COOLING MACHINE WITH SUPER HEATING
AND SUB-COOLING
FINAL PROJECT
INTISARI
Pada jaman sekarang mesin pendingin sering digunakan dalam setiap kehidupan sehari-hari. Mesin Pendingin ada yang berfungsi untuk mendinginkan dan membekukan dan ada juga mesin pendingin yang digunakan untuk sistem pengkondisian udara. Contoh mesin pendingin yang digunakan untuk
mendinginkan dan membekukan adalah kulkas, freezer, dispenser, coldstorage,
dan lain-lain. Contoh mesin pendingin yang digunakan untuk sistem
pengkondisisan udara AC, water chiller, dan lain-lain. Mengingat peran dan
pentingya mesin pendingin secara umum, maka diperlukan pengetahuan tentang pembuatan dan pengembangan mesin pendingin. Tujuan pembuatan mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut adalah untuk melihat unjuk kerja mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap memiliki komponen utama yaitu kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator, dan filter. Model pengembangan mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut adalah dengan melilitkan pipa kapiler keluar kondensor dengan bagian keluar evaporator. Dari hasil percobaan data yang diambil dalam pengujian mesin pendingin adalah tekanan kerja, suhu di tiap bagian masuk dan keluar komponen mesin pendingin dan suhu air. Data diambil tiap 60 menit sampai air di dalam wadah membeku.
Dari pengujian, mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat membekukan air dengan volume 5 liter dengan waktu 8,5 jam. .Hasil perhitungan dari mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut berupa besar kerja kompresor terendah sebesar 37,216 kJ/kg dan tertinggi sebesar 51,7172 kJ/kg, kalor yang diserap evaporator terendah sebesar 183,754 kJ/kg dan tertinggi sebesar 211,666 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor terendah
sebesar 220,97 kJ/kg dan tertinggi sebesar 260,512, dan COP (Coefficient of
Perfomance) dari mesin pendingin terendah sebesar 4, tertinggi sebesar 5,056, dan
rata-rata COP sebesar 4,53.
Kata Kunci : Mesin pendingin, siklus kompresi uap, COP , pemanasan lanjut, pendinginan lanjut.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga semuanya
dapat berjalan dengan lancar dan baik.
Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap
mahasiswa Jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir
ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap
kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih 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
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen pembimbing akademik.
5. Kepala Laboratorium Konversi Energi, Doddy Purwadianto, S.T., untuk
dukungan dan saran yang penulis dapatkan.
6. Bapak Soesilo Boedy dan Ibu Sri Saptorini, S.E., M.M. selaku orang tua
penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang
telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Tugas
Akhir.
7. Drs. Djoko Purwanto selaku wali dari penulis yang dengan kebaikan dan
kerendahan hati memberikan nasihat dan dukungan moral pada penulis.
8. Rekan saya Herman Perdana, Deni Setiawan dan Prambudi Dangu yang telah
membantu dalam proses pengambilan data.
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... ix
2.4 Tahapan Siklus Kompresi Uap degan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut ... 15
2.5 Perpindahan Kalor ...………... 19
2.5.1 Perpindahan Kalor Konduksi ………...……....…... 19
2.5.2 Perpindahan Kalor Konveksi ...…………...…... 21
ISTILAH PENTING
Simbol Keterangan
W Kerja kompresor (kJ/kg)
Qk Besarnya kalor yang dilepas kondensor ( kJ/kg)
Qe Besarnya kalor yang diserap evaporator (kJ/kg)
COP Koefisien prestasi
P Tekanan
h Entalpi t Waktu T Suhu
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Alir Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan
Pendinginan Lanjut ………...…...….. 14
Gambar 2.2 Diagram P-h Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut ...…..…. 16
Gambar 2.3 Diagram T-s Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut ...…...….. 18
Gambar 2.4 Contoh Perpindahan Kalor Konduksi ... 20
Gambar 2.5 Contoh Perpindahan Kalor Konveksi ...….….. 21
Gambar 2.6 Grafik P-h Untuk refigeran 134a ...….. 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Langkah-Langkah Pembuatan Alat dan Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin ...….. 29
Gambar 3.17 Proses Pemvakuman...….. 42
Gambar 3.18 Proses Pengisian Refigeran...….. 43
Gambar 3.19 Pemasangan Kabel Termometer ...….. 45
Gambar 4.2 Diagram P-h Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut Berdasarkan Data Percobaan……….. 52
Gambar 4.3 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut pada Diagram P-h Mesin Pendingin………. 53
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kerja Kompresor dan Waktu ……….... 57
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kalor yang dilepas Kondensor dan Waktu .... 58
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Kalor yang diserap Evaporator dan Waktu ... 59
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Koefisien Prestasi dan Waktu …………... 60
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan Untuk Tekanan Dan Suhu dari Waktu ke
waktu………...….….. 48
Tabel 4.2. Besar Nilai Entalpi (Btu/lb) ………...….….. 50
Tabel 4.3. Besar Nilai Entalpi (kJ/kg) .………...….…... 51
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin dengan Pemanasan
Lanjut dan Pendinginan Lanjut ……… 56
DAFTAR LAMPIRAN
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 60 menit ………….………..68
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 120 menit ……….69
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 180 menit ……….70
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 240 menit ………71
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 300 menit ………72
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 360 menit ………73
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 420 menit ………74
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 480 menit ………75
Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendnginan Lanjut pada
saat t = 510 menit ………76
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di negara Indonesia yang beriklim tropis, mesin pendingin sering
digunakan dalam kebutuhan sehari-hari. Hampir di setiap tempat, banyak
di temui mesin-mesin pendingin. Seperti yang sering kita jumpai di dalam
rumah tangga, di tempat-tempat hiburan, di berbagai alat transportasi, dan
lain sebagainya. Beberapa jenis mesin pendingin dapat dilihat dari
fungsinya. Ada mesin pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan dan
membekukakan, dan ada juga mesin pendingin yang dipergunakan untuk
sistem pengkondisian udara. Contoh mesin pendingin yang berfungsi
untuk mendinginkan dan membekukan adalah : freezer, kulkas, ice maker,
showchase, dispenser, cold storage dan lain-lain. Dan contoh mesin
pendingin yang dugunakan untuk pengkondisian udara seperti AC, water
chiller, dan lain sebagainya. Semua contoh mesin pendingin tersebut
hampir sebagian besar menggunakan mesin pendingin siklus kompresi
uap.
Kulkas sering digunakan orang untuk mendinginkan sayur mayur,
daging, minuman, buah-buahan, telur, dan lain-lain. Pada kulkas jenis
tertentu biasa digunakan untuk membekukan daging dan membuat es batu.
Dengan demikian kulkas diharapkan dapat membuat bahan-bahan tersebut
menjadi tahan beberapa hari dari kebusukan. Dan dapat membantu ibu
rumah tangga dengan tidak direpotkan untuk pergi ke pasar tiap hari.
Selain itu dengan adanya kulkas, orang juga dapat menikmati minuman
yang dingin dan lebih segar.
Mesin Pembeku ( freezer, ice maker, cold storage) digunakan
untuk membekukan bahan-bahan yang ada di dalamnya. Dalam keadaan
beku, bahan-bahan makanan ataupun buah-buahan akan lebih awet dalam
waktu yang relatif lama, bahkan hingga hitungan bulan. Jarak yang jauh
dan waktu tempuh yang lama bukan lagi menjadi halangan dalam
pengiriman bahan-bahan makanan untuk mencukupi kebutuhan manusia.
Dengan demikian, mesin pembeku dapat sangat membantu dalam hal
pengiriman suatu bahan makanan ataupun buah-buahan dari suatu tempat
ke tempat lain. Selain itu, mesin pembeku juga dapat digunakan untuk
membuat es dengan kapasitas produksi sesuai yang diinginkan. Apabila
ingin memproduksi es dengan kapasitas kecil, dapat menggunakan ice
maker.
AC digunakan orang untuk mendinginkan udara di dalam suatu
ruangan. Dengan demikian, diperoleh kondisi udara ruangan yang nyaman.
Kondisi udara yang nyaman meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan
kecepatan udara. Dengan adanya AC di dalam suatu ruangan, diharapkan
orang yang berada di dalamnya dapat merasa nyaman. Begitu juga apabila
kereta api) diharapkan orang yang berada di dalamnya dapat menikmati
perjalanan dengan nyaman.
Selain digunakan untuk keperluan rumah tangga dan industri,
mesin pendingin juga dapat dimanfaatkan dalam kegiatan olahraga dan
sarana hiburan. Seperti olahraga ice skating. Hasil pembekuan air oleh
mesin pendingin digunakan menjadi lantai dalam olahraga ice skating.
Dengan demikian, olahraga ice skating dapat dilakukan dimana saja dan
kapan saja, Tidak harus berada di tempat yang beriklim dingin dan
bermusim salju. Mesin pendingin pembuat es juga berguna dalam
pembuatan sarana hiburan atau wisata bernuansa musim salju.
Mesin pendingin memiliki peran yang cukup penting dalam
kehidupan rumah tangga, industri, sarana transportasi, sarana olahraga,
dan hiburan. Mengingat pentingnya peranan mesin pendingin bagi
masyarakat di saat sekarang ini, maka penulis berkeinginan untuk
mempelajari, memahami, dan mengenal kerja mesin pendingin, Dengan
cara membuat mesin pendingin dan mengetahui karakteristiknya
diharapkan penulis dapat memahami sistem suatu mesin pendingin
tersebut, meskipun dengan kapasitas ukuran skala rumah tangga.
1.2 Tujuan
a. Membuat mesin pendingin yang bekerja dengan siklus kompresi uap
dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut yang digunakan untuk
b. Menghitung kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator dan kalor
yang dilepas kondensor dari mesin pendingin per satuan massa.
c. Mengetahui karakterisik (COP) dari mesin pendingin.
1.3 Batasan Masalah
a. Refigeran yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R134a
b Komponen mesin pendingin terdiri dari komponen utama seperti :
kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator, dan tempat untuk
membekukan air.
c. Karakteristik mesin pendingin yang digunakan untuk menghitung COP
didasarkan pada kondisi mesin dengan siklus kompresi uap dengan
pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari mesin pendingin yang
dibuat.
1.4 Manfaat Pembuatan Alat Tugas Akhir bagi penulis adalah :
a. Mempunyai pengalaman dalam pembuatan mesin pendingin dengan
siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
untuk ukuran rumah tangga.
b. Mampu memahami karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap
dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut.
c. Dapat dipergunakan sebagai referensi bagi orang lain yang ingin
membuat mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Definisi Mesin Pendingin
Mesin pendingin atau refrigerator adalah mesin yang di dalamnya terjadi
siklus dari bahan pendingin sehingga terjadi perubahan panas dan tekanan. Mesin
pendingin menggunakan bahan pendingin (refrigeran) yang bersirkulasi menyerap
panas dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah menjadi
tekanan tinggi. Sirkulasi tersebut berulang secara terus menerus. Dalam sistem
mesin pendingin jumlah refrigeran yang digunakan adalah tetap, yang berubah
adalah bentuknya.
Jenis-jenis mesin pendingin berdasarkan siklus kerjanya dapat dikelompokan
menjadi :
1. Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap
Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap adalah mesin pendingin
yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena memiliki nilai COP
yang tinggi. Jenis mesin pendingin dengan siklus kompresi uap menggunakan
kompresor sebagai komponen utama untuk menaikkan tekanan dan
mensirkulasikan refigeran. Komponen lainya yang tidak kalah penting adalah pipa
2. Mesin Pendingin Siklus Absorbsi
Siklus pendinginan absorbsi mirip dengan siklus pendinginan kompresi
uap. Perbedaan utama kedua siklus tersebut adalah gaya yang menyebabkan
terjadinya perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dan tekanan kondensasi
serta cara perpindahan uap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayah bertekanan
tinggi. Pada sistem pendingin kompresi uap digunakan kompresor, sedangkan
pada sistem pendingin absorbsi digunakan absorber dan generator. Uap
bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan
pemberian panas di generator sehingga absorber dan generator dapat
menggantikan fungsi kompresor secara mutlak.
3. Mesin Pendingin Siklus Jet Uap.
Prinsip umum pendingin dengan siklus jet uap dengan cara uap
dilewatkan melalui ejektor vakum efisiensi tinggi, yang merupakan bagian dari
sirkuit pendingin secara tertutup dan terpisah. Kekosongan parsial dalam media
penampung menyebabkan sebagian air menguap, sehingga panas sekitar diserap
melalui pendinginan secara evaporative. Air dingin dipompa melalui sirkuit untuk
pendingin udara, sedangkan air diuapkan kembali dari ejektor menuju kondensor
dan kembali ke sirkuit pendingin.
4. Mesin Pendingin Siklus Udara.
Siklus udara mesin (ACM) adalah unit pendingin dari sistem kontrol
lingkungan (ECS) yang digunakan dalam tekanan turbin gas bertenaga pesawat.
Biasanya pesawat terbang memiliki dua atau tiga dari ACM. Setiap ACM dan
menggunakan udara bukan fase perubahan material seperti freon dalam siklus gas,
dalam proses siklus udara tidak terjadi proses kondensasi dan penguapan
refigeran. Keluaran udara dingin dari proses ini dugunakan secara langsung untuk
vertilasi kabin atau untuk pendinginan peralatan elektronik.
5. Mesin Pendingin Siklus Vorteks.
Mesin Pendingin dengan siklus vorteks adalah mesin pendingin yang
memanfaatkan aliran cairan yang berputar secara turbulen dengan arah aliran
tertutup dan bergerak cepat mengitari pusatnya. Pada mesin pendingin jenis siklus
vorteks menggunakan tabung yang didalamnya terdapat aliran gas dingin yang
digunakan untuk proses pendinginan.
Mesin Pendingin yang paling sering digunakan adalah mesin pendingin
dengan siklus kompresi uap. Komponen utama mesin pendingin dengan siklus
kompresi uap terdiri dari :
1. Kompresor
Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya
dinamis atau bergerak. Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan freon (dari
tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus
memompa refigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refigeran yang
mengalir kepipa‐pipa mesin pendingin. Kompresor yang sering dipakai pada
mesin pendingin adalah jenis hermetik. Kontruksi dari kompresor jenis ini
menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah.
menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi (perputaran)
udara yang mengalir dari pipa‐pipa mesin pendingin. Fase refrigeran ketika masuk
dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas
lanjut. Suhu gas refrigeran keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja
kondensor, demikian pula dengan nilai tekananya.
2. Kondensor
Kondenser adalah alat yang befungsi sebagai tempat kondensasi atau
pengembunan freon. Pada kondenser berlangsung dua proses utama yaitu proses
penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses dari gas
jenuh ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas jenuh ke cair
jenuh berlangsung pada suhu yang tetap. Saat kedua proses berlangsung,
kondenser mengeluarkan kalor dan pada tekanan yang tetap. Kalor yang
dilepaskan kondenser dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Kondensor
yang sering dipakai pada mesin pendingin kapasitas kecil adalah jenis pipa dengan
jari-jari penguat, pipa dengan pelat besi dan pipa-pipa dengan sirip-sirip. Pada
umumnya jenis kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah jenis
pipa dengan jari-jari penguat.
3. Evaporator
Evaporator adalah tempat terjadinya perubahan fase refrigeran dari cair
menjadi gas (penguapan). Pada saat proses perubahan fase, diperlukan energi
kalor. Enegri kalor diambil dari lingkungan evaporator (benda-benda padat
ataupun cair yang ada di dalam evaporator mesin pendingin). Proses penguapan
yang banyak digunakan pada mesin pendingin adalah jenis permukaan datar,pipa-
pipa dan pipa dengan sirip-sirip.
4. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini mempunyai
dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk
mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler merupakan suatu pipa pada
mesin pendingin yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan
dengan pipa‐pipa lainnya. Jika pada evaporator pipanya mempunyai diameter 5
mm, maka untuk pipa kapiler berdiameter 2,5 mm. Fungsi pipa kapiler yaitu
menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir di dalam pipa. Ketika
freon mengalir di dalam pipa kapiler terjadi penurunan tekanan freon dikarenakan
adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan
dalam pipa kapiler diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan (proses yang
ideal ). Pada saat freon masuk ke dalam pipa kapiler, freon dalam fase cair penuh,
tetapi ketika masuk evaporator fase freon berupa campuran fase cair dan gas.
Kerusakan mesin pendingin paling banyak dijumpai pada pipa kapiler yaitu terjadi
bocor dan tersumbat.
5. Filter
Filter adalah alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran yang
melewati sebuah sistem pendingin. Dengan adanya filter maka kotoran tidak dapat
melewatinya. Selain itu, filter juga berfungsi untuk menangkap uap air yang akan
masuk ke dalam sistem. Apabila sebuah sistem terdapat kotoran yang masuk ke
dan tidak dapat bekerja. Demikian juga dengan uap air, adanya uap air dalam
sebuah sistem membuat air dapat beku di dalam pipa kapiler dan berakibat
tertutupnya sebuah sistem. Bentuk umum dari filter berupa tabung kecil dengan
diameter antara 12 - 15 mm, sedangkan panjangnya kurang dari 14 - 15 cm.
2.2. Bahan Pendingin (Refrigeran)
Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang
mudah diubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Bahan pendingin
ini disebut refrigeran. Refrigeran yaitu fluida atau zat pendingin yang memegang
peranan penting dalam sistem pendingin. 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 sistem 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.
Secara umum Refrigeran dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu:
1. Refrigeran primer
Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan dalam sistem
kompresi uap dan mengalami perubahan fase selama proses refrigerasinya.
a. Udara
Penggunaan udara sebagai refrigerant umumnya dipergunakan di
pesawat terbang, sistem pendingin menggunakan refigeran udara
menghasilkan COP yang rendah tetapi aman.
b. Amoniak (NH3)
Amonia adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok
fluorocarbon yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun
amoniak (NH3) beracun dan kadang-kadang mudah terbakar atau
meledak pada kondisi tertentu, namun ammonia (NH3) biasa
digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada industri besar.
c. Karbondioksida (CO )
2
Karbondioksida merupakan refrigeran pertama dipakai seperti
halnya amonia. Refrigeran ini kadang-kadang digunakan untuk
pembekuan dengan cara sentuhan langsung dengan bahan
makanan. Tekanan pengembunannya yang tinggi membatasi
penggunaannya hanya pada bagian suhu rendah, untuk suhu tinggi
digunakan refrigeran lain. Pada mobil produksi baru, beberapa
jenis mobil menggunakan CO
2 untuk refigeran mesin pendingin
udaranya.
d. Refrigeran-12
Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus
kimia CCl F (Dichloro Difluoro Methane). Refrigeran jenis ini
dilarang digunakan pada saat ini karena tidak ramah lingkungan.
o o
R-12 mempunyai titik didih -21,6 F (-29,8 C). Untuk melayani refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif.
e. Refrigeran-22
Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus
o o
kimia CHClF . R-22 mempunyai titik didih 41,4 F (5,22 C).
2
Refrigeran ini telah banyak digunakan untuk menggantikan R-12,
tetapi pada saat ini penggunaan refigeran jenis ini dilarang untuk
digunakan karena kurang ramah lingkungan.
f. HFC (Hydro Fluoro Carbon)
Refigeran jenis ini yang saat ini paling sering digunakan karena
memiliki sifat yang ramah lingkungan sehingga tidak merusak
lapizan ozon. .
2. Refrigeran sekunder
Refrigeran sekunder adalah fluida yang membawa kalor dari bahan
yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran
sekunder mengalami perubahan suhu bila menyerap kalor dan
membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan fase.
Secara teknis air dapat digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun
beku (antifreezes) yang merupakan larutan dengan suhu beku dibawah
o
0 C. larutan anti beku yang sering digunakan adalah larutan air dan glikol
etilen, glikol propilen, atau kalsium klorida. Glikol propilen mempunyai
keistimewaan tidak berbahaya bila terkena bahan makanan. Salah satu contoh refrigeran sekunder adalah R-11 (CCl F). R-11 adalah kelompok
3
fluorocarbon dari gas metana. Mempunyai titik didih pada tekanan
o o
atmosfir sebesar 74,7 F (23,7 C) dengan operasi tekanan standar 2,94 psia
(0,2 bar) dan 18,19 psia (1,25 bar).
Jenis refrigeran yang digunakan pada saat ini terdiri dari tiga susunan yaitu:
a. Hydro fluoro carbon (HFC), merupakan refrigeran baru sebagai alternatif
untuk menggantikan posisi freon. Hal ini disebabkan karena refrigeran
freon mengandung zat chlor (Cl) yang dapat merusak lapisan ozon.
Sedangkan HFC terdiri dari atom-atom hidrogen, fluorine dan karbon
tanpa adanya zat chlor (Cl).
b. Hydro cloro fluoro carbon (HCFC), yang terdiri dari hidrogen, klorin,
fluorin, dan karbon. Refrigeran ini mengandung jumlah minimal klorin,
yang tidak merusak lingkungan karena berbeda dari refrigeran lain.
c. Cloro fluoro carbon (CFC), yang mengandung klorin, fluorin dan karbon.
Refrigerant ini membawa jumlah kaporit yang tinggi sehingga dikenal
Ditinjau dari berbagai segi pada saat ini pemakaian refrigeran yang umum
diusulkan adalah hydro fluoro carbon (HFC) karena beberapa sifat positif yang
dimilikinya.
Macam-macam HFC dan pemakaiannya meliputi sebagai berikut :
a. HFC 125 (CHF2CF3)
Sebagai pengganti freon–115 / R115 untuk pendingin air.
b. HFC 134a (CH3CH2F)
Merupakan alternatif pengganti freon-12 / R-12. tidak mudah meledak dan
tingkat kandungan racun rendah, digunakan untuk pengkondisian udara,
lemari es dan pendingin air.
c. HFC 152a (CH3CHF2)
Sebagai pengganti freon-12 / R-12 digunakan untuk penyegaran udara,
pendingin air.
Persyaratan refrigeran yang baik untuk unit refrigerasi adalah sebagai berikut:
a. Tidak beracun, berwarna dan berbau.
b. Bukan termasuk bahan yang mudah terbakar.
c. Tidak menyebabkan korosi pada material.
d. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor.
e. Memiliki stuktur kimia yang stabil.
f. Memiliki titik didih yang rendah.
g. Memiliki tekanan kondensasi yang rendah.
i. Memiliki kalor laten yang rendah.
j. Memiliki harga yang relatif murah dan mudah diperoleh.
Dari beberapa jenis refigeran diatas, maka pada saat ini jenis refrigeran yang
aman dipergunakan dalam sistem pendingin adalah refrigeran jenis HFC (hydro
fluoro carbon) atau R-134a. Freon 134a ataupun HFC-134a adalah refrigeran
haloalkana yang tidak menyebabkan penipisan ozon dan memiliki sifat-sifat yang
mirip dengan R-12 (diklorodiflorometana). R134a mempunyai rumus molekul
CH2FCF3 dan titik didih pada −26,3 °C (−15,34 °F). Secara khusus sifat dari
refrigeran 134a adalah sebagai berikut :
1. Tidak mudah terbakar.
2. Tidak merusak lapisan ozon.
3. Tidak beracun, berwarna dan berbau.
4. Relatif mudah diperoleh.
5. Memiliki kestabilan yang tinggi.
2.3. Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lnjut dan Pendinginan Lanjut
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refigerasi, namun yang paling umum
digunakan adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari
sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup
ekspansi. Gambar 2.1 adalah skema alir siklus kompresi uap dengan pemanasan
Gambar 2.1 Skema Alir Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lnjut
dan Pendinginan Lanjut.
Dari Gambar 2.1 dapat dilihat bahwa pada bagian yang diberi tanda huruf A
adalah pipa kapiler yang keluar dari kondensor kemudian dililitkan ke saluran
masuk kompresor. Skema ini yang membedakan antara siklus kompresi uap
dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut jika dibandingkan dengan siklus
kompresi uap standar.
2.3.1. Pendinginan Lanjut
Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar freon
(refrigeran) yang keluar dari kondenser benar-benar dalam kondisi cair. Proses
Pengkondisian ini diperlukan agar ketika freon (refrigeran) masuk ke dalam pipa
kapiler tidak bercampur dengan gas dan menimbulkan masalah pada sistem
di dalam pipa kapiler. Secara teoritis, proses pendinginan akan memperbesar nilai
COP suatu mesin pendingin.
2.3.2. Pemanasan Lanjut
Proses pemanasan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar freon
yang keluar dari evaporator dalam kondisi benar-benar berbentuk gas. Dengan
adanya proses pemanasan lanjut, maka freon tidak akan dalam kondisi campuran
antara gas dan cair sehingga secara teoritis dapat menaikan nilai COP. Jika terjadi
pemanasan lanjut maka volume spesifik uap bertambah besar sehingga nilai Q
(beban pendinginan) berkurang. Selain itu, dengan adanya pemanasan lanjut akan
merubah nilai kerja kompresor atau Wk (bertambah).
2.4. Tahapan Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan lanjut.
Untuk mengetahui tahapan siklus suatu mesin pendingin, digunakan diagram
P-h. Dengan adanya diagram P-h suatu siklus mesin pendingin dapat diketahui
proses-proses yang terjadi dalam suatu siklus mesin pendingin. Siklus mesin
pendingin kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
Gambar 2.2 Diagram P-h Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan
Pendinginan Lanjut.
Keterangan proses-proses pada diagram 2.2 adalah sebagai berikut :
a) 1-2 (Proses kompresi)
Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigeran pada saat
masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah
mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena
proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun
meningkat.
b) 2-3’ (Proses kondensasi)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan
tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang
kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam
(udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang
menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair.
c) 3’- 3 (Proses Pendinginan Lanjut)
Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan
lanjut membuat refigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam keadaan
cair. Hal ini membuat refigeran lebih mudah mengalir melalui pipa kapiler dalam
sebuah system pendingin.
d) 3-4 (Proses ekspansi)
Proses ekspansi ini berlangsung didalam katup ekspansi. Hal ini berarti tidak
terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan temperatur. Proses
penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler yang
berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.
e) 4-1’ (Proses evaporasi)
Proses ini berlangsung didalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan
diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah
fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator
f) 1’-1 (Proses Pemanasan Lanjut)
Pada proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Dengan adanya
pemanasan lanjut, refigeran yang akan masuk ke dalam kompresor benar-benar
Gambar 2.3 Diagram T-s Siklus Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan
Pendinginan Lanjut.
Proses-proses yang terjadi pada diagram T-s siklus kompresi uap seperti pada
Gambar 2.3. diatas adalah sebagai berikut :
a) 1 - 2 : kompresi adiabatik dan reversible dari uap jenuh menuju tekanan
kondensor.
b) 2 - 3 : pelepasan kalor reversible pada tekanan konstan, menyebabkan
penurunan panas lanjut (desuperheating), pengembunan dan sampai
kondisi pendinginan lanjut.
c) 3 - 4 : ekspansi tidak reversible atau isentalpik pada entalpi konstan, dan
cairan jenuh menuju tekanan evaporator.
d) 4 - 1 : evaporasi (penyerapan kalor) isothermis, penambahan kalor
reversible pada tekanan tetap yang menyebabkan penguapan menuju uap
2.5. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor (heat transfer) terjadi karena adanya perbedaan
temperatur antara kedua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada
kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang
berpindah biasanya disebut dengan istilah kalor (heat). Kalor (heat) akan selalu
bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Proses ini akan berlangsung
secara terus menerus sampai tidak ada perubahan temperatur diantara kedua
medium tersebut. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan berbagai cara seperti
perpindahan kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi dan radiasi. Namun
dalam mesin pendingin perpindahan panas terjadi hanya melalui perpindahan
panas secara konduksi dan konveksi.
2.5.1 Perpindahan Kalor Konduksi
Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai
bagian-bagian zat perantaranya. Perpindahan panas secara konduksi dapat
berlangsung pada benda padat,cair dan gas. . Untuk zat cair dan gas, kondisi zat
cair dan gas harus dalam keadaan diam atau tidak bergerak. Contoh perpindahan
kalor secara konduksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan sebatang besi yang
Gambar 2.4 Perpindahan Kalor Konduksi
Gambar 2.4 memperlihatkan perpindahan kalor secara konduksi yang dapat
dirumuskan sebagai pesamaan laju umum untuk perpindahan kalor konduksi atau
sering dikenal dengan hukum fourier seperti pada persamaan 2.1.
∆
q = - k . A .
∆ ...(2.1)
Dimana : q = laju perpindahan panas (W)
k = konduktifitas thermal bahan (W/m.K)
∆
=gradien suhu perpindahan kalor (-K/m)
∆
A = luas penampang benda (m²)
Pada persamaan 2.1 menunjukan bahwa laju perpindahan kalor bernilai minus (-)
2.5.2 Perpindahan Kalor Konveksi
Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan kalor dengan disertai
perpindahan molekul-molekul atau zat perantaranya. Dengan kata lain,
perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (fluida atau gas) untuk
mengalirkan kalor. Contoh perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan
sehari-hari adalah saat proses merebus air.
Gambar 2.5 Perpindahan Kalor Konveksi
Gambar 2.5 memperlihatkan perpindahan kalor secara konveksi atau sering
dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan seperti
pada persamaan 2.2.
Dimana : q = laju perpindahan panas (W)
h = koefisien perpindahan panas konveksi W/(m².K)
A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m²)
Ts = temperatur permukaan (K)
T∞= temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan (K)
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir
(zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung pada
benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi
paksa dan konveksi bebas. Berikut penjelasan dan contoh dari keduanya.
1. Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection)
Konveksi bebas adalah konveksi yang disebabkan oleh beda suhu dan
perbedaan massa jenis dan tanpa peralatan bantu penggerak dari luar yang
mendorongnya. Jadi aliran fluida atau udara pada konveksi bebas terjadi
karena adanya perbedaan kerapatan.
Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber
gerakan dari luar yang menggerakkan udara.
2. Konveksi paksa (forced convection)
Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa
perpindahan panas aliran gas atau fluida disebabkan adanya tenaga atau
peralatan bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara
2.6. Beban Pendinginan
Beban pendinginan adalah beban yang diterima suatu sistem untuk
mendinginkan sesuatu. Pada evaporator, beban pendinginan adalah besarnya
aliran kalor yang dihisap evaporator. Unit pendingin selalu menerima beban
pendinginan karena harus menjaga temperatur dan kelembaban tertentu yang
umumnya berada di bawah temperatur dan kelembaban lingkungan di luarnya.
Beban pendinginan biasanya berupa aliran energi berbentuk panas. Beban
pendingin dapat dibagi menjadi dua bagian khusus yaitu :
1. Beban laten
Beban laten adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi
karena adanya perubahan wujud (fase). Sebagai contoh air yang sudah
didinginkan sampai 0°C kemudian didinginkan lagi sampai menjadi es
pada suhu 0°C. Pada proses ini tidak terjadi perubahan suhu melainkan
perubahan wujud (fase). Beban pendinginan disini disebut beban laten
dan panas yang diserap disebut dengan panas laten.
2. Beban sensible
Beban sensible adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu
materi karena adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu
100°C didinginkan menjadi 0°C (masih dalam keadaan cair). Beban
yang diterima dalam proses itu disebut beban sensible. Panas yang
diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C menjadi 0°C disebut
2.7. Proses Perubahan Fase
Secara umum proses perubahan fase dapat berlangsung karena adanya
pengaruh temperatur. Perubahan fase banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari.
Misalnya perubahan cair ke padat, gas ke cair, padat ke gas dan lain sebagainya.
Namun dalam suatu sistem mesin pendingin hanya berlangsung dua perubahan
fase yaitu pengembunan ( gas ke cair) dan penguapan (cair ke gas).
2.7.1 Proses Pengembunan (kondensasi).
Proses pengembunan atau kondensasi adalah adalah proses perubahan
wujud dari zat gas (uap) menjadi zat cair. Proses pengembunan merupakan proses
perubahan zat yang melepaskan kalor/panas (eksothermik). Kondensasi terjadi
ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap
dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari
pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut
kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi
cairan disebut kondensor. Pada meisn pendingin, proses pengembunan atau
kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah
kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refigeran dibuang keluar
dari kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar
kondensor adalah udara. Karenanya udara di sekitar memiliki suhu yang lebih
2.7.2 Proses Penguapan (evaporasi)
Proses penguapan adalah proses perubahan bentuk zat dari cair menjadi
uap / gas. Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat
refigeran mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refigeran berubah fase dari cair
menjadi gas. Proses penguapan memerlukan kalor. Kalor diambil dari lingkungan
sekitar dimana evaporator itu ditempatkan. Pada mesin pendingin air, kalor
diambil dari lingkungan sekitar evaporator yang berupa air sehingga air dapat
berubah suhunya menjadi rendah dan berubah wujud menjadi es.
2.8 Rumus-Rumus Perhitungan Karakteristik Untuk Mesin Pendingin dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut
Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan
perhitungan, antara lain sebagai berikut :
1) Kerja Kompresor
Besar kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
Wk = h2– h1 ...………..(2.3)
Dimana : Wk = besar kerja kompresor (kJ/kg).
h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).
2) Kerja Kondensor
Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor
dinyatakan sebagai:
Qk = h2 – h3 ...(2.4)
Dimana : Qk = besar kalor yang dilepas kondensor (kJ/kg).
h2 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg).
h3 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).
3) Kerja Evaporator
Besar kalor yang diserap oleh evaporator adalah:
Qe = h1 – h4 ...……(2.5)
Dimana : Qe = besar kalor yang diserap evaporator (kJ/kg).
h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg).
4) COP (Coefficient Of Performance)
COP dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari siklus
refrigerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin pendingin
maka akan semakin baik mesin pendingin tersebut. COP tidak mempunyai
satuan karena merupakan perbandingan antara dampak refrigerasi (h1-h4)
dengan kerja spesifik kompresor (h2-h1) dirumuskan sebagai berikut :
COP= ( )
( ) ...(2.6)
Dimana : h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) h4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, besaran yang penting seperti
kerja kompresor, kerja kondensor, kerja evaporator dan COP dalam siklus
kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat diketahui.
Dalam penggunaan diagram entalpi-tekanan tergantung jenis bahan pendingin
(refrigeran) yang dipakai. Untuk diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran
BAB III
METODE PEMBUATAN ALAT
3.1. Diagram Alir Pelaksanaan.
Langkah kerja yang dilakukan dalam pelaksanaan tugas akhir disajikan
dalam diagram alir sebagai berikut :
Mulai
Perancangan Mesin Pendingin
Persiapan Komponen-Komponen Mesin Pendingin
Penyambungan Komponen-komponen Mesin Pendingin
Pemvakuman Mesin Pendingin
Pengisian refrigeran 134a
Uji Coba
Pengambilan Data T1,T2,T3,T4,T5,P1,P2 dan Tair
Pengolahan Data Wk,Qk,Qe dan COP
Selesai
3.2. Komponen-Komponen Mesin Pendingin.
Mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
mempunyai komponen-komponen sebagai berikut :
a) Kompresor
Kompresor adalah alat yang bekerja menghisap sekaligus memompa
refigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refigeran yang mengalir pada
pipa-pipa mesin pendingin. Pada alat mesin pendingin yang dibuat menggunakan
kompresor merek Toshiba dengan daya 1/6 PK. Gambar 3.2 memperlihatkan
kompresor yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin.
Gambar 3.2 Kompresor.
b) Kondensor
Kondensor yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin adalah
jenis pipa dengan jari-jari penguat. Panjang kondenser 70 cm dan lebar 45 cm
dengan diameter pipa 5 mm. Jarak antar sirip 3,5 cm. Gambar 3.2 memperlihatkan
Gambar 3.3 Kondensor.
c) Pipa kapiler
Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm dengan diameter pipa 2,5
mm dan bahan yang digunakan tembaga. Gambar 3.4 memperlihatkan pipa
kapiler yang digunakan.
Gambar 3.4 Pipa Kapiler.
Dalam pembuatan mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan
lanjut, penempatan dan penggunaan pipa kapiler sedikit berbeda dengan mesin
pendingin standar. Pada mesin pendingin standar, pipa kapiler cukup
disambungkan seperti biasa sesuai dengan skema rangkaian mesin pendingin
pipa kapiler dililitkan kesaluran keluar revaporator. Setelah dililitkan perlu
dibungkus dengan isolator agar kalor tidak merambat keluar melalui media udara
sekitar. Tujuan dari pipa kapiler dililitkan agar kalor yang ada dalam pipa kapiler
dapat memanaskan saluran keluar evaporator sehingga saat refigeran masuk ke
dalam kompresor dalam keadaan benar-benar gas dan tidak ada campuran air.
Berikut Gambar 3.5a dan Gambar 3.5b memperlihatkan pipa kapiler yang
dililitkan melalui saluran keluar evaporator dan diberi isolator berupa gabus dan
selotip.
Gambar 3.5a Pipa Kapiler Dililitkan. Gambar 3.5b Pipa Kapiler Diisolasi.
Tujuan dari diberi isolator pada pipa kapiler yang dililitkan adalah agar kalor yang
terdapat pada pipa kapiler yang keluar dari kondensor tidak terbuang dan
d) Evaporator.
Evaporator yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin
ini dapat dibeli di pasaran. ukuran-ukuran dari evaporator yang dijumpai di
pasaran sangat bervariasi. Ukuran evaporator yang digunakan dalam
pembuatan alat mesin pendingin ini memiliki panjang 60 cm dan lebar 25
cm. Gambar 3.6 memperlihatkan evaporator yang digunakan dalam
pembuatan alat.
Gambar 3.6 Evaporator.
e) Filter
Dalam pembuatan mesin pendingin harus menggunakan filter untuk
menyaring kotoran agar tidak masuk ke dalam sebuah sistem pendingin dan
masuk ke dalam kompresor. Filter yang digunakan memiliki dimensi panjang 8.5
cm dan diameter 19 mm. Gambar 3.7 memperlihatkan gambar filter yang
Gambar 3.7 Filter.
3.3 Peralatan Pendukung Pembuatan Alat.
Dalam pembuatan mesin pendingin, menggunakan alat pendukung berupa:
a) Pemotong Pipa (Tube Cutter)
Tube cutter adalah jenis alat yang biasa digunakan untuk memotong
pipa. Hasil potongan menggunakan tube cutter akan lebih bersih dan lebih cepat
dibandingkan memotong pipa dengan menggunakan gergaji besi. Gambar 3.8
Gambar 3.8 Pemotong Pipa (Tube Cutter).
b) Pelebar Pipa (Flaring Tool)
Pelebar pipa adalah alat yang digunakan untuk memperbesar diameter
pada pipa. Ukuran dari diameter alat pelebar pipa sangat bervariasi tergantung
dari kebutuhan. Tujuan dari pipa dilebarkan adalah agar saat kedua pipa di
sambung dengan las dampat menempel lebih kuat dibanding dengan disambung
tanpa melakukan proses pelebaran pipa. Gambar 3.9 memperlihatkan alat pelebar
pipa.
c) Tang
Tang adalah alat bantu yang berbentuk seperti gunting dan berguna
untuk mencapit, memotong dan mengencangkan baut. Jenis-jenis dari tang
bermacam-macam dibedakan berdasarkan fungsinya. Namun pada pembuatan alat
pendingin ini menggunakan tang jenis kombinasi yang sangat membantu dalam
proses pengelasan dan pengencangan baut. Gambar 3.10 memperlihatkan tang
yang digunakan sebagai alat pembantudalam pembuatan mesin pendingin.
Gambar 3.10 Tang.
d) Pompa Vakum
Pompa vakum adalah salah satu jenis pompa yang bekerja dengan cara
menghisap. Suatu sistem pendingin harus dalam keadaan vakum sebelum diisi
refrigerant. Untuk mengetahui apakah sudah vakum dapat dilihat pada jarum
indikator manometer berada pada dibawah 0 bar. Gambar 3.11 memperlihatkan
Gambar 3.11 Pompa Vakum.
e) Manifold Gauge
Manifold gauge adalah alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan
pada sistem pendingin. Manifold gauge yang dipakai dalam pembuatan alat ini
adalah jenis single manifold gauge. Dalam pembuatan alat ini menggunakan 2
buah single manifold gauge yang akan digunakan untuk mengukur tekanan masuk
dan tekanan keluar, jadi membutuhkan 2 jenis manifold gauge yaitu manifold
gauge tekanan tinggi dan tekanan rendah. Gambar 3.12 memperlihatkan single
manifold gauge tekanan tinggi (warna merah) dimana angka skala tertera sampai
500 psi dan Gambar 3.13 memperlihatkan single manifold gauge tekanan rendah
Gambar 3.12 Manifold Tekanan Tinggi.
f) Alat Las
Dalam pembuatan mesin pendingin dibutuhkan peralatan las yang
berguna untuk menyambung pipa kapiler dan sambungan pipa-pipa menuju
komponen-komponen utama mesin pendingin. Gambar 3.14 memperlihatkan alat
las gas yang digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan komponen-
komponen mesin pendingin.
Gambar 3.14 Alat Las.
g) Bahan las
Bahan las atau bahan tambah yang digunakan dalam penyambungan
pipa kapiler menggunakan bahan tambah perak, kuningan, dan borak. Untuk
bahan tambah borak digunakan jika penyambungan antara tembaga dan besi.
Penggunaan bahan tambah dikarenakan pada proses pengelasan tembaga akan
memperlihatkan bahan las perak yang digunakan dalam proses pengelasan pipa
kapiler untuk membuat sebuah sistem pendingin.
Gambar 3.15 Perak Sebagai Bahan Tambah Las.
Persiapan komponen harus dilakukan sebelum memulai tahap proses pembuatan
mesin pendingin. Komponen yang harus dipersiapkan berupa komponen-
komponen utama mesin pendingin dan alat bantu yang diperlukan dalam
pembuatan mesin pendingin. Hal ini sangat perlu dilakukan karena akan
mempercepat dan mempermudah proses selanjutnya dalam pembuatan mesin
pendingin.
Setelah semua komponen-komponen disiapkan, maka akan dilanjutkan
pada proses penyambungan komponen-komponen mesin pendingin. Dalam proses
ini pipa kapiler akan disambungkan ke kondensor, evaporator, filter dan
kompresor. Pada proses penyambungan komponen-komponen menjadi sebuah
sisitem pendingin, tidak boleh ada kebocoran pada saluran-saluranya. Proses
penyambungan komponen-komponen utama, penyambungan alat ukur berupa dua
buah manifold gauge juga dilakukan dengan teknik pengelasan. Gambar 3.16
memperlihatkan proses penyambungan komponen-komponen mesin pendingin
dengan teknik pengelasan. Proses pengelasanya sendiri menggunakan bahan
tambah berupa perak mengingat bahan yang akan disambung antara tembaga dan
tembaga. Namun saat penyambungan antara pipa keluar evaporator ke arah
kompresor, menggunakan bahan tambah borak dalam proses pengelasan karena
bahan yang akan disambung antara tembaga dan besi.
Gambar 3.16 Proses Pengelasan.
Setelah proses penyambungan selesai, sebuah rangkaian sistem pendingin sudah
terbentuk. Namun sebelum diisi refigeran, sebuah sistem pendingin harus
divakumkan terlebih dahulu. Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum
yang sudah disiapkan sebelumnya. Pada proses pemvakuman dapat dilihat juga
pada waktu proses penyambungan. Untuk mengetahui terjadinya kebocoran, busa
sabun dioleskan pada pipa-pipa atau sambungan-sambungan dalam sistem
tersebut. Apabila terdapat gelembung-gelembung udara, dapat dipastikan
rangkaian sistem pendingin tersebut terdapat kebocoran dibagian yang diolesi
busa sabun dan terdapat gelembung udara disekitarnya. Apabila terjadi kebocoran,
harus di tambal ulang dengan cara di las dibagian yang mengalami kebocoran.
Setelah sebuah rangkaian sistem tidak mengalami kebocoran, maka proses
pemvakuman dapat dilakukan. Untuk menunjukkan rangkaian sistem pendingin
tersebut benar-benar vakum dapat dilihat pada manifold gauge yang sudah
terpasang. Apabila jarum pada manifold gauge menunjuk angka dibawah 0, dapat
dipastikan rangkaian sistem tersebut sudah vakum dan siap diisi refiugeran.
Gambar 3.17 memperlihatkan proses pemvakuman sebuah rangkaian sistem
pendingin menggunakan pompa vakum.
Setelah rangkaian mesin pendingin dalam kondisi vakum, proses selanjutnya
adalah pengisian refigeran. Jenis refigeran yang digunakan dalam mesin
pendingin yang dibuat adalah R134a. Saat proses pengisian berlangsung tekanan
pada manifold gauge warna biru (tekanan rendah) akan naik dan menunjuk angka
50 psi. Proses pengisian refigeran melalui selang yang dihubungkan ke dalam dob
yang terhubung pada kompresor. Proses pengisian refigeran hampir sama dengan
saat proses pemvakuman, tapi pada saat proses pengisian tidak menggunakan alat
pompa vakum melainkan menggunakan tabung refigeran. Gambar 3.18
memperlihatkan proses pengisian refigeran.
Gambar 3.18 Proses Pengisian Refigeran
Setelah rangkaian pendingin diisi dengan refigeran, proses selanjutnya adalah
proses uji coba. Proses uji coba ini sendiri sangat perlu dilakukan untuk
mengetahui kinerja mesin pendingin. Saat proses uji coba perlu diperhatikan
pengambilan data berlangsung. Selain itu, proses uji coba harus dilakukan
menggunakan media yang didinginkan agar tercapai gambaran hasil pendinginan.
Pada saat proses uji coba, diharapkan dapat menyelesaikan masalah-masalah yang
terjadi pada rangkaian sistem pendingin, sehingga saat proses pengambilan data
tidak mengalami kendala.
3.4. Cara Pengambilan Data
Pengambilan data tekanan kerja kompresor beserta suhu keluar dan masuk
kompresor, evaporator, kondensor dilakukan secara bersama-sama. Hal pertama
yang dilakukan adalah mengecek posisi termokopel sesuai dengan tempat yang
ditentukan. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai
berikut :
1. Pengecekan kebocoran Refrigeran pada mesin pendingin.
2. Mengisi air sebanyak 5 liter pada wadah yang disediakan (ruang
pendingin).
3. Memasang ujung kabel termometer pada dinding (ruang pendingin) dan
menempelkannya pada air yang didinginkan. Gambar 3.19
memperlihatkan posisi kabel termometer yang digunakan untuk mengukur
Gambar 3.19 Pemasangan Kabel Termometer
4. Mengisolasi tempat air (ruang pendingin) agar tidak terjadi kontak
langsung dengan udara luar.
5. Pemasangan termokopel pada pipa - pipa keluar dan masuk kompresor,
kondensor dan evaporator. Seperti ditunjukan pada Gambar 3.20.
Gambar 3.20 Pemasangan Termokopel
6. Pengecekan manifold gauge yang sudah terpasang sebelumnya pada
7. Setelah semua siap mesin pendingin siap untuk dihidupkan dan proses
pengambilan data siap dilakukan.
Dalam proses pengambilan data, ada beberapa hal yang perlu dicatat yaitu:
T ruangan = suhu ruangan saat pengambilan data (C).
V air = volume air yang didinginkan(C).
T air = suhu air atau media yang didinginkan (C).
T1 = suhu refigeran saat keluar dari kompresor (C).
T2 = suhu refigeran saat masuk kondensor (C).
T3 = suhu refigeran saat keluar kondensor (C).
T4 = suhu refigeran saat masuk evaporator (C).
T5 = suhu refigeran saat keluar evaporator (C).
P1 = tekanan saat keluar kompresor (psi).
P2 = tekanan saat masuk kompresor (psi).
Proses pengambilan data diukur setiap 60 menit. Data tekanan diperoleh dari
angka yang tertera pada manifold gauge yang telah dipasang pada mesin
pendingin. Proses Pengambilan data dilakukan di dalam ruangan dengan suhu
proses pengambilan data. Gambar 3.21 memperlihatkan saat proses pengambilan
data.
Gambar 3.21 Proses Pengambilan Data.
3.5 Cara Pengolahan Data
Dari data yang diperoleh dibuat tabel dan grafik agar mempermudah
pemahaman tentang siklus mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan
pendinginan lanjut. Data yang diperoleh juga digunakan untuk mendapatkan nilai
entalpi dengan cara melihat grafik P-h diagram. Setelah nilai entalpi diketahui
maka dapat digunakan untuk mengetahui karakterisitik mesin pendingin dengan
cara menghitung besar kalor yang dilepas kondensor, kalor yang diserap
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Percobaan.
Hasil percobaan untuk nilai suhu dan tekanan pada titik-titik yang telah
ditentukan (Gambar 4.1) pada waktu tertentu disajikan pada Tabel 4.1.
.Tabel 4.1 Hasil Percobaan Untuk Tekanan dan Suhu dari Waktu ke Waktu.
Waktu
Media yang didinginkan air, dengan volume 5 liter, dan suhu awal 28 °C.
T air = suhu air atau media yang didinginkan (°C).
T1 = suhu refigeran saat keluar dari kompresor (°C).
T2 = suhu refigeran saat masuk kondensor (°C).
T3 = suhu refigeran saat keluar kondensor (°C).
T4 = suhu refigeran saat masuk evaporator (°C).
T5 = suhu refigeran saat keluar evaporator (°C).
P1 = tekanan saat keluar kompresor (psi).
P2 = tekanan saat masuk kompresor (psi).
Gambar 4.1 memperlihatkan titik-titik pemasangan alat ukur suhu dan tekanan
pada saat proses pengambilan data.
4.2 Pengolahan Data dan Perhitungan
Dari data suhu yang diperoleh dapat dihitung besar entalpi (h). Untuk mencari
nilai h, data suhu dijadikan dalam satuan F. Dari diagram R134a dapat ditarik nilai
h dalam satuan Btu/lb. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1, 2, 3, 4 dari waktu ke
waktu dalam satuan Btu/lb disajikan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb.
Waktu h1 h2 h3 h4
Tabel 4.3. Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg.
85,3+32 = 185,54 °F. Untuk menentukan besaran nilai entalpi dilihat dari diagram
tekanan-entalpi pada jenis refrigeran 134a. Dari diagram dapat dilihat nilai h2 saat
T1 (keluar kompresor) adalah 128 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h harus
dalam kJ/Kg jadi nilai h2 =128 Btu/lb = 297,728 kJ/kg (128Btu/lbx2,326kJ/kg)
Gambar 4.2 memperlihatkan siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan
pendinginan lanjut yang diperoleh dari hasil percobaan pada saat waktu (t) = 60
Gambar 4.2 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan
Gambar 4.3 memperlihatkan siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan
pendinginan lanjut dari data hasil percobaan.
Gambar 4.3 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan
Lanjut pada Diagram P-h Mesin Pendingin.
Keterangan :
h1 = 255,86 kJ/kg
h2 = 297,728 kJ/kg
h3 = 69,78 kJ/kg
h4 = 69,78 kJ/kg
1) Kerja Kompresor
Untuk mendapatkan kerja kompresor yang dihasilkan oleh mesin
Wk = h2 – h1
= 297,728 kJ/kg – 255,86 kJ/kg
= 41,868 kJ/kg
Maka kerja kompresor sebesar 41,868 kJ/kg (pada saat t= 60 menit).
2) Kalor yang Dilepas Kondensor
Untuk mendapatkan nilai kalor yang dilepas kondensor pada mesin
pendingin, dapat menggunakan persamaan 2.4 :
Qk = h2 – h3
= 297,728 kJ/kg – 69,78 kJ/kg
= 227,948 kJ/kg
Maka kalor yang dilepas kondensor sebesar 227,948 kJ/kg (pada saat t=60
menit).
3) Kalor yang Diserap Evaporator
Untuk mendapatkan kalor yang diserap evaporator pada mesin
pendingin, dapat menggunakan persamaan 2.5 :
Qe = h1 – h4
= 255,86 kJ/kg – 69,78 kJ/kg
= 186,08 kJ/kg
Maka kalor yang diserap evaporator sebesar 186,08 kJ/kg (pada saat t=60
4) Koefisien Prestasi (COP)
Untuk mendapatkan koefisien prestasi (COP) yang dihasilkan oleh
mesin pendingin, dapat menggunakan persamaan 2.6 :
COP= ( )
( )
=
(( , , , , ) )= 4,444
Maka COP yang dihasilkan sebesar 4,444 (pada saat t=60 menit).
4.3. Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 60 menit sampai waktu
(t) 510 menit untuk nilai kerja kompresor (Wk), kalor yang dilepas kondensor
(Qk), kalor yang diserap evaporator (Qe) dan koefisien prestasi (COP) dari mesin
pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut disajikan pada tabel
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin dengan Pemanasan
COP dari mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari
waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil
perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 4.4, Gambar 4.5, Gambar
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kerja Kompresor dan Waktu.
Gambar 4.4 memperlihatkan besar nilai kerja kompresor (Wk) dari waktu ke
waktu. Bila dinyatakan dalam persamaan dapat dinyatakan :
Wk = 0,011 t + 39,60
( t dalam satuan menit dan Wk dalam satuan kJ/kg). Persamaan berlaku untuk t =
60 menit sampai dengan t = 510 menit. Nilai kerja kompresor terendah sebesar
37,216 kJ/kg dan nilai kerja kompresor tertinggi sebesar 51,172 kJ/kg. Rata-rata
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kalor yang Dilepas Kondensor dan Waktu.
Gambar 4.5 memperlihatkan besar nilai kalor yang dilepas kondensor (Qk) dari
waktu ke waktu. Bila dinyatakan dalam persamaan :
Qk = 0,073 t + 221,7
( t dalam satuan menit dan Qk dalam satuan kJ/kg). Persamaan berlaku untuk t =
60 menit sampai dengan t = 510 menit. Nilai kalor yang dilepas kondensor
terendah sebesar 220,97 kJ/kg dan nilai kalor yang dilepas kondensor tertinggi
sebesar 260,512 kJ/kg. Rata-rata nilai kerja kompresor dari t = 60 menit sampai t
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Kalor yang Diserap Evaporator dan Waktu.
Gambar 4.6 memperlihatkan besar nilai kalor yang diserap evaporator (Qe) dari
waktu ke waktu. Bila dinyatakan dalam persamaan dapat dinyatakan :
Qe = 0,061 t + 182,1.
( t dalam satuan menit dan Qe dalam satuan kJ/kg). Persamaan berlaku untuk t =
60 menit sampai dengan t = 510 menit. Nilai kalor yang diserap evaporator
terendah sebesar 183,754 kJ/kg dan nilai kalor yang diserap evaporator tertinggi
sebesar 211,666 kJ/kg. Rata-rata nilai kalor yang diserap evaporator dari t = 60
Gambar 4.7 Grafik Hubungan COP dan Waktu.
Gambar 4.7 memperlihatkan besar nilai koefisien prestasi (COP) dari waktu ke
waktu. Bila dinyatakan dalam persamaan dapat dinyatakan :
COP = 0,0002 t + 4,625.
( t dalam satuan menit). Persamaan berlaku untuk t = 60 menit sampai dengan t =
510 menit. Nilai koefisien prestasi (COP) terendah sebesar 4 dan nilai koefisien
prestasi (COP) tertinggi sebesar 5,056. Rata-rata nilai koefisien prestasi (COP)
Niilai kerja kompresor (Wk), kalor yang dilepas kondensor (Qk), kalor yang
diserap evaporator (Qe), dan koefisien prestasi (COP) nilainya tidak konstan.
Kemungkinan hal ini disebabkan karena suhu air yang didinginkan berubah-ubah
setiap saat dan suhu ruangan di sekitar pada saat pengambilan data juga berubah-
ubah setiap saat. Tekanan kerja evaporator dan tekanan kerja kondensor berubah-
