PERBANDINGAN KARAKTERISTIK REFRIGERAN R134a DAN R600a PADA UNJUK KERJA MESIN PENDINGIN DENGAN MENGGUNAKAN ETHYLEN GLYCOL SEBAGAI REFRIGERAN SEKUNDER SKRIPSI

(1)

i

PERBANDINGAN KARAKTERISTIK REFRIGERAN R134a DAN R600a PADA UNJUK KERJA MESIN PENDINGIN DENGAN MENGGUNAKAN ETHYLEN GLYCOL SEBAGAI

REFRIGERAN SEKUNDER

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh

FX. PAMUNGKAS NIM : 125214103

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

COMPARATION OF THE CHARACTERISTIC OF R134a AND R600a AT COP REFRIGERATOR WITH ETHYLEN GLYCOL

AS SECOND REFRIGERANT

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

Mechanical Engineering Study Program

By

FX. PAMUNGKAS Student Number : 125214103

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini penulis menyatakan sesungguhnya bahwa dalam Skripsi ini,

tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di

suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat

karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali

yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 15 Juli 2014

(6)

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, penulis mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : FX. Pamungkas

Nomor Mahasiswa : 125214103

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, penulis memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Perbandingan Karakteristik Refrigeran R134a dan R600a

pada Unjuk Kerja Mesin Pendingin dengan

Menggunakan Ethylen Glycol sebagai Refrigeran Sekunder

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian penulis memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari penulis maupun memberikan royalti kepada penulis selama tetap mencantumkan nama penulis sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang penulis buat dengan sebenarnya.

Yang menyatakan,

(7)

INTISARI

Pada saat ini kebutuhan akan mesin pendingin semakin meluas. Berbagai macam manfaat yang didapat dalam penggunaan mesin pendingin. Fungsi dari mesin pendingin antara lain mendinginkan, mendinginkan dan membekukan, serta mengkondisikan udara. Pada penelitian ini meneliti tentang perbandindingan karakteristik refrigeran R134a dan R600a serta unjuk kerja dari mesin pendingin. Tujuan dari penelitian ini adalah membandingkan perpindahan energi kalor persatuan massa refrigeran pada evaporator, kondensor, menghitung kerja kompresor persatuan massa, mebandingkan COP aktual dan ideal mesin pendingin, mebandingkan efisiensi, mebandingkan daya yang dikonsumsi, serta mebandingkan laju aliran massa refrigeran.

Mesin pendingin pada penelitian ini menggunakan kompresor hermetic dengan daya 124 watt, kondensor dengan jumlah U sebanyak 12 U, pipa kapiler berdiameter dalam 0,026 inch sepanjang 2 meter, serta menggunakan evaporator dengan pipa tembaga berdiameter dalam 0,25 inch sepanjang 8 meter. Penelitian ini memvariasikan refrigeran primer R134a dan R600a sebagai fluida kerja. Tekanan kerja yang menjadi acuan adalah tekanan kerja evaporator sebesar 0 psi.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa perpindahan energi kalor rata-rata persatuan massa pada evaporator dengan menggunakan R600a sebesar 304,99 kJ/kg, sedangkan energi kalor rata-rata dari R134a sebesar 180,97 kJ/kg Kerja kompresor persatuan massa rata-rata dengan meggunakan R600a sebesar

01 ,

85 kJ/kg, sedangkan kerja persatuan massa rata-rata dari R134a sebesar 62,68 kJ/kg. Perpindahan energi kalor persatuan massa rata-rata pada kondensor dengan menggunakan R600a sebesar 395,27 kJ/kg, sedangkan untuk R134a sebesar 243,84 kJ/kg. Nilai COP aktual rata-rata untuk R600a sebesar 3,59; sedangkan untuk R134a sebesar 2,88. Nilai COP ideal rata-rata untuk R600a sebesar 3,92; sedangkan untuk R134a sebesar 3,55. Nilai rata-rata efisiensi mesin pendingin untuk R600a sebesar 0,92; sedangkan efisiensi rata-rata untuk R134a sebesar 0,81. Penggunaan daya rata-rata kompresor dengan menggunakan R600a sebesar 149,78 watt, sedangkan penggunaan daya rata-rata untuk R134a sebesar 145,75 watt. Laju aliran massa refrigeran rata-rata dengan menggunakan R134a sebesar 0,0024 kg/s sedangkan laju aliran massa refrigeran rata-rata menggunakan R600a sebesar 0,0018 kg/s.

(8)

ABSTRACT

At the time the demand of refrigerator is getting wider. The advantages using refrigerator can be obtained. The function of refrigerator can be described such as cooling, cooling and freezing, and controlling humidity. By this research comparison of refrigerant R134a and R600a and coefficient of performance were research. The purpose of the research were calculating comparing heat transfer per mass unit refrigerant at evaporator and condenser, work per mass unit refrigerant at compressor, actual COP and ideal COP of refrigerator, efficiency, power, and mass flow rate refrigerant.

The refrigerator in this research is using hermetic compressor with 124 watt, condenser with 12 U, capiler tube with inside diameter 0,026 inch and length of 2 meters, copper tube with inside diameter 0,25 inch and length 8 meters. The research varies primary refrigerant R134a and R600a as working fluid. Working pressure becoming reference is determine on evaporator by 0 psi.

The result of research process that the average value of heat transfer per mass unit at evaporator with using R600a is 304,99 kJ/kg, on the contrary average heat energy from R600a is 180,97 kJ/kg. Average working compressor per mass unit with using R600a is 85,01 kJ/kg, on the contrary average of work per mass per mass unit from R134a is 62,68 kJ/kg. Average heat transfer per mass unit at condenser with using R600a is 395,27 kJ/kg, on the contrary from R134a is 243,84 kJ/kg. Actual COP average from R600a is 3,59; on the contrary for R134a is 2,88. Ideal COP average from R600a is 3,92; on the contrary for R134a is 3,55. Average of efficiency refrigerator for R134a is 0,92; on the contrary efficiency refrigerator for R134a is 0,81. Using power average compressor with using R600a is 149,78 watt, on the contrary average of power for R134a is 145,75 watt. Mass flow rate refrigerant average with using R134a is 0,0024 kg/s, on the contrary mass flow rate refrigerant average with using R600a is 0,0018 kg/s.

(9)

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan

C

Q Energi kalor persatuan massa refrigeran pada evaporator (kJ/kg)

H

Q Energi kalor persatuan massa refrigeran pada kondensor(kJ/kg) in

W Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

aktual

COP Coefficien of performance aktual mesin pendingin

ideal

COP Coefficien of performance ideal mesin pendingin

η _{Efisiensi mesin pendingin}

P Daya yang dikonsumsi kompresor(watt) m Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

1

h Nilai enthalpy refrigeran pada saat keluar evaporator(kJ/kg)

2

h Nilai enthalpy refrigeran pada saat keluar kompresor(kJ/kg)

3

h Nilai enthalpy refrigeran pada saat keluar kondensor(kJ/kg)

4

h Nilai enthalpy refrigeran pada saat masuk evaporator(kJ/kg)

1

T Temperatur keluar evaporator(oC)

3

T Temperatur keluar kondensor(oC)

5

T Temperatur air (oC)

6

T Temperatur ethylen glicol (oC)

7

T Temperatur lingkungan (oC)

1

P Tekanan kerja kondensor(Bar)

2

(10)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat

dan penyertaan kepada penulis sehingga Skripsi ini dapat selesai tepat waktu.

Penulisan Skripsi ini sebagai salah satu syarat kelulusan studi di Prodi

Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Univesitas Sanata Dharma

Yogyakarta. Adapun penulisan Skripsi ini berjudul : Perbandingan Karakteristik

Refrigeran R134a dan R600a Pada Unjuk Kerja Mesin Pendingin Dengan

Menggunakan Ethylen Glicol Sebagai Refrigeran Sekunder.

Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan penelitian dan

penyusunan Skripsi ini, penulis melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini,

penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si.,M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi dan

Dosen Pembimbing Akademik..

3. Laboratorium Energi Universitas Sanata Dharma yang menyediakan temapat

dan alat-alat penunjang penelitian ini.

4. A. Agus Dalyanto dan F. Sri Endarwati sebagai orang tua penulis yang telah

memberikan dukungan, baik secara materi maupun spiritual.

5. Vincencia Prasetyanti, Hendrikus Mas Dinda Yudhiputro, Joseph Ch istopher

Mario Diputro dan Alosius Prananto Adi serta seluruh keluarga yang

(11)

6. Hilarion Aryo Sekar Prabhadamar dan Lorentius Nico Advery, sebagai teman

kelompok Skripsi.

7. Fransisca Desiana Pranatasari sebagai kekasih yang selalu mendukung dan

memberi semangat.

Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan dan menyusunan Skripsi

ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis

mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat

menyempurnakan Skripsi ini. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi

penulis maupun pembaca. Terima kasih.

(12)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

INTISARI ... vii

ABSTRACT ………. viii

DAFTAR NOTASI ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ……... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ………... 1

1.2 Tujuan Penelitian ……….. 3

1.3 Batasan Masalah ……….. 4

1.4 Manfaat Pelaksanaan ……… 6

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 7

(13)

2.1.1 Siklus Carnot ... 7

2.1.2 Siklus Kompresi Uap ... 10

2.1.3 Refrigeran ... 16

2.1.4. Komponen Mesin Pendingin Refrigeran Kompresi Uap 18

2.2 Tinjauan Pustaka ... 22

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 24

3.1 Persiapan ... 24

3.2 Komponen peralatan pada penelitian ... 25

3.3 Perakitan alat ……… 38

3.4 Pengujian alat ……… 45

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 46

4.1 Obyek uji ……….. 46

4.2 Skema alat penelitian ……… 46

4.3 Peralatan Penelitian ………... 48

4.4 Alur penelitian ………... 49

4.5 Variasi penelitian ……….. 50

4.6 Cara mendapatkan data ……… 51

4.7 Cara mengolah data ……….. 52

4.8 Cara mendapatkan kesimpulan ………. 54

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 55

5.1 Hasil penelitian ………. 55

5.2 Perhitungan ……….. 63

(14)

5.2.2 Perhitungan untuk refrigeran R600a ……….. 66

5.3 Pembahasan ……….. 73

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ……… 96

6.1 Kesimpulan ………... 96

6.2 Saran ……….. 98

DAFTAR PUSTAKA ……….. 99

(15)

16

Gambar 2.7 (a) Kompresor hermetic (b) Kompresor semi hermetic

_.

19 Gambar 2.8 (a) Kondensortipe U (b) Kondensor tipe sirip

_{………….}

20

Gambar 2.9 (a) katup ekspansi (b) pipa kapiler

_{……...………..}

21

Gambar 2.10 (a) Evaporator tipe plat (b) Evaporator tipe pipa bersirip

30

Gambar 3.10 Niple

_………

_…

penggabungan kondensor dengan

_...

41

Gambar 3.28 (a) Sambungan lowpressure gauge (b) Sambungan highpressure gauge

_...

42

Gambar 3.29 Proses penyambungan evaporator dengan kompresor

_...

43

Gambar 3.30 Proses pemvakuman

_………..

44

Gambar 3.31 Proses pengisian refrigeran pada sistem

_………..

44

Gambar 4.1 Skema mesin pendingin

_……….

47

Gambar 4.2 Alur penelitian Alur penelitian

_……….

49

Gambar 4.3 Cara pengambilan P-h diagram R134a

_………..

53

(17)

Gambar 5.1 Ph diagram

_………

59 Gambar 5.2 Grafik perbandingan perpindahan energi kalor per satuan

massa pada evaporator dari waktu ke waktu.

_...

74 Gambar 5.3 Grafik perpindahan energi kalor per satuan massa pada

evaporator dari waktu ke waktu pada refrigeran R134a.

_...

evaporator dari waktu ke waktu pada refrigeran R600a.

_....

75 Gambar 5.5 Grafik perbandingan kerja kompresor per satuan massa

dari waktu ke waktu.

_...

76 Gambar 5.6 Grafik kerja kompresor per satuan massa dari waktu ke

waktu pada refrigeran R134a.

_...

77 Gambar 5.7 Grafik kerja kompresor energi kalor per satuan massa dari

waktu ke waktu pada refrigeran R600a.

_...

78 Gambar 5.8 Grafik perbandingan perpindahan energi kalor per satuan

massa pada kondensor dari waktu ke waktu.

_...

kondensor dari waktu ke waktu pada refrigeran R134a.

_....

kondensor dari waktu ke waktu pada refrigeran R600a.

_...

81 Gambar 5.11 Grafik perbandingan COP aktual dari waktu ke waktu.

_…..

82 Gambar 5.12 Grafik COP aktual dari waktu ke waktu pada refrigeran

R134a.

_...

83 Gambar 5.13 Grafik COP aktual dari waktu ke waktu pada refrigeran

R600a.

_...

84 Gambar 5.14 Grafik perbandingan COP ideal dari

(18)

selama 6 jam. ... 57 Tabel 5.4 Data penelitian untuk refrigeran R600a pada hari pertama

selama 6 jam. ... 57 Tabel 5.5 Data penelitian untuk refrigeran R600a pada hari sekunder

selama 6 jam. ... 58 Tabel 5.6 Data penelitian untuk refrigeran R600a pada hari ketiga

selama 6 jam. ... 58 Tabel 5.7 Data penelitian untuk enthalpy refrigeran R134a pada hari.

pertama selama 6 jam ... 60 Tabel 5.8 Data penelitian untuk enthalpy refrigeran R134a pada hari

sekunder selama 6 jam ... 60 Tabel 5.9 Data penelitian untuk enthalpy refrigeran R134a pada hari

ketiga selama 6 jam. ... 61 Tabel 5.10 Data penelitian untuk enthalpy refrigeran R600a pada hari

pertama selama 6 jam. ... 61 Tabel 5.11 Data penelitian untuk enthalpy refrigeran R600a pada hari

sekunder selama 6 jam. ... 62 Tabel 5.12 Data penelitian untuk enthalpy refrigeran R600a pada hari

ketiga selama 6 jam. ... 62 Tabel 5.13 hasil perhitungan untuk refrigeran R134a pada hari

(20)

sekunder dari waktu ke waktu. ... 70 Tabel 5.15 hasil perhitungan untuk refrigeran R134a pada hari ketiga

dari waktu ke waktu. ... 71 Tabel 5.16 hasil perhitungan untuk refrigeran R600a pada hari

pertama dari waktu ke waktu. ... 71 Tabel 5.17 hasil perhitungan untuk refrigeran R600a pada hari

sekunder dari waktu ke waktu. ... 72 Tabel 5.18 hasil perhitungan untuk refrigeran R600a pada hari ketiga

(21)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Pada masa kini kebutuhan akan mesin pendingin semakin meningkat.

Berbagai macam mesin pendingin mudah ditemui di berbagai tempat. Dari rumah

tangga, perkantoran, gedung bertingkat, rumah sakit, industri sampai dengan

tempat umum. Berbagai macam mesin pendingin diciptakan manusia sesuai

dengan kebutuhan. Dari kebutuhan untuk menjaga nutrisi pada makanan sampai

menjaga suhu udara stabil sesuai dengan yang diinginkan. Efek yang ditimbulkan

dari mesin pendingin dapat menyebabkan ketergantungan pengguna pada mesin

pendingin.

Banyak manfaat yang didapat dari mesin pendingin. Kandungan vitamin

dalam makanan dapat terjaga ketika makanan tersebut dimasukkan ke dalam

mesin pendingin. Contoh pemanfaatan mesin pendingin adalah untuk

mendinginkan dan membekukan ikan yang ditangkap di laut. Meski berada di

kapal berhari-hari, ikan tangkapan masih dalam kondisi segar ketika tiba di tempat

pelelangan/penjual ikan. Hal tersebut dapat terjadi karena ikan-ikan yang

ditangkap oleh para nelayan tidak mengalami proses pembusukan, karena bakteri

tidak dapat hidup pada suhu yang rendah. Dalam bidang medis, mesin pendingin

dimanfaatkan untuk mengawetkan jenazah yang tidak dikenal, yang kemudian

(22)

Pada dasarnya pembusukan adalah proses degradasi jaringan pada tubuh

jenazah yang terjadi sebagai akibat proses autolisis dan aktivitas mikroorganisme.

Pembusukan sangat optimal terjadi pada temperatur sekitar 70oF - 100oF atau pada

temperatur 21,1oC - 37,8°C. Pembusukan akan melambat bila terperatur berada di

bawah 50oF (10oC) atau di atas 100oF (37,8oC) menurut Ferryal Basbeth, (2005).

Salah satu alasan mesin pendingin diciptakan adalah untuk mengawetkan jenazah.

Pada dasarnya mesin pendingin dibedakan menjadi dua obyek

pendinginan. Jenis mesin pendingin yang pertama adalah mesin pendingin yang

mendinginkan dan atau membekukan obyek suatu fluida cair atau makanan. Jenis

mesin pendingin yang sekunder adalah mesin pendingin yang di pregunakan

untuk mengkondisikan udara. Contoh mesin pendingin untuk mendinginkan dan

membekukan fluida cair atau makanan adalah freezer, chest freezer, kulkas,

showcase, ice maker dan lain-lain. Contoh dari mesin pendingin yang

dipergunakan untuk mengkondisikan udara adalah air conditioner, chiller,

incubator dan lain-lain.

Komponen utama dari mesin pendingin dengan siklus kompresi uap adalah

kompresor, kondensor, pipa kapiler atau katub ekspansi dan evaporator.

Komponen tambahan dalam mesin pendingin adalah filter dan thermostate.

Masing-masing bagian tersebut saling berkaitan satu sama lain. Mesin pendingin

juga membutuhkan fluida kerja. Fluida kerja mesin pendingin disebut dengan

refrigeran.

Refrigeran merupakan bagian yang penting dari mesin pendingin.

(23)

menjadi naik. Naiknya tekanan refrigeran menyebabkan naiknya suhu dari

refrigeran. Turunnya temperatur dan tekanan refrigeran terjadi pada pipa kapiler.

Hal itu terjadi karena diameter dalam pipa kapiler sangat kecil sehingga tekanan

dari refrigeran menjadi turun.

Refrigeran terdiri dari berbagai macam. Salah satu dari refrigeran adalah

R134a. Antonijevic, (2008) membandingkan penggunaan refrigeran R134a

dengan CO2. CO2 bisa menjadi refrigeran yang ramah lingkungan tetapi daya

kompresor dari mesin pendingin yang menggunakan CO2 memerlukan daya

kompresor 10 kali lebih besar dari mesin pendingin yang menggunakan refrigeran

R134a. Dengan daya kompresor 10 kali lebih besar, maka ukuran dari pipa yang

dibutuhkan juga lebih tebal. Nasrudin, (2011) mencampurkan antara refrigeran

R600a dengan CO2. Variabel yang dibandingkan adalah kadar dari CO2 dalam

sistem refrigerasi autocascade.

Beberapa penelitian di atas membuktikan bahwa refrigeran adalah hal

yang menarik untuk diteliti. Peneliti tertarik untuk membandingkan refrigeran

R134a dengan refrigeran R600a sebagai refrigeran primer. Fungsi utama dari

mesin pendingin pada penelitian ini adalah mendinginkan ethylen glycol. Ethylen

glycol adalah refrigeran sekunder yang berfungsi untuk mendinginkan beban yang

diletakkan pada evaporator. Beban yang diletakkan di evaporator pada penelitian

ini adalah air.

1.2Tujuan Penelitian

(24)

a. Membuat mesin pendingin yang dipergunakan untuk mendinginkan refrigeran

sekunder yaitu ethylen glycol.

b. Membandingkan refrigeran R134a dan R600a dengan menghitung

perpindahan energi kalor per satuan massa refrigeran pada evaporator,

menghitung kerja yang dilakukan kompresor per satuan massa, dan

menghitung perpindahan energi kalor per satuan massa refrigeran kondensor,

dengan menggunakan refrigeran R134a dan refrigeran R600a.

c. Membandingkan refrigeran R134a dan R600a dengan menghitung coefficient

of performance aktual (COP aktual) dan coefficient of performance ideal

(COP ideal).

d. Membandingkan refrigeran R134a dan R600a dengan menghitung efisiensi

dari mesin pendingin.

e. Mengukur arus dan tegangan listrik yang digunakan kompresor pada mesin

pendingin setiap melakukan pencatatan tekanan saat menggunaka refrigeran

R134a dan R600a.

f. Membandingkan daya yang digunakan kompresor pada mesin pendingin saat

menggunaka refrigeran R134a dan R600a.

g. Membandingkan laju aliran massa refrigeran pada mesin pendingin saat

menggunaka refrigeran R134a dan R600a.

1.3Batasan Masalah

Dalam mesin pendingin banyak aspek yang berpengaruh untuk

(25)

permasalahan dalam skripsi ini. Batasan permasalahan dalam skripsi ini antara

lain :

a. Mesin pendingin ini dengan menggunakan siklus kompresi uap dalam bekerja.

b. Refrigeran yang digunaka dalam mesin pendingin ini adalah R134a dan

refrigeran yang digunakan sebagai pembanding adalah R600a.

c. Mesin pendingin menggunakan refrigeran sekunder berupa ethylen glycol

pada evaporator.

d. Komponen yang terdapat dalam mesin pendingin terdiri dari beberapa

komponen utama. Komponen utama dari mesin pendingin ini antara lain

adalah :

 Kompresor berjenis hermetic kompresor yang digunakan untuk refrigeran

R-12. Kompresor yang digunakan berdaya 124 watt, arus listrik 0,92

ampere, beda potensial 220 VAC, frekuensi 50/60 Hz dan 1 phase.

 Kondensor yang digunakan berjenis 12 U, kondensor standar yang

digunakan pada mesin pendingin berdaya 124 watt.

 Filter dengan jenis 1 banding 2. Jenis 1 banding 2 adalah 1 lubang masuk

dan 2 lubang keluar.

 Pipa kapiler berdiameter 0,026 inch dengan panjang 2 m.

 Evaporator dengan pipa tembaga berdiameter 0.25 inch dengan panjang 8

m.

e. Pada rangkaian mesin pendingin menggunakan satu high pressure gauge yang

merupakan tekanan kerja kondensor. Kapasitas high pressure gauge adalah 0

(26)

f. Pada rangkaian mesin pedingin menggunakan satu low pressure gauge yang

merupakan tekanan kerja evaporator. Kapasitas low pressure gauge adalah 0

psi sampai 250 psig.

g. Coefficient of performance (COP) dihitung dari karakteristik yang didapat dari

mesin pendingin didasarkan pada kondisi ideal kerja siklus kompresi uap.

h. Tekanan kerja refrigeran di evaporator adalah 0 psig.

1.4Manfaat Pelaksanaan

Manfaat yang diharapkan dari penelitian skripsi ini adalah :

a. Sebagai sumber informasi dari unjuk kerja mesin pendingin.

b. Sebagai sumber inspirasi dalam memodifikasi mesin pendingin.

c. Bagi penulis, memberi pengalaman bagaimana membuat mesin pendingin

dengan siklus kompresi uap untuk ukuran skala rumah tangga.

d. Bagi penulis, mampu memahami cara kerja mesin pengingin.

(27)

7 BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

Sistem refrigerasi merupakan sistem yang berfungsi sebagai penjaga suhu

pada suatu tempat agar tetap dingin bila dibanding dengan suhu di sekitarnya.

Pada dasarnya kalor mengalir secara alami dari suhu tinggi ke suhu yang lebih

rendah. Dalam sistem refrigerasi kompresi uap, perpindahan kalor dipindahkan

dari daerah bersuhu rendah ke daerah yang bersuhu lebih tinggi. Hal itu dapat

terjadi dikarenakan adanya pemberian kerja pada sistem kompresi uap.

2.1.1. Siklus Carnot

Siklus Carnot merupakan siklus yang yang bersifat reversibel internal.

Dalam siklus ini terdiri dari empat proses, proses tersebut antara lain dua proses

adiabatik dan dua proses isotermal. Pada siklus ini tedapat dua reservoir termal

dan masing-masing temperatur tersebut bersuhu TH dan TC . Siklus pada Gambar

2.1 dan Gambar 2.2 merupakan diagram dari siklus Carnot :

 Proses 1-2 : Gas dikompresi secara adiabatik ke titik 2 menuju temperatur TH.

Proses ini disebut dengan kompresi adiabatik.

 Proses 2-3 : Rangkaian diletakkan pada reservoir panas dengan temperatur TH.

Gas berekspansi secara isotermal dan menerima energi QH dari reservoir panas

melalui proses perpindahan kalor. Proses ini disebut dengan ekspansi

(28)

 Proses 3-4 : Gas berekspansi secara adiabatik hingga temperatur menjadi turun

ke TC dengan kondisi sistem yang terisolasi. Proses ini disebut dengan

ekspansi adiabatik.

 Proses 4-1 : Rangkaian diletakan pada reservoir dingin dengan temperatur TC.

Gas terkompresi secara isotermal ke keadaan awal dengan melepaskan kalor

QC ke reservoir dingin melalui proses sistem perpindahan panas. Proses ini

disebut dengan kompresi isotermal.

(a) (b)

Gambar 2.1 (a) Skema siklus Carnot (b) T-s diagram siklus Carnot

Siklus Carnot merupakan siklus yang reversibel maka pada proses 2-3

perbedaan temperatur antara refrigeran dan reservoir panas memiliki perbedaan

yang sangat kecil. Demikian juga untuk proses 4-1.

Siklus Carnot dapat dilakukan secara terbalik. Energi yang

dipindahkannya pun selalu sama. Letak reservoir panas dan dingin berada pada

(29)

berlawanan atau terbalik. Maka siklus seperti ini disebut siklus refrigerator atau

pompa kalor refrigerator. Siklus ini terdiri dari empat proses. Proses tersebut

ialah:

 Proses 1-2 : Gas berekspansi secara isotermal pada suhu TC. Proses ini

menerima energi QC dari reservoir dingin dengan sistem perpindahan kalor.

Proses ini disebut dengan ekspansi isotermal.

 Proses 2-3 : Gas dikompresi secara adiabatik hingga mencapai tekanan TH.

Proses ini disebut dengan kompresi adiabatik.

 Proses 3-4 : Gas dikompresi secara isotermal pada TH. Proses ini melepaskan

energi QH ke reservoir panas melalui proses sistem perpindahan panas. Proses

ini disebut dengan kompresi isotermal.

 Proses 4-1 : Gas berekspansi secara adiabatik sehingga temperatur dari proses

ini menurun ke TC. Proses ini disebut dengan ekspansi adiabatik.

(a) (b)

(30)

2.1.2. Siklus Kompresi Uap

Sistem kompresi uap adalah siklus yang paling umum digunakan saat ini.

Jika dibandingkan antara Gambar 2.3 dengan Gambar 2.2, sekunder gambar

tersebut menunjukkan kesamaan antara siklus kompresi uap dengan Carnot balik.

Perbedaannya adalah siklus Carnot balik menggunakan turbin, sedangkan siklus

kompresi uap menggunakan katup ekspansi atau pipa kapiler.

(a) (b)

Gambar 2.3 (a) Skema siklus kompresi uap (b) Siklus kompresi uap dalam T-s diagram

Dalam siklus kompresi uap, terdiri dari dua penukar kalor yaitu pada

evaporator dan kondensor. Dalam kompresi uap terdiri dari empat komponen. Dua

komponen yang lain adalah kompresor dan katup ekspansi atau pipa kapiler.

Untuk menghitung setiap proses dalam kompresi uap, maka perhitungan

(31)

dengan notasi h(kJ/kg). Enthalpy didapat dari P-h diagram yang menggambarkan

hubungan antara pressure dengan enthalpy.

Gambar 2.4 Siklus kompresi uap dalam P-h diagram

Dalam siklus kompresi uap, sistem menggunakan refrigeran sebagai fluida

kerja. Pada saat refrigeran melewati evaporator, beban energi kalor yang berada

dalam evaporator atau dalam ruang refrigerasi menguapkan refrigeran. Maka

energi kalor per satuan massa yang diserap evaporator dapat dihitung dengan

persamaan (2.1) (Moran dan Howard, 2004) :

4

1 h

h

Q_C   (2.1)

C

Q merupakan energi yang diserap oleh evaporator atau bisa disebut kapasitas

refrigerasi (kJ/kg) .

Setelah melewati evaporator, refrigeran dikompresi oleh kompresor.

Diasumsikan di kompresor tidak ada energi yang keluar dari sistem. Maka kerja

yang dilakukan per satuan massa yang dilakukan oleh kompresor dapat dihitung

dengan persamaan (2.2) :

1

2 h

h

(32)

Dengan W_in merupakan laju energi yang diberikan kompresor per satuan massa refrigeran.

Setelah melewati kompresor, refrigeran mengalir ke kondensor. Di

kondensor, refrigeran megalami kondensasi atau pengembunan. Refrigeran

melepas kalor dari sistem ke lingkungan. Maka perpindaan energi kalor per satuan

massa pada kondensor dapat dihitung dengan persamaan (2.3) :

3

2 h

h

Q_H   (2.3)

Dengan Q_H merupakan energi yang dilepas ke lingkungan.

Tahap terakhir dari proses pada sistem yaitu ketika refrigeran melewati

pipa kapiler. Tekaan dari refrigeran akan turun sehingga tekanan refrigeran berada

pada tekanan evaporator. Pada proses ini, terjadi proses isoenthalpy. Maka dari itu

nilai enthalpy di pipa kapiler dinyatakan dengan persamaan (2.4) :

4

3 h

h  (2.4)

Aliran dari refrigeran yang berada dalam sistem, mengalir terus menerus

selama refrigeran yang menjadi fluida kerja tersebut mendapatkan kerja dari

kompresor. COP aktual dari sistem dapat dihitung dengan persamaan (2.5) :

1

ukuran kinerja maksimum atau COP ideal dalam suatu sistem dapat menggunakan

(33)

Dengan T_C merupakan temperatur yang ada di evaporator dan T_H merupakan

temperatur yang ada di kondensor. Temperatur tersebut ditunjukkan dengan

Kelvin scale atau skala Kelvin

 

K . Penggunaan skala Kelvin dikarenakan skala

Kelvin mempunyai rasio yang sama dengan nilai perpindahan kalor yang diserap

dan kalor yang dilepas dari sistem. Temperatur 0 derajat Kelvin merupakan

temperatur terendah dan temperatur ini disebut sebagai zero absolute atau nol

absolut. Konversi Celcius ke Kelvin sebagai (2.7) :

16

Maka dari itu, dari persamaan (2.5) dan (2.6) dapat diperoleh efisiensi dari sistem

dapat dihitung dengan persamaan (2.8) :



Dengan merupakan efisiensi dari sistem.

Dalam siklus kompresi uap, siklus yang terjadi dalam suatu sistem dapat

berupa siklus kompresi uap ideal dan siklus kompresi uap actual.

Persamaan-persamaan diatas dapat digunakan untuk menghitung energi yang masuk dalam

sistem Q_C dan energi yang keluar dari sistem ke lingkungan Q_H.

Pada sistem ini, penggunaan energi atau daya yang diserap oleh sistem

dapat ditinjau dari arus dan tegangan yang dikonsumsi kompresor. Penggunaan

energi tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan (2.9) (Tipler, 1991) :

V I

(34)

Dengan P merupakan daya (watt), I merupakan arus (ampere), dan V merupakan

tegangan (volt). Persamaan (2.9) dapat menunjukan daya yang dikonsumsi oleh

kompresor.

Refrigeran mendapat kerja dari kompresor sehingga refrigeran mengalir

dari proses yang satu ke proses yang lain. Laju aliran massa dari refrigeran dapat

dihitung dengan persamaan (2.10) (Cengel, 2006) :

) (h2 h1

P m

 



(2.10)

Dengan merupakan laju aliran massa dari refrigeran merupakan besarnya daya

yang diperlukan kompresor untuk melakukan kerja .

2.1.2.1. Siklus Kompresi Uap Ideal

Siklus kompresi uap ideal merupakan siklus kompresi uap yang

mengabaikan irreversibilitas dalam evaporator, kondensor, dan kompresor.

Diabaikannya irrversibilitas dalam kondensor dan evaporator akan hilangnya

penurunan tekanan akibat gesekan yang terjadi. Sedangkan irreversibilitas di

kompresor diabaikan maka tidak ada perpindahan kalor yang terjadi akibat panas

(35)

Gambar 2.5 T-s diagram dari siklus kompresi uap ideal

 Proses 1-2 : kompresi isentropic refrigeran dari posisi 1 ke tekanan kondensor

di titik 2.

 Proses 2-3 : perpindahan panas dari refrigeran saat mengalir ketika tekanan

konstan di kondensor. Refrigeran berubah phase menjadi cair di posisi 3.

 Proses 3-4 : proses penghambatan dari posisi 3 menuju campuran 2 phase cair

dan gas di posisi 4.

 Proses 4-1 : perpindahan panas ke refrigeran terjadi pada tekanan konstan

melewati evaporator untuk mengahkiri siklus.

Semua proses yang terjadi merupakan proses bersifat internal reverbel

terkecuali pada preoses penghambatan. Walaupun melibatkan sifat irreversible,

siklus ini umumnya disebut siklus kompresi uap ideal.

2.1.2.2. Siklus Kompresi Uap Aktual

Siklus kompresi uap merupakan siklus kompresi uap yang sebenarnya.

Siklus ini melibatkan sifat irreversible dari sistem. Pada Gambar 2.6 ditunjukkan

(36)

di kondensor lebih tinggi dari suhu sekitar kondensor T_H. Hal ini menunjukkan

bahwa terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem QC dan dari sistem ke

lingkungan Q_H.

Gambar 2.6 T-s diagram dari siklus kompresi uap aktual

Pada gambar ditunjukkan bahwa terjadi perubahan entropy pada

kompresor. Hal ini menunjukkan bahwa proses 1-2 merupakan proses

polyentropy. Dengan kata lain, ada energi yang hilang dari kompresor ke

lingkungan. Pada Gambar 2.5 juga memperlihatkan adanya pendinginan lanjut

yang ada di kondensor dan juga ada pemanasan lanjut di evaporator.

2.1.3. Refrigeran

Refrigeran dalam mesin pendingin digunakan sebagai fluida kerja.

Refrigeran itu sendiri merupakan fluida yang dipakai untuk menghisap panas dari

suatu tempat atau suatu benda. Jika bertitik tolak pada pendingin dengan

menggunakan siklus kompresi uap (vapor compression cycle), refrigeran

merupakan media kerja yang berubah phase secara bolak balik (Ricky Gunawan,

(37)

kompresor. Komponen dari mesin pendingin yang menggunakan siklus kompresi

uap menyebabkan refrigeran mengalami perubahan phase. Pada saat refrigeran

keluar dari compresor, phase refrigeran berupa gas. Pada saat refrigeran berada di

kondensor, refrigeran mengalami perubahan phase menjadi cair jenuh. Beban

suhu yang ada di evaporator digunakan untuk menguapkan refrigeran, sehingga

phase refrigeran menjadi uap kembali.

2.1.3.1. Refrigeran Primer

Refrigeran primer merupakan refrigeran yang digunakan dalam sistem

kompresi uap (Stoecker dan Jones, 1989). Refrigeran primer menerima kerja pada

mesin pendingin siklus kompresi uap. Tekanan refrigeran naik saat keluar dari

compresor. Dengan naiknya tekanan maka uhu refrigeran juga mengningkat.

Tekanan refrigeran menurun ketika melewati katup ekspansi atau pipa kapiler.

Suhu refrigeran juga menurun ketika tekanan refrigeran menurun.

Pada penelitian ini, refrigeran primer yang digunakan adalah refrigeran

R-134a dan refrigeran R-600a. Sekunder refrigeran itu dibandingkan untuk mencari

nilai COP. COP didapat dari laju aliran kalor

 

Q_C dibagi dengan daya compresor

 

Win yang digunakan. Fungsi utama dari refrigeran primer adalah mendinginkan

refrigeran sekunder. Refrigeran primer menyerap kalor dari beban refrigeran

sekunder sehingga refrigeran sekunder dapat mendinginkan beban yang ada di

evaporator.

a. Refrigeran R134a

Refrigeran R134a merupakan refrigeran yang mempunyai rumus kimia

(38)

sebesar -26,06oC. Temperatur dan pressure kritis dari refrigeran R600a adalah

101,08oC dan 4060 kPa pada pengukuran absolut.

b. Refrigeran R600a

Refrigeran R600a merupakan refrigeran dengan nama lain Isobutana.

Rumus kimia dari refrigeran R600a adalah (CH3)3CH. Refrigeran ini mempunyai

titik didih normal pada tekanan 1 atm sebesar 260oK – 264oK. Temperatur dan

pressure kritis dari refrigeran R600a adalah 135oC dan 3.65 MPa.

2.1.3.2. Refrigeran Sekunder

Refrigeran sekunder adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang

sedang didinginkan ke evaporator pada mesin refrigerasi (Stoecker dan Jones,

1989). Refrigeran sekunder yang digunakan dalam penelitian ini adalah ethylen

glycol. Fungsi ethylen glycol dalam penelitian ini adalah sebagai bendingin dari

beban yang ada dalam evaporator. Ethylen glycol merupakan senyawa alkohol

yang memiliki satu gugus hidroksi (-OH). Alkohol yang memiliki satu gugus –OH

disebut senyawa polialkohol. Senyawa kimia ethylen glycol adalah merupakan

fluida yang mempunyai titik beku kurang dari 0oC. Beban yang didinginkan

adalah berupa air.

2.1.4. Komponen Mesin Pendingin Refrigeran Kompresi Uap

Mesin pendingin kompresi uap merupakan suatu sistem yang terdiri dari

beberapa proses. Proses-proses utama dari mesin pendingin kompresi uap adalah

proses kompresi yang berada di kompresor, proses kondensasi yang berada di

kondensor, proses penurunan yang tekanan berada di pipa kapiler atau katup

(39)

a. Kompresor

Compresor adalah bagian dari mesin pendingin yang berfungsi untuk

menaikkan tekanan refrigeran (Sumanto, 1989). Phase refrigeran ketika masuk

dan keluar dari compresor berupa gas. Kondisi refrigeran yang keluar dari

compresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar dari

compresor lebih tinggi dari suhu kerja yang berada di kondensor.

Jenis compresor yang biasa digunakan di freezer adalah compresor dengan

tipe semi hermetic. Hal tersebut dikarenakan torak dengan motor listrik berada di

dalam satu ruangan yang sama dan antara torak dan motor listrik terdapat

transmisi.

(a) (b)

Gambar 2.7 (a) Kompresor hermetic (b) Kompresor semi hermetic

b. Kondensor

Kondensor berfungsi sebagai tempat kondensasi atau pengembunan

refrigeran (Sumanto, 1989). Kalor yang berada di kondensor di lepaskan ke

(40)

Proses yang pertama adalah proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas

lanjut menuju ke gas jenuh. Proses yang sekunder ialah perubahan phase

refrigeran dari phase gas ke phase cair. Pada proses penurunan suhu refrigeran

dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses perubahan phase dari gas jenuh ke

cairan jenuh berlangsung pada tekanan yang tetap. Perubahan phase tersebut juga

dalam suhu yang tetap. Berikut adalah macam-macam dari kondensor :

(a) (b)

Gambar 2.8 (a) Kondensortipe U (b) Kondensor tipe sirip

c. Pipa kapiler atau katup ekspansi

Katup ekspansi atau pipa kapiler mempunyai fungsi yang sama yaitu untuk

menurunkan tekanan refrigeran (Sumanto, 1989). Perbedaan dari katup ekspansi

dengan pipa kapiler adalah katup ekspansi dapat diatur seberapa besar refrigeran

yang dihambat sedangkan pipa kapiler tidak bisa di atur. Perangkat tersebut

dipasangkan antara kondensor dan evaporator. Ketika refrigeran mengalir

kedalam pipa kapiler, refrigeran mengalami penurunan tekanan karena adanya

(41)

(a) (b)

Gambar 2.9 (a) katup ekspansi (b) pipa kapiler

d. Evaporator

Evaporator berfungsi untuk menguapkan refrigeran (Sumanto, 1989). Di

evaporator terjadi perubahan phase refrigeran dari cair dan gas ke phase gas. Pada

saat perubahan phase tersebut energi yang digunakan berasal dari beban kalor

yang berada di evaporator. Pada saat perubahan phase, entalpy dari refrigeran

meningkat. Tekanan untuk perubahan phase berada pada tekanan yang tetap atau

disebut isobaric. Suhu pada saat perubahan phase berada pada suhu yang tetap.

(a) (b)

(42)

2.2. Tinjauan Pustaka

Berdasarkan pada Kyoto Protocol dan keputusan dari European

Commission Refrigeran R134a, sering digunakan pada penggunaan sistem

pendingin udara, perlu untuk dihilangkan sedikit demi sedikit. Saat ini industri

otomotif melihat CO2 (R744) menjadi refrigeran yang digunakan. Selain dari

keuntungan yang didapat oleh lingkungan, karakteristik teknik dari siklus

refrigeran CO2 dan penggunaan sistem air conditioner dibandingkan dengan

refrigeran R134a. untuk menganalisis, tantangan yang muncul dari penggunaan

CO2 sebagai refrigeran dan kesempatan meningkatkan anggapan untuk

meningkatkan performa dan efisiensi. Yang perlu ditingkatkan adalah

menampilkan keuntungan dari penggunaan CO2 untuk sector otomotif heat pump

sistem (Antonijevic, 2008).

Sistem refrigeran yang digunakan saat masih banyak menggunakan

refrigeran yang mengandung zat perusak ozon atau penyebab pemanasan global.

Karena itu, diperlukan alternatif yang salah satunya adalah CO2. Namun tingginya

tekanan CO2 membatasi penggunaan sistem refrigeran konvensional. Solusi untuk

mengatasi hal itu dengan biaya investasi yang relatife rendah adalah dengan

menggunakan sistem refrigeransi autocascade. Penelitian ini mempelajari sistem

refrigerasi autocascade yang menggunakan variasi campuran CO2 (R744) dengan

R600a. Parameter yang dianalisa antara lain (1) suhu evaporasi, (2) suhu

kondensasi, (3) suhu suction, (4) suhu discharge, (5) tekanan suction, dan (6)

tekanan discharge. Hasil pengujian menunjukkan bawa penambahan komposisi

(43)

menaikkan tekanan kerja sistem. Oleh karena itu, pemanbahan komposisi CO2

tersebut harus masih dalam batas-batas toleransi tekanan kerja kompresor yang

diijinkan (Nasrudin, 2011).

Pada pelitian ini berfokus pada campuran refrigeran yang ramah

lingkungan. Refrigeran yang akan dikombinasikan antara lain R600a (butane)

R134a (tetrafluoroethane), dan R406 (55% R22, 4% R600a, dan 41% R142b)

dipelajari pada penelitian ini. Ketiga refrigeran tersebut dicampur dengan rasio

yang bervariasi, dipelajari, dan dibandingkan dengan refrigeran R12

(dichlorodifluoromethane) yang mana digunakan sebagai tolak ukur dari

penelitian. Mesin pendingin yang digunakan adalah mesin pendingin rumah

tangga dengan kapasitas kompresor 2 hp. Rancangan penelitian berdasarkan pada

tekanan kondensor dan evaporator. Selama penelitian, kedua temperatur pada

kondensor dan evaporator diukur dan dicatat. Hal tersebut dilakukan untuk

menentukan panas yang diserap pada evaporator dan panas yang dibuang pada

kondensor. Hasil menunjukkan bahwa campuran R134a dan R600a dengan rasio

50:50 dapat menggantika R12 pada mesin pendingin rumah tangga tanpa

mengganti pelumas yang ada pada kompresor. COP dari R12 sebesar 2,08 dan

COP dari campuran R134a dan R600a sebesar 2,30 pada keadaan yang sama.

(44)

24

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1. Persiapan

Dalam pembuatan alat, aspek yang paling penting adalah memilih

refrigeran primer. Refrigeran primer merupakan refrigeran yang akan

dibandingkan COP dalam penelitian. Berdasarkan refrigeran yang dipakai, maka

dapat ditentukan peralatan apa saja yang diperlukan untuk membuat suatu

sistem/mesin refrigeran kompresi uap. Bagian-bagian dari mesin peendingin

kompresi uap yang ditentukan adalah sebagai berikut :

a. Aspek yang paling mempengaruhi refrigeran adalah kemampuan kompresor

dalam melakukan kompresi.

b. Langkah kedua yaitu menentukan tipe dan ukuran kondensor. Kondensor

disebut baik jika energi kalor dapat secara mudah dilepas ke lingkungan dari

sistem.

c. Penentuan filter yang dipakai untuk menyaring kotoran yang terdapat dari

sistem.

d. Langkah yang ketiga yaitu penentuan panjang dari pipa kapiler dan diameter

dalam dari pipa kapiler.

e. Langkah yang keempat yaitu penentuan tipe dan ukuran dari evaporator.

f. Langkah yang ke lima adalah penentuan alat ukur tekanan refrigeran dan

(45)

Beberapa hal diatas dapat disebut merupakan uraian yang diperlukan

dalam merancang sistem sebagai persiapan awal membuat mesin pendingin.

3.2 Komponen peralatan pada penelitian

Komponen peralatan pada penelitian terdiri dari dua bagian, yaitu

komponen utama mesin pendingin dan komponen pendukung. Komponen utama

mesin pendingin antara lain :

a. Kompresor

Kompresor pada mesin pendingin refrigeran ini menggunakan kompresor

dengan jenis hermetic kompresor yang digunakan untuk refrigeran R-12.

Kompresor yang digunakan berdaya 124 watt, arus listrik 0,92 ampere, beda

potensial 220 VAC, frekuensi 50/60 Hz dan 1 phase.

Gambar 3.1 Kompresor hermetic

b. Kondensor

Kondensor yang digunakan menggunakan jenis U. Pada mesin pendingin

(46)

jenis ini mempunyai sirip. Bahan pipa dari kondensor terbuat dari besi. Bahan

sirip dari kondensor juga terbuat dari besi.

Gambar 3.2 Kondensor 12 U

c. Pipa kapiler

Panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 2 m. Diameter dalam dari

pipa kapiler yang digunakan adalah 0,026 inch.

(47)

d. Evaporator

Evaporator yang digunakan pada mesin pendingin ini menggunakan

evaporator berbentuk pipa. Diameter dalam pipa evaporator adalah 0,25 inch (0,63

cm) dan panjang evaporator pada mesin pendingin ini adalah 8 m. Bahan dari

evaporator terbuat dari pipa tembaga.

Gambar 3.4 Evaporator

Pada evaporator juga terdapat juga terdapat houshing atau tempat yang

terdiri dari dua tempat makanan yang terbuat dari plastik. Kapasitas dari cover

tersebut adalah 4 liter dan 5 liter.

(48)

e. Filter

Filter yang digunakan pada mesin pendingin ini menggunakan filter

dengan tipe 12. Yang dimaksud dengan tipe 12 adalah 1 lubang masuk dan 2

lubang keluar. 1 lubang yang besar berfungsi untuk masuknya refrigeran kerja

dari kondensor dan 2 lubang yang lebih kecil adalah sebagai saluran buang

refrigeran dan saluran untuk menuju ke pipa kapiler. Di dalam filter terdapat

saringan yang berfungsi sebagai penyaring kotoran yang terdapat dalam sistem.

Bahan filter terbuat dari tembaga.

Gambar 3.6 Filter

Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6 menunjukkan komponen utama

dari mesin pendingin. Dalam komponen utama tersebut, terdapat dua komponen

lain yang digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran. Komponen tersebut ialah

high pressure gauge dan low pressure gauge. Kapasitas dari pressure gauge yang

digunakan adalah 250 psi untuk low pressure gauge dan 500 psi untuk high

pressure gauge. Low pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan

refrigeran pada evaporator dan high pressure gauge digunakan untuk mengukut

(49)

(a) (b)

Gambar 3.7 (a) High pressure gauge (b) Low pressure gauge

Dalam pembuatan mesin pendingin, dibutuhkan komponen lain untuk

membuat mesin pendingin. Komponen pendukung untuk menyatukan

komponen-komponen utama dari mesin pendingin antara lain :

a. Pipa dengan bentuk T

Pipa dengan bentuk T ini berfungsi untuk menggabungkan antara pressure

gauge dengan sistem. Hal ini dikarenakan bagian dari pressure gauge tidak tahan

terhadap panas dari semburan api saat penggabungan antar pipa. Bahan dari pipa

dengan bentuk T terbuat dari tembaga.

(50)

b. Filler hole

Filler hole biasa disebut dengan pentil. Fungsi dari komponen ini ialah

sebagai jalur pengisian dan pembuangan dari refrigeran.

Gambar 3.9 Filler Hole

c. Niple

Niple merupakan komponen dari sistem yang berfungsi sebagai pasangan

ulir pressure gauge. Hal ini bertujuan agar pressure gauge dapat terpasang dengan

baik pada sistem.

Gambar 3.10 Niple

d. Nastro tenuta filettil

Nastro tenuta filettil merupakan komponen yang berfungsi sebagai

(51)

dililitkan pada ulir yang di pressure gauge kemudian dipasangkan pada niple.

Pada saat pengisian dan pemvakuman refrigeran, nastro tenuta filettil juga dipakai

agar proses pengisian dan pemvakuman dapat dilakukan tanpa mengalami

kebocoran.

Gambar 3.11 Nastro tenuta filettil

e. Refrigeran

Dalam sistem ini, refrigeran pada mesin pendingin ini menggunakan

refrigeran primer dan refrigeran sekunder. Refrigeran primer menggunakan jenis

refrigeran R134a dan R600a. Sedangkan refrigeran sekunder pada mesin

pendingin ini menggunakan refrigeran ethylen glycol. Ethylen glycol dipilih

karena mempunyai sifat tidak bekupada temperatur 0oC dan aman. Fungsi ethylen

glycol dalam penelitian ini adalah sebagai bendingin dari beban yang ada dalam

evaporator

(52)

(c)

Gambar 3.12 (a) Refrigeran primer R134a (b) Refrigeran primer R600a (c) Refrigeran sekunder ethylen glycol

f. Meja

Meja dalam pembuatan mesin pendingin ini berfungsi sebagai dasar atau

tempat untuk meletakkan komponen-komponen utama mesin pendingin. Meja

terbuat dari kayu sehingga meja dapat di lubangi. Lubang tersebut digunakan

untuk mengunci komponen tersebut sehingga tidak bisa bergerak. Mor dan baut

digunakan untuk mengunci komponen-komponen mesin pendingin.

Gambar 3.13 Meja mesin pendingin

Komponen pendukung yang digunakan untuk menyatukan

(53)

a. Gas las

Gas las dalam pembuatan mesin pendingin ini berfungsi untuk melelehkan

bahan tambah yang berupa perak atau kuningan. Kemasan dari gas las ini berupa

kaleng.

Gambar 3.14 Gas las

b. Gas torch

Gas torch berfungsi sebagai nozzel sehingga nyala api las bisa menjadi

fokus. Fungsi blander las yang lain sebagai pengatur debit las gas yang digunakan.

(54)

c. Kuningan

Penggunaan kuningan dalam pembuatan mesin pendingin berfungsi untuk

sebagai bahan tambah pengelasan. Kuningan mempunyai titik lebur lebih rendah

dari tembaga maupun besi. Sehingga sebelum tembaga maupun besi melebur,

kuningan yang digunakan sudah melebur dan membuat sambungan pipa tembaga

menyambung.

(a) (b)

Gambar 3.16 (a) Bahan tambah perak (b) Bahan tambah kuningan

d. Double pressure gauge

Double pressure gauge terdiri dari dua pressure gauge yang berbeda.

Pressure gauge yang terdapat dalam komponen ini terdiri dari low pressure gauge

dan high pressure gauge. Fungsi dari alat ini ialah untuk mengetahui tekanan

evaporator saat proses mengisian pengisian. Pada saat mekakukan pemvakuman,

double pressure gauge juga digunakan. Hal ini berguna untuk memastikan bahwa

refrigran yang ada dalam mesin pendingin dapat dikeluarkan dengan sempurna.

Dengan kata lain, mesin pendingin tervakum dengan sempurna dan tidak ada

(55)

Gambar 3.17 Double pressure gauge

e. Selang

Selang digunakan untuk memperpudah pengisian refrigeran kedalam

sistem. Selang dipasangkan dengan double pressure gauge sehingga

mempermudah posisi pengisian refrigeran.

Gambar 3.18Selang

f. Tube cutter

Tube Cutter berfungsi untuk memotong pipa tembaga. Pemotongan pipa

tembaga bertujuan agar semua pipa yang ada dalam sistem dapat dibentuk sesuai

(56)

gampang dipakai, dan sisa pemotongan relatif tidak ada. Penggunaan gergaji tidak

dilakukan dikarenakan hasil dari gergajian akan kasar dan bisa masuk ke pipa

kapiler.

Gambar 3.19 Tube cutter

g. Silver brazing flux

Silver brazing flux sering disebut dipasaran dengan borak. Silver brazing

flux berfungsi sebagai katalis saat penggabungan pipa tembaga dengan pipa besi.

Jika pada saat pengelasan antara tembaga dengan besi tidak menggunakan silver

brazing flux maka bahan tambah tidak dapat merekat dengan sempurna.

Gambar 3.20 Silver brazing flux

h. Thamzone

Thamzone biasa disebut di pasaran dengan metil. Pemberian metil

(57)

agar uap air yang terkandung dalam udara dapat dihilangkan. Jika didalam sistem

masih terdapat kandungan uap air, dikawatirkan uap air akan membeku didalam

pipa kapiler atau di evaporator dan menyumbat aliran refrigeran kerja dalam

sistem.

Gambar 3.21Thamzone

i. Pompa vakum

Pompa vakum dalam pembuatan mesin mendingin berfungsi untuk

memvakumkan sistem dari udara yang terdapat di dalam sistem. Hal ini bertujuan

agar udara tidak berada didalam sistem dan refrigeran yang ada dalam sistem

adalah fluida kerja. Hal penting lainnya adalah tidak adanya kandungan uap air

yang ada dalam sistem. Jika uap air ikit dalam sistem, maka air yang terkandung

dalam sistem akan membeku dan menyumbat aliran refrigeran.

(58)

j. Tang meter

Tang meter bertujuan untuk mengetahui arus masuk yang digunakan

kompresor. Dengan diketahuinya arus yang digunakan oleh kompresor maka daya

yang dikonsumsi oleh kompresor dapat diketahuti. Dengan catatan, tegangan yang

berasal dari PLN yang dipergunakan juga diketahui.

Gambar 3.23Tang meter

3.3 Perakitan alat

Perakitan mesin pendingin dimulai dari perancangan mesin pendingin,

kemudian melalui beberapa tahap. Setelah melalui beberapa tahap, perakitan

diakhiri dengan uji coba alat. Diagram alir berikut menunjukkan tahap pembuatan

mesin pendingin.

Mulai

Perancangan Mesin Pendingin

Persiapan Komponen Komponen Mesin Pendingin

(59)

tidak baik

baik

Gambar 3.24 Diagram alur pembuatan mesin pendingin

Langkah pertama sebelum perakitan adalah perancangan mesin pendingin

yang akan dibuat. Hal itu bertujuan untuk mengetahui gambaran tentang masin

pendingin yang akan dibuat. Dengan rancangan tersebut, maka dapat diketahui

seberapa panjang pipa evaporator yang dibutuhkan, jenis kondensor yang

digunakan, peletakan pressure gauge pada sistem, serta bentuk dari mesin

pendingin itu sendiri. Gambaran mesin pendingin yang akan dibuat juga dapat

mempermudah dalam tahap penyambungan komponen-komponen mesin

pendingin.

Langkah kedua yaitu pembentukan komponen-komponen mesin pendingin

yang perlu dibentuk. Komponen mesin pendingin yang harus dibentuk dalam

Pem vakum an M esin Pendingin

Pengisian Refrigeran R134a

Uji Coba

Selesai

Pem eriksaan Sam bungan Pem buat an m esin pendingin

(60)

pembuatan mesin pendingin ini adalah evaporator. Hal itu dikarenakan evaporator

dalam mesin pendingin ini menggunakan pipa tembaga. Pipa tembaga dibentuk

sedemikian rupa sehingga menyerupai rancangan evaporator yang dikehendaki.

(a) (b)

Gambar 3.25 (a) Pipa evaporator (b) houshing evaporator

Evaporator pada mesin pendingin ini terdiri dari pipa tembaga dengan

panjang 8 meter dan menggunakan dua houshing evaporator yang terbuat dari dua

tempat makanan dari plastik dengan kapasitas 4 liter dan 5 liter. Kedua komponen

tersebut dijadikan satu sehingga dapat berfungsi sebagai evaporator mesin

pendingin.

(a) (b)

(61)

Penggunaan dua housing evaporator bertujuan agar udara yang ada di

dalam houshing evaporator menjadi isolator termal. Sehingga kalor yang ada di

lingkungan tidak masuk kedalam evaporator.

Setelah evaporator sudah selesai dirakit, langkah ketiga adalah

pemasangan kondensor pada rancangan sistem. Kondensor dipasangkan pada

samping meja. Hal ini bertujuan agar kondensor dapat membuang energi kalor ke

lingkungan dengan mudah. Tujuan lain peletakan kondensor berada di samping

adalah agar mesin pedingin yang dibuat terlihat rapi.

(a) (b)

Gambar 3.27 (a) Pemasangan kondensor dengan meja (b) bentuk jadi penggabungan kondensor dengan

Langkah keempat adalah pemasangan kompresor pada meja. Kompresor

diletakkan di antara evaporator dan kondensor. Hal ini bertujuan agar

penyambungan ke tiga komponen tersebut dapat dilakukan dengan mudah.

Langkah pemasangan kompresor pada meja sama dengan pemasangan kondensor

dan evaporator pada meja.

Setelah kompresor, evaporator, dan kondensor terpasang pada meja,

(62)

sehingga pressure gauge dapat dipasang pada mesin pendingin. Pressure gauge

yang digunakan menggunakan empat pressure gauge. Komponen yang digunakan

ialah niple, pipa tembaga, dan pressure gauge itu sendiri.

(a) (b)

Gambar 3.28 (a) Sambungan lowpressure gauge (b) Sambungan highpressure gauge

Langkah keenam ialah penyambungan semua komponen menjadi satu

sehingga sistem dapat bekerja dengan baik. Penggabungan komponen dimulai dari

kompresor menuju ke kondensor. High pressure gauge disambungkan antara

kompresor dengan kondensor. Dalam hal ini pressure gauge berfungsi untuk

mengetahui tekanan yang keluar dari kompresor. Pengelasan antara pipa

kompresor dengan kondensor memerlukan borak sebagai katalis. Hal ini bertujuan

menurunkan titik lebur dari pipa kondensor sehingga bahan tambah dapat melekat

dengan sempurna.

Setelah kondensor dengan kompresor tersambung, langkah ketuju adalah

menyambung kondensor dengan pipa kapiler. Diantara pipa kapiler dan kondensor

terdapat high pressure gauge dan filter yang telah disambungkan dengan sistem.

(63)

kondensor. Sedangkan filter berfungsi untuk menyaring kotoran yang ada dalam

sistem.

Langkah kedelapan adalah penyambungan antara pipa kapiler dengan

evaporator. Antara pipa kapiler dengan evaporator terdapat low pressure gauge

yang berfungsi untuk mengetahui tekanan refrigeran yang masuk kedalam

evaporator. Langkah kesembilan ialah penyambungan evaporator dengan

kompresor. Antara evaporator dengan kompresor terdapat low pressure gauge,

untuk mengetahui tekanan refrigeran yang masuk kedalam kompresor.

Gambar 3.29 Proses penyambungan evaporatordengan kompresor

Langkah kesepuluh adalah proses pemvakuman. Dalam mesin pendingin

ini, refrigeran yang di pakai adalah refrigeran R134a dan R600a. Maka dari itu,

mesin pendingin ini perlu divakumkan terlebih dahulu. Sehingga refrigeran yang

ada dalam sistem merupakan refrigeran yang murni refrigeran R134a atau

(64)

Gambar 3.30 Proses pemvakuman

Setelah proses pemvakuman selesai, langkah kesebelas adalah pegisian

refrigeran. Proses pengisian refrigeran dilakukan hampir bersamaan dengan proses

pemvakuman. Proses ini menggunakan manivol yang terdiri dari dua pressure

gauge. Pressure gauge tersebut terdiri dari high pressure gauge dan low pressure

gauge. Setelah pemvakuman selesai, kran yang ada di sisi high pressure gauge

ditutup kemudian kompresor mesin pendingin dinyalakan. Setelah kompresor

menyala, kran yang ada di tabung refrigeran dibuka sedikit demi sedikit.

Pemberian refrigeran diberikan sesuai dengan tekanan yang diinginkan. Tekanan

yang diinginkan didasarkan pada P-h diagram sesuai dengan refrigeran yang

digunakan.