter sirip 0,2 cm, dan
Gambar 3.3 Kondensor
c. Evaporator
Evaporator yang digunakan dalam pembuatan kulkas dua pintu ini adalah
evaporator jenis pipa bersirip berbahan aluminium dengan panjang 40 cm, lebar
18 cm, tinggi 5 cm dan diameter 0,55 cm.
d. Pipa kapiler
Panjang pipa kapiler yang digunakan dalam penelitian ini adalah 160 cm
dengan diameter 0,028 inci berbahan tembaga.
Gambar 3.5. Pipa Kapiler
e. Filter
Filter yang digunakan dalam penelitian ini memiliki dimensi panjang 9 cm
berdiameter 2 cm dan berbahan tembaga. Dengan satu input masuk dan dua output
Gambar 3.6. Filter
3.3 Peralatan Yang Digunakan Untuk Pembuatan Kulkas Dua Pintu
a. Pemotong Pipa (Tube cutter)
Pemotong Pipa (Tube cutter) adalah alat yang digunakan untuk memotong pipa. Pada pembuatan alat ini digunakan pemotong pipa (tube cutter) yang berukuran kecil untuk memotong pipa kapiler. Dengan menggunakan pemotong
pipa (tube cutter) ini, akan lebih bersih, lebih cepat dan lebih nyaman bila di bandingkan dengan pemotongan lainnya seperti gergaji besi
b. Pelebar pipa
Pelebar pipa adalah alat yang 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 3.8. Pelebar Pipa
c. Tang
Tang adalah alat bantu yang berfungsi untuk memotong, menjepit atau
mengencangkan baut. Pada proses pembuatan alat ini di butuhkan tang yang bisa
Gambar 3.9. Tang
d. Alat las pipa
Fungsi alat las berfungsi untuk menyambung pipa kapiler dan pipa-pipa
pada rangkaian Kulkas dua pintu.
Gambar 3.10. Alat las
e. Bahan Las
Bahan las digunakan dalam penyambungan pipa kapiler dan pipa-pipa
pada rangkaian Kulkas dua pintu ini dengan menggunakan bahan berupa perak
dengan tembaga. Sedangkan bahan borak digunakan untuk penyambungan
tembaga dengan besi, agar hasil pengelasan lebih baik.
Gambar 3.11. Bahan las
f. Pressure gauge
Pressure gauge berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat Kulkas bekerja.
g. Fan motor (kipas)
Fan motor (kipas) 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).
Gambar 3.13. Fan Motor
h. Termostat
Termostat berfungsi sebagai pengatur suhu pada evaporator yang kita
inginkan. Jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai dengan kebutuhan maka alat
Gambar 3.14. Termostat
i. Pompa Vakum
Pompa vakum berfungsi untuk menghisap atau menghilangkan udara dan
uap air yang ada di dalam 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.
3.4 Langkah – Langkah Pembuatan Alat
Langkah – langkah pembuatan Kulkas dua pintu adalah sebagai berikut :
a. Proses Persiapan.
Proses persiapan komponen harus dilakukan sebelum tahap proses
pembuatan kulkas dua pintu. Komponen yang harus dipersiapkan seperti
komponen-komponen utama kulkas dua pintu, seperti kompresor, kondensor,
evaporator, pipa caliper, filter, 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. Proses penyambungan komponen-komponen
Setelah semua komponen-komponen disiapkan, maka dilanjutkan pada
proses penyambungan komponen-komponen kulkas dua pintu. Dalam proses ini
pipa kapiler akan di sambungkan ke kondensor, filter, evaporator, kompreso, dan
penyambungan alat ukur seperti manifold gauge. Pada proses penyambungan
komponen-komponen ini tidak boleh terjadi kebocoran pada
sambungan-sambungannya. Proses penyambungan ini dilakukan dengan proses pengelasan,
Gambar 3.16. Proses penyambungan komponen kulkas dua pintu
c. Proses Pemetillan dan Pemvakuman
Sebelum melakukan pemvakuman sebaiknya dilakukan pemetillan terlebih
dahulu, proses pemetilan ini dilakukan dengan memasukan cairan metal ke dalam
saluran sistem kulkas dua pintu. Proses pemetillan ini berfungsi untuk
membersihkan saluran-saluran pipa yang kotor akibat dari pengelasan. Setelah
proses pemetillan selesai barulah proses pemvakuman dengan menggunakan
pompa vakum. Proses pemvakuman bertujuan untuk mengeluarkan udara yang
terjebak dalam saluran-saluran pipa-pipa sistem kulkas dua pintu dan untuk
mengetahui apakah terjadi kebocoran pada sambungan-sambungan komponen
kulkas dua pintu. Untuk mengetahui apakah adanya kebocoran digunakan busa
sabun yang di oleskan pada setiap sambungan. Apabila terdapat
gelembung-gelembung udara, maka dapat di pastikan sambungan tersebut terjadi kebocoran
kebocoran. Untuk mengetahui apakah benar-benar vakum dapat dilihat pada
manifold gauge yang terpasang pada rangkaian kulkas dua pintu, apabila jarum
pada manifold gauge menunjukan angka dibawah 0, dapat dipastikan rangkaian
kulkas dua pintu tersebut sudah vakum dan sudah siap diisi refrigeran.
Gambar 3.17. Proses Pemvakuman
d. Proses Pengisian refrigeran.
Setelah proses pemvakuman selesai selanjutnya adalah proses pengisian
refrigeran. Jenis refrigeran yang digunakan pada penelitian ini adalah R134a. saat
proses pengisian berlangsung tekanan pada pressure tekanan rendah (warna biru)
akan naik. Tekanan yang akan dimasukan dalam siklus Kulkas harus sesuai
dengan standar kerja Kulkas dua pintu agar dapat bekerja dengan maksimal yaitu
10 psi. Proses pengisian refrigeran hamper sama dengan proses pemvakuman,
tetapi saat proses pengisian tidak menggunakan alat pompa vakum melainkan
Gambar 3.18. Proses Pegisian Refrigeran
e. Uji coba alat
Setelah proses pegisian refrigeran selesai selanjut nya adalah pengujian alat.
Apakah alat mengalami kebocoran, jika mengalami kebocoran maka dilakukan
penyambungan atau pengelasan kembali. Setelah penyambungan atau pengelasan
selesai maka alat di vakumkan dan diisikan refrigeran kembali dan di lakukan
pengujian. Jika alat tidak mengalami kebocoran dan baik maka alat siap untuk
45
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1. Benda uji
Benda uji yang digunakan dalam penelitian ini merupakan mesin pendingin
kulkas dua pintu dengan siklus kompresi uap hasil buatan sendiri dengan
menggunakan kompone standar seperti kulkas dua pintu yang ada di pasaran.
Panjang pipa kapiler yang digunakan 160 cm dengan kompresor berdaya 1/8 pk
serta menggunakan refrigeran 134a.
4.2 Skematik alat penelitian
Gambar 4.2 menyajikan skematik mesin pendingin kulkas dua pintu yang
diteliti. Dalam skematik ini ditentukan posisi titik – titik yang dipasangi alat ukur
tekanan dan alat ukur suhu dari kulkas dua pintu.
Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin kulkas dengan posisi alat
Keterangan pada Gambar 4.2 :
Titik A : posisi alat ukur tekanan sebelum masuk kompresor
Titik B : posisi alat ukur tekanan keluar kompresor
Titik C : posisi alat ukur tekanan sebelum masuk filter
Titik D : posisi alat ukur tekanan masuk evaporator
Titik 1 : posisi termokopel sebelum masuk kompresor
4.3 Beban Pendinginan
Beban pendinginan yang digunakan pada penelitian ini adalah air dengan
volume sebesar 500 ml.
Gambar 4.3 Beban pendingin
4.4 Alat bantu penelitian
Alat bantu dalam penelitian kulkas dua pintu ini adalah sebagai berikut : (a)
Termokopel dan alat penampil suhu digital APPA, (b) pengukur tekanan (pressure
gauge), (c) tang meter, (d) P-h diagram, (e) kabel Roll, (f) solasi.
a. Termokopel dan alat penampil suhu digital APPA
Termokopel berfungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk mengubah
suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik. Sedangkan alat Penampil
suhu digital APPA berfungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai suhu yang
Gambar 4.4 Termokopel dan alat Penampil suhu digital APPA
b. Pengukur Tekanan (pressure Gauge)
Pressure gauge adalah alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan pada sistem pendingin pada mesin kulkas dua pintu. Jenis pressure gauge yang dipakai dalam penelitian ini adalah jenis double pressure gauge dengan merek Lotus. Dalam penelitian ini ditentukan 4 titik yang akan dipasang pressure gauge, yaitu pada tekanan keluar dari kompresor dan masuk kompresor dengan tekanan masuk
pipa kapiler dan masuk evaporator. sehingga diperlukan 4 buah pressure gauge, dimana dua pressure gauge bertekanan tinggi (warna merah) yang mempunyai angka skala tertera sampai 500 psi dan dua bertekanan rendah (warna biru) yang
mempunyai angka skala tertera sampai 220 psi.
c. Tang meter
Tang meter berfungsi untuk mengukur berapa besar arus yang mengalir
masuk ke dalam kompresor.
Gambar 4.6 Tang meter
d. P–h diagram
P–h diagram digunakan untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin
pendingin kulkas dua pintu. Dengan P–h diagram ini dapat diketahui nilai entalpi
disetiap titik yang diketahui, dan besarnya suhu kondensor dan evaporator.
e. Kabel Roll
Kabel roll berfungsi untuk membagi daya listrik pada saat melakukan
pengambilan data baik untuk mesin kulkas dua pintu maupun alat elektronik
lainnya yg diperlukan saat pengambilan data.
Gambar 4.8 Kabel Roll
f. Solasi
Solasi berfungsi untuk merekatkan termokopel yang sudah dibalut aluminium
foil yang ditempelkan pada bagain-bagian komponen kulkas dua pintu yang akan
diukur suhunya.
4.5 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 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan
NO t (menit) Nilai Suhu (
langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada P–h
diagram. Dengan menggambarkan dalam P–h diagram dapat diketahui hasil
entalpi (h1, h2, h3, h4 ). Suhu kondensor dan evaporator dapat juga diketahui dari
Gambar 4.10 Cara menggambarkan siklus kompresi uap pada diagram P-h
b. Data nilai – nilai enthalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk
menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepaskan oleh
kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor
persatuan massa yang diserap oleh evaporator, nilai COP aktual, nilai COP ideal
kulkas dua pintu, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran.
c. Perhitungan dan pengolahan data dapat menggunakan
persamaan-persamaan (2.3) untuk menghitung kerja kompresor, persamaan-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)
d. 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.
4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan
Kesimpulan didapatkan dari hasil penelitian yang didasarkan data-data hasil
penelitian dan dari pembahasan yang telah dilakukan dengan cermat. Kesimpulan
54
BAB V
HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Hasil penelitian
a. Nilai suhu refrigeran masuk kompresor ( ), suhu refrigeran masuk pipa
kapiler ( ), tekanan refrigeran masuk ( ) dan keluar ( ) kompresor
Nilai suhu refrigeran masuk kompresor ( ) dan suhu refrigeran masuk pipa
kapiler ( ) serta tekanan refrigeran masuk ( ) dan keluar ( ) kompresor
disajikan pada Tabel 5.1
Tabel 5.1 Nilai suhu masuk kompresor ( ) dan suhu masuk pipa kapiler ( ) kompresor serta tekanan refrigeran masuk ( ) dan keluar ( ) kompresor
b. Nilai suhu kerja evaporator dan kondensor
Nilai suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondensor disajikan pada Tabel
5.2, yang diperoleh dari siklus kompresi uap pada p-h diagram.
Tabel 5.2 Nilai suhu kerja evaporator dan kondensor
NO Waktu t
Nilai entalpi dititik 1, 2, 3, 4 pada siklus kompresi uap mesin kulkas dua
Tabel 5.3 Nilai entalpi di titik 1, 2, 3, dan 4
Perhitungan kerja kompresor diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.1)
yaitu : = - , kJ/kg
Contoh perhitungan untuk ( ) pada menit ke 300 :
= - , kJ/kg
= 492-432, kJ/kg
Table 5.4 Hasil perhitungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran ( )
b. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( ).
Perhitungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh
kondensor diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.2) yaitu : Qout = h2 –
h3, kJ/kg
Contoh perhitungan untuk ( ) pada menit ke 300 :
Qout = h2– h3, kJ/kg
Qout = 492-264, kJ/kg
Tabel 5.5 Hasil perhitungan energi kalor persatuan massa refrigeran yang
c. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator ( )
Perhitungan energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator diperoleh
dengan menggunakan Persamaan (2.3) yaitu : Qin= h1– h4, KJ/kg
Contoh perhitungan untuk ( ) pada menit ke 300 :
Qin= h1– h4, KJ/kg
Qin= 432-266, KJ/kg
Tabel 5.6 Hasil perhitungan energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator
Perhitungan koefisien prestasi (COP) diperoleh dengan menggunakan
Table 5.8 Hasil perhitungan koefisien prestasi ideal (
f. Efisiensi kulkas dua pintu (%)
Perhitungan efisiensi Kulkas dua pintu (%) diperoleh dengan menggunakan
Persamaan (2.6) yaitu : Efisiensi =
x 100%
Contoh perhitungan untuk efisiensi kulkas dua pintu pada menit ke 300
Efisiensi =
x 100%
Efisiensi = x 100%
Table 5.9 Hasil perhitungan efisiensi kulkas dua pintu (%)
Perhitungan laju aliran massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan
Persamaan (2.7) yaitu :
m =
kg/detik
Contoh perhitungan untuk laju aliran massa refrigeran pada menit ke 300 :
m =
m =
/1000 kg/detik
m = 0,00231 kg/detik
Table 5.10 Hasil perhitungan laju aliran massa refrigeran
5.3 Pembahasan
Mesin kulkas dua pintu dengan daya kompresor 1/8 PK, panjang pipa
kapiler 160cm dan menggunakan refrigeran R134a berhasil dibuat dan bekerja
dengan baik. Mesin kulkas dua pintu ini bisa membekukan air dengan volume
sebesar 500 ml secara merata selama 480 menit dengan suhu kerja evaporator
sekitar -16°C dan suhu kerja kondensor sekitar 50,3°C.
Hasil penelitian untuk kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari
waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit disajikan pada Gambar 5.1. Dari Gambar
5.1, nampak bahwa kerja kompresor dari waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit
mempunyai nilai yang relatip tetap (stabil). Kerja kompresor pada saat stabil
berada pada nilai sekitar 60 kJ/kg.
Pada kenyataannya pada saat penelitian, casing (boby) kompresor panas.
Hal ini berarti terjadi adanya perpindahan kalor dari dalam kompresor ke keluar
kompresor. Proses ini tidak terjadi secara adiabatis. Idealnya pada kompresor
terjadi proses kompresi secara isentropis adiabatic. Meskipun demikian hasil
penelitian memberikan hasil yang baik nilai yang dapat dianggap tetap.
Hasil penelitian untuk energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
oleh kondensor dari waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit disajikan pada
Gambar 5.2. Dari Gambar 5.2, nampak bahwa energi kalor persatuan massa
refrigeran yang dilepas oleh kondensor dari waktu t = 30 menit sampai t = 480
menit mempunyai nilai yang relatip tetap (stabil). Pada saat stabil nilai
sekitar 226 kJ/kg.
Kalor dapat dilepas kondensor karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu
udara sekitar kondensor. Proses perpindahan kalor berlangsung secara konveksi
bebas. Dari hasil penelitian diperoleh nilai yang relatip tetap (stabil), maka
dapat disimpulkan bahwa proses perpindahan kalor konveksi tidak banyak terjadi
gangguan (tidak banyak angin bisa jadi disebabkan karena penelitian dilakukan di
ruangan yang tertutup).
Hasil penelitian untuk energi kalor persatuan massa refrigerant ( ) yang
diserap oleh evaporator dari waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit disajikan
pada Gambar 5.3. Dari Gambar 5.3 nampak bahwa energi kalor yang diserap
evaporator dari waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit mempunyai nilai yang
relatip tetap (stabil). Pada saat stabil nilai sekitar 166 kJ/kg.
Kalor dapat diserap evaporator karena suhu evaporator lebih rendah dari
suhu ruangan epavorator, proses ini berlangsung secara konveksi paksa. Aliran
udara dingin hasil pendinginan evaporator dipaksa mengalir oleh fan (kipas) yang
kemudian mengalirkannya ke dalam ruangan pendingin. Pada saat penelitian,
ruangan pendingin tidak pernah dibuka, sehingga proses dapat berjalan dengan
tanpa gangguan. Kondisi inilah yang diduga menjadi penyebab diperolehnya nilai
Nilai relatip tetap (stabil) dari waktu kewaktu berarti pada saat
penelitian berlangsung, proses yang terjadi pada kompresi uap relatip tidak
banyak gangguan (tidak ada banyak angin karena dilakukan di ruangan yang
cenderung tertutup). Proses perpindahan kalor pada evaporator berjalan dengan
baik, demikian juga dengan kerja kompresor.
Hasil penelitian untuk koefisien prestasi ideal ( ) dari waktu t = 30
menit sampai t = 480 menit disajikan pada Gambar 5.5, dari Gambar 5.5 nampak
adalah COP maksimal yang dapat dicapai oleh mesin pendingin.
Nilai harus tinggi dari nilai . Hasil yang didapat dari
penelitian ini tidak menyimpang dari teori yang ada.
Hasil penelitian untuk efisiensi kulkas dua pintu (%) dari waktu t = 30 menit
sampai t = 480 menit disajikan pada Gambar 5.6, dari Gambar 5.6 nampak bahwa
nilai efisiensi dari waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit mempunyai nilai
efisiensi yang relatip tetap (stabil). Pada saat stabil nilai efisiensi sekitar 71,16 %.
yang bocor ke lingkungan. (3). Ruangan pendingin yang tidak terisolasi dengan
baik.
Hasil penelitian untuk laju aliran massa refrigeran kulkas dua pintu dari
waktu t = 30 menit sampai t = 480 menit disajikan pada Gambar 5.7, dari gambar
5.7 nampak bahwa laju aliran massa refrigeran dari waktu t = 30 menit sampai t =
480 menit relatip tetap (stabil). Nilai laju aliran massa refrigeran pada saat stabil
sekitar 0,00231kg/detik.
71
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Hasil dari penelitian memberikan beberapa kesimpulan :
a. Mesin kulkas dua pintu sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik dan bisa
f. Koefisien prestasi ideal ( ) dari waktu t = 30 menit sampai t = 480
menit mempunyai nilai yang relatip tetap (stabil), dengan nilai sekitar
3,88.
g. Efisiensi mesin kulkas dua pintu (%) dari waktu t = 30 menit sampai t = 480
menit mempunyai nilai yang relatip tetap (stabil), dengan nilai efisiensi sekitar
71,16 %.
h. Laju aliran massa refrigeran mesin kulkas dua pintu (m) dari waktu t = 30
menit sampai t = 480 menit mempunyai nilai yang relatip tetap (stabil), dengan
nilai sekitar 0,00231 kg/detik.
6.2Saran
Beberapa saran terkait dengan penelitian ini adalah :
a. Pembuatan mesin kulkas dua pintu dapat dikembangkan untuk kapasitas beben
pendinginan yang lebih besar.
b. Pengambilan data sebaiknya dilakukan di ruangan cenderung tertutup, karena
jika dilakukan di ruangan terbuka suhu udara luar berubah-ubah dan bisa
mempengaruhi kinerja mesin kulkas dua pintu tersebut serta data yang didapat
DAFTAR PUSTAKA
Dirja, 2004, Dasar Mesin Pendingin, departemen Pendidikan Nasional, Diakses : Tanggal 06 April 2012
Indriyanto, AW, 2013, Penelitian Kulkas Siklus Kompresi Uap Standar dengan
Panjang Pipa Kapiler 175 cm Menggunakan Kompresor Hermetik
berdaya ¼ pk.
Risza Helmi, 2008, Perbandingan COP Pada Refrigerator Dengan Refrigeran CFC R12 Dan HC R134a Untuk Panjang Pipa Kapiler Yang Berbeda, Fakultas Industri, jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma.
Sumanto, 2004, Dasar-dasar Mesin Pendingin, Andi offset, Yogyakarta.
