Bab II Mesin Pendingin 17

(1)

BAB II

PENGUJIAN MESIN PENDINGIN

2.1 Pendahuluan 2.1 Pendahuluan

Saat ini mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan di dunia adalah Saat ini mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan di dunia adalah dar

dari i jenjenis is siksiklus lus komkomprepresi si uapuap. . SisSistem tem lailain, n, sepseperterti i sissistem tem magmagnetneto-ko-kaloalorikrik,, adsorpsi,dan efek

adsorpsi,dan efek siebeck siebeck hingga saat ini masih terbatas penggunaannya. Mesinhingga saat ini masih terbatas penggunaannya. Mesin refr

refrigeigerasrasi i siksiklus lus komkomprepresi si uap uap memmemilikiliki i flekfleksibsibiliilitas tas penpengguggunaanaan, n, yakyakni ni bisbisaa berfungsi sebagai mesin pendingin (AC) ataupun pompa

berfungsi sebagai mesin pendingin (AC) ataupun pompa kalor (kalor (heat pumpheat pump) dengan) dengan mengubah arah aliran refrigerannya. Mesin refrigerasi jenis ini juga berukuran mengubah arah aliran refrigerannya. Mesin refrigerasi jenis ini juga berukuran cukup kompak, sehingga tidak memerlukan ruang yang besar.

cukup kompak, sehingga tidak memerlukan ruang yang besar.

Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran. Siklus sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran. Siklus refrigerasi yang paling banyak dipakai adalah daur refrigerasi kompresi-uap yang refrigerasi yang paling banyak dipakai adalah daur refrigerasi kompresi-uap yang melibat

melibatkan kan empat empat kompkomponen dasar onen dasar yaituyaitu: : kompkompresor, kondensresor, kondensor or katup ekspansikatup ekspansi dan evaporator.

dan evaporator.

Sedangkan pompa kalor adalah suatu alat yang dapat mentransfer panas Sedangkan pompa kalor adalah suatu alat yang dapat mentransfer panas dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi yang bertujuan dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi yang bertujuan unt

untuk uk menmenjagjaga a ruaruangngan an tettetap ap berbertemtemperperatuatur r tintinggiggi. . ProProses ses pempemberberian ian panpanasas tersebut disertai dengan menyerap panas dari sumber bertemperatur rendah.

tersebut disertai dengan menyerap panas dari sumber bertemperatur rendah. Tujua

Tujuan n dari mesin dari mesin pendipendingin adalah untuk ngin adalah untuk menjamenjaga ga ruang refrigeraruang refrigerasi si atauatau rua

ruangangan n tettetap ap dindingin gin dendengan gan menmenyeryerap ap panpanas as dardari i ruaruang ng tertersebsebut. ut. SalSalah ah satsatuu aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah

aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah air air conditioconditioner ner (AC).(AC). Pada dasarnya mesin pendingin ini adalah sebuah mesin pendingin tetapi target Pada dasarnya mesin pendingin ini adalah sebuah mesin pendingin tetapi target yang didinginkan bukan ruang refrigerasi melainkan sebuah ruangan atau gedung yang didinginkan bukan ruang refrigerasi melainkan sebuah ruangan atau gedung atau yang lainnya.

atau yang lainnya.

(www

(www.ber.berita iptita iptek ek .com ).com )

2.2

(2)

(3)

Dalam praktikum ini para praktikan diharapkan mampu: Dalam praktikum ini para praktikan diharapkan mampu: 1.

1. MeMengngetetahahui ui kakararaktktererisistitikdkdan an prprininsisip p kekerjrja a memesisin n pependndiningigin n dadari ri sisiststemem pendingin siklus kompresi uap.

pendingin siklus kompresi uap. 2.

2. MenMengetgetahuahui i bagbagianian–ba–bagian dan gian dan funfungsi dari gsi dari sissistem penditem pendinginginsinsikluklus s komkomprepresisi uap.

uap. 3.

3. Dapat mDapat mengoengoperasiperasikan siskan sistem pendtem pendingin dingin dengan tengan tepatsikepatsiklus kolus kompresmpresi uap.i uap. 4.

4. MenMengetgetahuahui i parparameameter ter efisefisieniensi si perperforformanmansissisististem em penpendindinginginsiksiklus lus komkomprepresisi uap.

uap. 5.

5. MeMengngetetahahui ui apaplilikakasi si memesisin n pependndiningigin n dadalalam m kekehihidudupapan n sesehahariri-ha-harisrisisistetemm pendingin siklus kompresi uap.

pendingin siklus kompresi uap.

(Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin,2011) (Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin,2011)

2.3 Dasar Teori 2.3 Dasar Teori

2.3.1 Pengetahuan Umum Tentang Mesin Pendingin 2.3.1 Pengetahuan Umum Tentang Mesin Pendingin

Dari hukum termodinamika I yang menyatakan bahwa energi tidak dapat Dari hukum termodinamika I yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Prinsip ini juga dikenal dengan konversi energi yang dapat bentuk yang lain. Prinsip ini juga dikenal dengan konversi energi yang dapat berlaku pada sistem tertutup maupun pada sistem terbuka.

berlaku pada sistem tertutup maupun pada sistem terbuka.

Suatu kerja dapat dikonversi secara langsung menjadi panas, misalnya Suatu kerja dapat dikonversi secara langsung menjadi panas, misalnya pada pengaduk air. Kerja dapat kita berikan pada poros pengaduk sehingga pada pengaduk air. Kerja dapat kita berikan pada poros pengaduk sehingga temperatur naik. Dari pengamatan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa temperatur naik. Dari pengamatan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa konversi panas menjadi kerja bisa dilakukan tetapi diperlukan sebuah alat konversi panas menjadi kerja bisa dilakukan tetapi diperlukan sebuah alat yang disebut sebagai mesin kalor (

yang disebut sebagai mesin kalor (heat engine). Sebuah mesin kalor harusheat engine). Sebuah mesin kalor harus memiliki karakteristik sebagai berikut:

memiliki karakteristik sebagai berikut: 1.

1. MeMesisin kaln kalor meor meneneririma pama pananas dars darii sourcesource bertemperatur tinggi (energibertemperatur tinggi (energi matahari,

matahari, furnace bahan bakar, reaktor nuklir, dan lain-lain). furnace bahan bakar, reaktor nuklir, dan lain-lain). 2.

2. MeMesisin n kakalolor r memengngkokonvnverersi si sesebabagigian an enenerergi gi papananas s memenjnjadadi i kekerjrjaa (umumnya dalam bentuk poros yang berputar).

(umumnya dalam bentuk poros yang berputar). 3.

3. MesMesin kin kaloalor memr membuabuang sng sisa isa panpanas kas kee sink sink bertemperatur rendah.bertemperatur rendah. 4.

4. MesMesin kain kalor belor beroproperaserasi dalai dalam sebm sebuah suah sikliklus.us.

Melihat karakteristik dari mesin kalor, maka tidak ada sebuah mesin Melihat karakteristik dari mesin kalor, maka tidak ada sebuah mesin kal

(4)

mengubahnya semua menjadi kerja. Keterbatasan tersebut kemudian dibuat mengubahnya semua menjadi kerja. Keterbatasan tersebut kemudian dibuat sebuah pernyataan oleh Kelvin–Plank yang menyatakan: “Tidak ada sebuah sebuah pernyataan oleh Kelvin–Plank yang menyatakan: “Tidak ada sebuah mes

mesin in ataatau u alat alat yanyang g bekbekerja erja daldalam am sebsebuah uah siksiklus menerilus menerima ma panpanas as dardarii reservoir

reservoir bertembertemperatuperatur r tinggtinggi i dan dan mengumengubah bah panas tersebut panas tersebut seluruseluruhnyahnya menjadi kerja bersih. Atau dengan kata lain tidak ada sebuah mesin kalor menjadi kerja bersih. Atau dengan kata lain tidak ada sebuah mesin kalor yang mempunyai efisiensi 100% ”.

yang mempunyai efisiensi 100% ”. Mes

Mesin in penpendindingin gin adaadalah lah sebsebuah uah alat alat siksiklus lus yanyang g priprinsinsip p kerkerjanjanyaya hampir sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa hampir sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa ref

refririgegeraran. n. SiSiklklus us refrefririgegerarasi si yayang ng papaliling ng bebenynyak ak didipapakakai i adadalaalah h dadaur ur refrige

refrigerasi rasi kompkompresi–uresi–uap ap yang melibatkan empat yang melibatkan empat kompkomponen dasar onen dasar yaitu:yaitu: ko

kompmpreresosor, r, kokondndenensosor r kakatutup p ekekspspanansi si dadan n evevapapororatatoror. . SiSiststem em ininii menggunakan

menggunakan refrigeran refrigeran sebagai flusebagai fluida kerjanya.ida kerjanya. (Sumber:

(Sumber: www.scribd.com/doc/15560645/materi-mesin-pendinginwww.scribd.com/doc/15560645/materi-mesin-pendingin ) )

2.3.2Klasifikasi Mesin Pendingin 2.3.2Klasifikasi Mesin Pendingin a. Mesin pendingin uap

a. Mesin pendingin uap 1.

1. MeMesisin pen pendndiningigin adsn adsororpspsii Me

Messin in ppenenddininggin in adadssororpspsi i memeruruppakakan an mmesesin in rerefrfrigigirirasasi i yayanngg me

memamanfnfaaaatktkan an prprososes es kokompmpreresi si alalamami i yayang ng didihahasisilklkan an dadari ri fenfenomomenenaa adsorpsi. Sumber energi pada mesin pendingin adsorpsi diperoleh dari panas adsorpsi. Sumber energi pada mesin pendingin adsorpsi diperoleh dari panas ma

matatahahari ri atatau au papananas s dadari ri gagas s bubuanang g hahasisil l pepembmbakakararanan. . SiSiststem em ininii men

mengguggunaknakan an metmetanoanol l sebsebagaagaii refrigerant refrigerant yanyang g memmemiliiliki ki karkarateaterisristik tik zeroozone depletion potential

zeroozone depletion potential (ODP). Sistem ini juga menggunakan karbon(ODP). Sistem ini juga menggunakan karbon aktif sebagai

aktif sebagai adsoradsorbennybennya. a. Mesin pendingiMesin pendingin n adsorpadsorpsi si dirancdirancang ang untuuntuk k dapatdapat mencegah kebocoran pada tekanan sampai dengan -75 cmHg gauge untuk mencegah kebocoran pada tekanan sampai dengan -75 cmHg gauge untuk mendapatkan methanol yang mencukupi untuk proses penyerapan kalor.

mendapatkan methanol yang mencukupi untuk proses penyerapan kalor. 2.

2. MesMesin in penpendindingin gin komkomprepresi si uapuap

Cara kerja dari mesin pendingin dengan siklus refrigerasi kompresi uapadalah Cara kerja dari mesin pendingin dengan siklus refrigerasi kompresi uapadalah sebagai berikut:

sebagai berikut:

“Fluida kerja dikompresikan di dalam kompresor dari tingkat keadaan “Fluida kerja dikompresikan di dalam kompresor dari tingkat keadaan 1 ke tingkat keadaan 2, pada tekanan tinggi ini fluida kerja ini diembunkan di 1 ke tingkat keadaan 2, pada tekanan tinggi ini fluida kerja ini diembunkan di dalam kondens

(5)

katup ekspansi ke tingkat keadaan 4 dan berevaporasi di dalam evaporator katup ekspansi ke tingkat keadaan 4 dan berevaporasi di dalam evaporator kembali ke tingkat keadaan 1.”

kembali ke tingkat keadaan 1.”

Sistem pendinginan ini terdiri dari beberapa alat utama yang pokok untuk Sistem pendinginan ini terdiri dari beberapa alat utama yang pokok untuk dapat terjadinya proses kompresi uap, yaitu:

dapat terjadinya proses kompresi uap, yaitu: a.

a. KomKomprepresorsor, berf, berfungungsi unsi untuk metuk menainaikkakkan tekan tekanannanrefrigerant.refrigerant. b

b.. KoKondndenensosor r beberfrfunungsgsi i memendndiningiginknkan an atatau au memengngemembubunknkanan refrigerant refrigerant berarti terjadi panas yang dibuang di dalam kondensor.

berarti terjadi panas yang dibuang di dalam kondensor. c.

c. KatuKatup ekspp ekspansansi, berfi, berfungungsi untsi untuk menuk mengesgeskpakpansinsikankan refrigerant refrigerant secarasecara entalpi konstan dan tidak ada panas yang diserap maupun dibuang pada entalpi konstan dan tidak ada panas yang diserap maupun dibuang pada proses ekspansi untuk menurunkan tekanan

proses ekspansi untuk menurunkan tekanan refrigerant.refrigerant. d.

d. EvaEvaporporatoator, r, berberfunfungsi untugsi untuk k memmemanaanaskaskan n ataatau u menmenguaguapkapkann refrigerant,refrigerant, berarti ada panas yang diserap oleh

berarti ada panas yang diserap oleh refrigerant refrigerant sehingga terjadi efek sehingga terjadi efek pendinginan pada lingkungan sekitarnya.

pendinginan pada lingkungan sekitarnya. (Sumber:

(Sumber:http://gregoriusagung.wordpress.com/2010/12/11/mesin- http://gregoriusagung.wordpress.com/2010/12/11/mesin- pendingin-siklus-kompresi-uap/)

pendingin-siklus-kompresi-uap/)

b. Mesin pendingin gas b. Mesin pendingin gas

1.

1. SiSiststem Reem Refrifrigegerasrasi Brai Braytytonon

Siklus refrigeran Brayton merupakan kebalikan dari siklus tenaga Brayton Siklus refrigeran Brayton merupakan kebalikan dari siklus tenaga Brayton ter

tertuttutupup. . Gas Gas refrrefrigeigerasrasi i dapdapat at berberupa upa udaudara,ra,komkomprepresor sor padpada a konkondisdisi i 1,1, dim

dimana ana temtemperperatuatur r leblebih ih ranrandah dah dardariteitempemperaturatur r bagbagian ian dindindinding. g. Tc Tc didi kompresikan hingga kondisi 2, selanjutnya gas didinginkan hingga kondisi 3, kompresikan hingga kondisi 2, selanjutnya gas didinginkan hingga kondisi 3, dimana temperatur gas mendekati temperatur bagian hangat.

dimana temperatur gas mendekati temperatur bagian hangat. Siklus Brayton dapat ditunjukan dengan rumus:

(6)

Gambar 2.1 Siklus pada sistem refrigerasi Brayton

2.3.3 Bagian–Bagian Sistem Pendingin Siklus Kompresi Uap Bagian–bagian sistem pendingin siklus kompresi uap antara lain:

1. Kompresor

Kompresor adalah unit mesin pendingin yang berfungsi untuk mengsirkulasi refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Fasa dari kompresor adalah mengubah uap jenuh menjadi uap lanjutan.

Jenis-jenis kompresor: kompresor open unit(Open Type Cmpressor),kompresor sentrifugal, kompresor scroll , dan kompresor sekrup

(a) (b)

Gambar 2.2 (a) kompresor open unit dan (b) kompresor sekrup

(Sumber: http://gregoriusagung.wordpress.com/2010/12/11/mesin- pendingin-siklus-kompresi-uap/ )

(7)

1. Evaporator

Evaporator merupakan bagian mesin pendingin yang berfungsi untuk menguapkan fluida dari katup ekspansi. Untuk menguapkan atau mendidihkan refrigeran, evaporator menyerap panas dari lingkungan atau ruangan yang hendak didinginkan. Fasa dari evaporator adalah mengubah campuran menjadi uap jenuh.

Jenis-jenis evaporator antara lain: evaporator pipa telanjang (bare tube evaporator ), evaporator pelat (plate surface evaporator), evaporator bersirip (finned evaporator).

Gambar 2.3Evaporator

2. Katup Ekspansi

Adalah katup yang berfungsi untuk menurunkan tekanan sehingga temperatur didih uap yang masuk evaporator lebih rendah sehingga waktu yang diperlukan untuk memanaskan lebih singkat.Alat ekspansi yang dipakai berjenis pipa kapiler. Kerja alat-alat ekspansi dari jenis umum, yaitu: pipa kapiler, katup ekspansi berpengendalian-lanjut-panas(superheat-controlled expansion valve), k atup ekspansi tekanan konstan (constan- pressure expansion valve). Merubah dari fasa cair jenuh ke campuran.

(8)

Gambar 2.4 Katup ekspansi

(Sumber: Stoecker jones, Refrigerations air conditionings, 2nd _edition)

3. Kondensor

Kondensor adalah mesin penukar panas berjenis koil bersirip. Kondensor adalah bagian mesin pendingin yang berfungsi untuk mengkondensasikan atau mengembunkan refrigeran dari kompresor yang berupa uap jenuh, sehingga menjadi cair jenuh dengan membuang kalor

refrigeran yang berupa uap jenuh tadi. Merubah fasa dari uap lanjut menjadi cair jenuh.

Jenis-jenis kondensor:Kondenser berpendingin air (water cooled condenser ), Kondenser berpendingin udara (air cooled condenser ), Kondenser berpendingin udara dan air (air and water cooled condenser).

Gambar2.5Kondensor berpendingin air

(9)

4. Pipa kapiler

Adalah pipa dengan ukuran kecil yang berfungsi untuk mengalirkan refrigeran. Fasa pada pipa kapiler adalah mengubah cair jenuh menjadi campuran.

2.3.4 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap

Secara garis besar sistem pendingin siklus kompresi uap merupakan daur yang terbanyak yang digunakan dalam daur refrigerasi. Proses yang terjadi antara lain: proses kompresi (1 ke 2), pengembunan (2 ke 3), ekspansi (3 ke 4), dan penguapan (4 ke 1). Secara lengkap dapat dijelaskan dalam gambar sebagai berikut:

Gambar 2.6 Skema kerja kompresi uap sistem pendingin

(a)

(10)

(c)

Gambar 2.7(a) Diagram P-h siklus kompresi uap ideal (garis putus-putus) dan aktual (garis lurus), (b) Diagram T-s siklus kompresi uap aktual,

(c) Diagram T-s siklus kompresi uap ideal

(Sumber: Stoecker jones, Refrigerationsair conditionings, 2nd _edition)

Kompresi menghisap uap refrigeran dari sisi keluar evaporator, tekanan dan temperatur diusahakan tetap rendah agar refrigeran senantiasa dalam fase gas (uap). Didalam kompresor, uap refrigeran ditekan (dikompresi) sehingga tekanan dan temperatur tinggi. Energi yang diperlukan dalam proses kompresi diberikan oleh motor listrik atau penggerak mula lainnya. Jadi, dalam proses kompresi energi diberikan kepada uap refrigeran. Pada waktu uap refrigeran dihisap masuk ke dalam kompresor, temperatur masih rendah akan tetapi selama proses kompresi berlangsung maka temperatur dan tekanan akan naik.

Setelah proses kompresi, uap refrigeran (fluida kerja) akan mengalami proses kondensasi pada kondensor. Uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir kompresi dapat dicairkan dengan media pendinginnya air atau udara. Dengan kata lain, uap refrigeran akan

memberikan panasnya (kalor laten pengembunan) kepada air pendingin atau udara pendingin melalui dinding kondensor. Selama refrigeran mengalami perubahan fase gas (uap) ke fase cair, tekanan dan temperatur konstan, oleh karena itu dalam proses ini refrigeran mengeluarkan energi dalam bentuk panas.

(11)

Untuk menurunkan refrigeran cair dari kondensor dipergunakan katup atau pipa kapiler. Melalui katup ekspansi, refrigeran mengalami proses evaporasi, yaitu proses penguapan cairan refrigeran pada tekanan dan temperatur rendah yang terjadi pada evaporator. Selama proses evaporasi refrigeran memerlukan atau mengambil energi dalam bentuk panas dari lingkungan atau daerah sekelilingnya, sehingga temperatur sekeliling akan turun dan terjadilah proses pendinginan dan kemudian refrigeran akan kembali memasuki kompresor.

Perbedaan antara sistem kompresi uap aktual dan sitem kompresi uap ideal adalah pada sistem kompresi uap aktual perpindahan kalor antara refrigeran dan daerah hangat dan dingin tidak berlangsung secara reversibel; temperatur refrigeran di dalam evaporator adalah lebih rendah dari temperatur daerah dingin. Sedangkan siklus kompresi uap ideal jika ireversible di dalam evaporator dan kondensor diabaikan, maka tidak akan ada penurunan tekanan akibat gesekan dan refrigeran mengalir pada tekanan kontan.

(Ir.Henry Nasution, Teknik Pendingin) Perbedaan diagram P-h aktual dengan ideal

1. Kondisi titik 1 pada ideal merupakan fasa uap jenuh, sedangkan pada aktual merupakan fasa uap lanjut.

2. Kondisi titik 3 pada ideal merupakan fasa cair jenuh, sedangkan pada aktual merupakan fasa cair.

3. Pada kondisi ideal tekanan dari titik 2-3 sama, pada kondisi aktual mengalami penurunan tekanan.

Perbedaan diagram T-s aktual dengan ideal

1. Kondisi titik 1 pada ideal merupakan fasa uap jenuh, sedangkan pada aktual merupakan fasa uap lanjut.

2. Kondisi titik 2 pada ideal mempunyai entropy yang sama dengan titik 1, sedangkan pada aktual mempunyai entropy lebih besar.

3. Kondisi 3-4 pada siklus ideal langsung mengalami perubahan fasa dari fasa cair jenuh menjadi campuran, sedangkan pada siklus aktual perubahan fasa mengikuti kubah cair jenuh terlebih dahulu kemudian berubah menjadi campuran.

(12)

2.3.5Modifikasi Mesin Pendingin

a. Refrigerasi dilengkapi dengan penukar kalor jalur cair ke hisap

Beberapa sistem refrigerasi dilengkapi dengan penukar kalor jalur cair ke hisap (liquid to suction) yang menurunkan suhu ( subcools) cairan dari kondensor dengan uap isap (suction vapor ) yang dating dari evaporator. Dibandingkan dengan daur kompresi uap standar, sistem yang menggunakan penukar kalor nampaknya lebih memiliki keuntungan yang jelas karena naiknya dampak refrigerasi. Kapasitas dan koefisien prestasi tampaknya dapat ditingkatkan, tetapi kompresi terdorong jauh masuk ke dalam daerah panas-lanjut, sehingga kerja kompresi akan lebih besar dibandingkan dengan yang dekat dengan garis uap-jenuh.

(Sumber: Wilbert F. Stoecker, Jerold W. Jones .1996.Refrigerasi &Pengkondisian Udara Edisi ke-2.Jakarta;Erlangga)

b. Modifikasi siklusrefrigerasi transisi CO2dansistem head pompa

Karena sifat siklus refrigerasi transcritical CO2, hilangnya ekspansi secara

signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan system konvensional. Oleh karena itu, berbagai modifikasi siklus dapat dimasukkan untuk meningkatkan kinerja sistem. Dalam penelitian ini siklus, yang penting berbagai modifikasi, seperti menggunakan multi-pementasan, penukar panas internal, turbin ekspansi, ejector dan tabung pusaran, pada kinerja

transcritical siklus CO2dan optimasi telah diselidiki dan

ulasan ekstensif. Sebuah perbandingan rinci berdasarkan kinerja serta system optimal tekanan sisi tinggi dilakukan juga. Oleh karena itu, penelitian terbaru sebagian besar berkonsentrasi pada ekspansi ejektor

karena perbaikan yang signifikan COP siklus, tidak ada bagian yang bergerak dalam biaya ejector dan rendah

( Department of Mechanical Engineering, Institute of Technology, Banaras Hindu University, Varanasi, UP-221005, India)

(13)

Refrigeran adalah zat yang digunakan dalam siklus kalor biasanya untuk meningkatkan efisiensi, perubahan fasa reversibel dari gas ke cairan.

a) Stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi.

b) Tidak boleh beracun dan berbau merangsang. c) Tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak.

Untuk unit refrigerasi tersebut diatas, hendaknya dapat dipilih jenis refrigeran yang paling sesuai dengan jenis kompresor yang dipakai dan karakteristik termodinamikanya yang antara lain meliputi:

a.Tekanan penguapan harus cukup tinggi.

Sebaiknya refrigeran memiliki temperatur pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.

b.Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi.

Apabila tekanan pengembunannya terlalu rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah, sehingga penurunan prestasi kondensor dapat dihindarkan, selain itu dengan tekanan kerja

yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil.

c.Kalor laten penguapan harus tinggi.

Refrigeran yang mempunyai kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil.

d.Volume spesifik (terutama dalam fasa gas) yang cukup kecil.

Refrigeran dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik gas yang kecil (berat jenis yang besar) akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil. Dengan demikian untuk kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi yang bersangkutan menjadi lebih kecil. Namun, untuk unit

(14)

pendingin air sentrifugal yang kecil lebih dikehendaki refrigeran dengan volume spesifik yang agak besar.Hal tersebut diperlukan untuk menaikkan jumlah gas yang bersirkulasi, sehingga dapat mencegah menurunnya efisiensi kompresor sentrifugal.

e.Koefisien prestasi harus tinggi.

Dari segi karakteristik termodinamika dari refrigeran, koefisien prestasi merupakan parameter yang terpenting untuk menentukan biaya

operasi.

f. Konduktivitas termal yang tinggi.

Konduktivitas termal sangat penting untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor.

g. Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas.

Dengan turunnya tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian tekanannya akan berkurang.

h.Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik.

(Sumber: http://www.repository.ui.ac.id )

Tabel 2.1. Sifat-sifat refrigerant yang biasa digunakan ( diambil dari Arora C.P., 2000)

(15)

Tabel 2.2. Kinerja refrigerant yang biasa digunakan ( diambil dari Arora C.P., 2000)

(Sumber: http://www.repository.ui.ac.id ) i. Jenis-jenis refrigeran

Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap. Jenis-jenis refrigerant termasuk amonia, sulfur dioksida, hidrokarbon seperti methane, methyl klorida, methylene klorida, HFC seperti R11 (umum digunakan pada refrigerator dan air conditioner ) dan R22.Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap.Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFCs, disebut juga Freons): R-11, R-12, R-21, R-22 dan R-502. Sifat-sifat bahan-refrigeran tersebut diberikan dalam Tabel 2.1 dan Tabel 2.2.

(16)

2.3.7 Aplikasi Mesin Pendingin

a. Aplikasi Mesin Pendingin Dalam Penggunaan Sehari-hari 1. Air Conditioner

Untuk mendinginkan suhu udara ruangan tertutup, seperti ruangan dalam mobil, rumah, perkantoran, dan lain-lain.

Gambar 2.8 Air conditioner 2. Penurunan Kelembaban ( Dehumidifiers)

Salah satu alat yang digunakan untuk menurunkan kandungan air di udara adalah yang menggunakan unit refrigerasi dengan cara melewatkan udara tersebut melaalui koil-koil evaporator yang bersuhu rendah, di sini udara didinginkan sehingga air yang terkandung di dalamnya mengembun di permukaan koil. Kemudian aliran udara diarahkan meleui kondensor lalu dikeluarkan ke ruangan.

Gambar 2.9 Penurunan kelembaban 3. Lemari es

Pembentukan es dapat terjadi di dalam lemari es runah tangga, yang dapat melayani kebutuhan restoran, hotel. Untuk kebutuhan industri

(17)

pemrosesan makanan dan industri kimia perlu dilayani oleh industri pembuat es berskala besar.

Gambar 2.10 Lemari es 4. Lapangan Es ( Ice skating Rinks)

Untuk bermain skat dan hoki tidak bisa bergantung penuh pada cuaca apalagi di negara yang tidak bermusim salju seperti Indonesia untuk membekukan air menjadi es. Maka di dalam lapangan skat dipasang pipa-pipa yang mengalirkan refrigeran atau brine (air garam) yang bersuhu rendah. Pipa-pipa tersebut ditutupi dengan pasir atau serbuk

gergaji, diatasnya dituangkan air yang perlu dibekukan.

Gambar 2.11 Lapangan es

(Ir.Henry Nasution, Teknik Pendingin)

b.Aplikasi Mesin Pendingin Dalam Industri

1. Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor Terhadap Koefisien PrestasiAir Conditioning

(18)

Kondensor merupakan alat penukar kalor pada sistem refrigerasi yang berfungsi untuk melepas kalor ke lingkungan. Bagian kondensor biasanya diberi kipas untuk menghisap udara yang melewati celah alat penukar kalor. Modifikasi terkadang dilakukan dengan menambahkan kipas udara. Penambahan perangkat tersebut dimaksudkan untuk meningkatkan laju aliran udara sehingga mempercepat proses pelepasan kalor ke lingkungan.

Penelitian ini akan mengungkap pengaruh peningkatan laju aliran massa udara di kondensor terhadap koefisien prestasi sistem pendingin AC. Koefisien prestasi yang tinggi sangat diharapkan dalam daur refrigerasi. Dalam melakukan penelitian dirakit sistem pendingin AC yang terdiri dari kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Refrigeran yang dipergunakan adalah freon-12. Bagian kondensor dipasang kipas angin yang bisa diatur putarannya. Untuk keperluan pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, manometer, dan termometer yang menyatu dengan sistem, sedangkan kecepatan udara yang dihisap diukur dengan anemometer.

Dalam penelitian berhasil mengukur data tekanan, temperatur, dan laju aliran massa refrigeran dengan variasi kecepatan udara pendingin di kondensor. Kecepatan udara pendingin kondensor diatur dengan menambahkan putaran motor listrik penggerak kipas.

Variasi kecepatan udara pendingin antara 0,2–2,98m/s yang dihasilkan dari putaran kipas 60-309rpm. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar laju aliran udara untuk mendinginkan kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat. Pada kecepatan udara pendingin di atas 2,98m/s pengaruh perubahan terhadap koefisien prestasi relatif kecil.

( Marwan Effendy,Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, UMS, Surakarta )

2. Penelitian Perbandingan Unjuk Kerja Tiga Refrigeran Hidrokarbon Indonesia Terhadap Refrigeran R12 (CFC-12)

Hidrokarbon dapat digunakan sebagai alternatif refrigeran karena mempunyai nilai GWP yang kecildan nilai ODP yang nol. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan beberapa jenis hidrokarbon produksi

(19)

Indonesia. Pengujian dilakukan pada fasilitas pengujian tata udara BTMP-BPPT. Pengujian dilakukan dengan kondisi operasi: putaran kompresor 2980 rpm, temperatur masuk divariasikan antara -2°C sampai dengan 6°C dan temperatur keluar kondenser ditetapkan sebesar 39°C. Analisa dari hasil pengujian didapatkan bahwa unjuk kerja refrigeran hidrokarbon adalah hampir

sama dengan CFC-12 bahkan pada beberapa parameter pengujian menunjukkan unjuk kerja yang lebih baik, sehingga dapat disimpulkan bahwa hidrokarbon sangat cocok digunakan sebagai refrigeran alternatif pengganti CFC-12.

( Nasruddin, Imam Syafi’I, Dani Arsanto, Sarwono dan Yan Turyana, Laboratorium Refrigerasi dan Tata Udara Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia, BTMP BPPT Puspiptek, Serpong )

2.3.8 Performansi

Jika siklus berlangsung terus menerus dan berlangsung pada siklus tertutup, maka dapat diperoleh:

1. Laju aliran massa refrigeran (mref )

mref = ) (h₂ h₁ Daya − = 1 2 cos h h I V − Φ ⋅ × (kg/s) (2.5)

2. Kapasitas kompresor (Qcomp)

Qcomp = mref ×

( h2– h1 ) (kW)

(2.6)

3. Kapasitas kondensor (Qcond)

Qcond = mref ×

( h2– h3) (kW)

(2.7)

4.Dampak refrigeran (href )

href = h1 – h4(kJ/kg)

(20)

5. Laju aliran kalor pendingin (Qevap)

Qevap= mref ×

( h1– h4 )(kW)

(2.9)

6. Coefficient of performance (COP). Merupakan Prestasi AC.

COP = 1 2 4 1 h h h h − − (2.10) 7. Performance factor ( PF ) Merupakan Prestasi AC.

PF = 4 1 1 2 h h h h − − (2.11) dimana:

mref = laju aliran massa refrigeran (kg/s)

P = daya kompresor (kW)

h = entalpi (kJ/kg)

Q = daya (kW)

V = tegangan (Volt)

I = kuat arus (A)

Φ

= power factor

2.4 Peralatan dan Bahan Pengujian

(21)

Gambar 2.12. Alat uji percobaan mesin pendingin

(Sumber: Laboratorium Pengujian Mesin Bidang Prestasi Mesin)

Gambar 2.13 Skema peralatan mesin pendingin kompresi uap

(Sumber: http : www. Mc.nallyinstitute. com)

Keterangan:

1. Refrigeran yang digunakan pada mesin refrigerasi adalah Freon 22.

Gambar 2.14Refrigeran

(22)

Gambar 2.15 Kompresor

3. Kondensor.

Kondensor adalah mesin penukar panas berjenis koil bersirip. Alat ini berfungsi untuk mengkondensasikan atau mengembunkan refrigeran dari

kompresor. Kondensor melepas kalor refrigeran secara konveksi paksa dengan aliran udara dari fan.

Gambar 2.16 Kondensor

(Sumber: Laboratorium Thermofluid, Teknik Mesin Universitas Diponegoro)

4. Evaporator.

Evaporator adalah mesin penukar panas berjenis koil. Alat ini berfungsi untuk menyerap kalor dan menguapkan refrigeran dari pipa kapiler.

Gambar 2.17 Evaporator

(23)

5. Pada pengujian ini hanya digunakan alat ekspansi jenis pipa kapiler.

Gambar 2.18 Pipa kapiler

(Sumber: Laboratorium Pengujian Mesin Bidang Prestasi Mesin) 6. Setiap seksi masuk dan keluar dari komponen utama mesin pendingin dipasang

pressure gauge (P1, P2, P3, P4) dan termocouple (T1, T2, T3, T4) untuk mengetahui kondisi refrigeran pada kondisi tersebut. Pressure gauge yang digunakan:

Gambar 2.19 Pressure gauge

7. Termocouple adalah alat ukur temperatur, dimana temperatur akan ditampilkan oleh termodisplay:

Gambar 2.20 Termodisplay digital

(Sumber: Laboratorium Pengujian Mesin Bidang Prestasi Mesin) 8. Voltmeter

(24)

Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik. 9. Ampheremeter

Alat yang digunakan untuk menghitung arus listrik

8 9

Gmabar 2.21 Voltmeter dan ampheremeter 2.5 Prosedur Percobaan

Prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Menghubungkan kabel listrik mesin pendingin dengan sumber listrik. 2. Menjalankan motor kompresor.

3. Menjalankan fan kondensor.

4. Menunggu beberapa saat sampai kondisi steady pada P4sebesar 8 psi

5. Mencatat beberapa data setiap terjadi perubahan suhu pada T2setiap kenaikan 1oC

dari temperatur 300_{C sampai 45}0_{C dan data lain diantaranya:}

a. Temperatur refrigerant di titik 1, 2, 3, dan 4. b. Tekanan refrigeran di titik 1, 2, 3,dan 4. 6. Mematikan peralatan uji.

(Sumber: Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin,2011)

2.6 Data, PerhitunganDan Analisa 2.6.1 Data Hasil Praktikum

Tegangan (V) : 220 volt, Arus(I): 0,8 A,

8 , 0 cosθ =

Tabel 2.3 Data Pengukuran Temperatur dan Tekanan Mesin Pendingin.

No 1 2 3 4 5 T1 (0_C) P Psi) T2 (0_C) P (Psi) T3 (0_C) P (Psi) T4 (0_C) P (Psi) T5 (0_C) 1 ₂₄ ₆ ₃₀ ₁₆₀ ₂₉ ₁₆₀ _-1 ₈ 22 2 ₂₄ ₆ ₃₁ ₁₆₀ ₂₉ ₁₆₀ _-3 ₈ 22 3 ₂₄ ₆ ₃₂ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22

(25)

4 ₂₄ ₆ ₃₃ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22 5 ₂₄ ₆ ₃₄ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22 6 ₂₄ ₆ ₃₅ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22 7 ₂₄ ₆ ₃₆ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22 8 ₂₄ ₆ ₃₇ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22 9 ₂₄ ₆ ₃₈ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₈ 22 10 ₂₄ ₇ ₃₉ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-4 ₉ 22 11 ₂₄ ₈ ₄₀ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-5 ₁₀ 22 12 ₂₄ ₉ ₄₁ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-10 ₁₁ 22 13 ₂₄ ₉ ₄₂ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-13 ₁₁ 21 14 ₂₄ ₁₀ ₄₃ ₁₆₀ ₂₉ ₁₆₀ _-13 ₁₂ 21 15 ₂₄ ₈ ₄₄ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-13 ₁₀ 20 16 ₂₃ ₈ ₄₅ ₁₆₀ ₂₈ ₁₆₀ _-13 ₁₀ 20 Rata - rata 23.93 7.0 6 37.5 160 28.18 160 -6.43 9.0 21.62

2.6.2 Analisa Data Berdasarkan Data Sampel

Data Sampel yang diambil adalah data pengujian ke-16.

Untuk keperluan analisis data, diambil satu sample sebagai berikut:

T1= 23ºC` T3 = 28ºC

P1= 8 Psi= 0,55 bar P3= 160 Psi = 11, 024 bar

T2= 44ºC T4 = -13ºC

P2= 160 Psi = 11,024 bar P4= 10 Psi = 0,689 bar

Cos Ф = 0,8 I = 0,8 Ampere Tevap = 2 4 1 T T + = 2 ) 13 ( 23+ − = 5ºC Pevap= 2 4 1 P P + = 2 68 9 , 0 55 , 0 + = 0,619 bar Tkond = 2 3 2 T T + = 2 28 44+ = 36o_C

(26)

Pkond = 2 3 2 P P + = 2 024 , 11 02 4 , 11 + = 11,024 bar 1. Secara Ideal (h3= h4)

Dalam diagram ini h3 = h4

a. Diagram P-h

Pada tabel termodynamic properties of R-22 on saturation (Tabel A-8) didapat bahwa

(Tabel A-8) Pada Pevap= 0,619 bar

h1 = 228,1 k

J

/kg

(Tabel A-9) Pada Pkond = 11,024 bar, T2=44ºC

h2= 264,72 k

J

/kg

(Tabel A-8) h3 = h4 pada Pkond= 11,024 bar

h3= h4 = 77,7 kJ/kg

Gambar2.22 Diagram P-h ideal sampel

b. Diagram T-s

Dalam tabel termodynamic properties of R22 on saturation (Tabel A-7) didapat bahwa:

Pada Tevap =5 ºC , Pevap = 0,619 bar

Pada Tkond = 36 ºC, Pkond =11,024 bar

(27)

s3 = 0,3265 kJ/kg

°K pada

Tkond = 36 ºC h4= h3= 89,29 kJ/kg

pada

Tkond = 36ºC hf4 = 51,59 kJ/kg hg4 = 200,26 kJ/kg Sf4= 0,2004kJ/kg

°K

Sg4= 0,9191kJ/kg

°K

x = h4- hf4hg4-hf4 x = 89,29-51,59200,26-51,59 = 0,2535 s4= sf4 + x4(sg4 – sf4) = 0,2004 + 0,2535 (0,9191- 0,2004) = 0,3826 kJ/kg

°K

Gambar 2.23 Diagram T-s ideal sampel

c. Perhitungan

1. Laju aliran masa refrigerant (Mref )

mref = ) (h₂ h₁ Daya − = ) ( cos 1 2 h h I V − Φ ⋅ × = ) 228,1 264,72 ( 8 , 0 8 , 0 220 − × × A V

(28)

= 3,84 x 10-3_kg/s

2. Kapasitas kompresor (Qcomp)

Q comp = mref × ( h2 – h1) = 3,84 x 10-3 _kg/s × ₍₂₆₄_,₇₂ ₋_228,1₎ = 0,1406 kW 3. Kapasitas kondensor (Qcond)

Q cond = mref × ( h2 – h3) = 3,84 x 10-3_kg/s × ₍₂₆₄_,₇₂₋₇₇_,₇₎ = 0,718 kW 4. Dampak refrigeran (href )

href = h1– h4

= 228,1 – 77,7 = 150,4 kJ/kg 5. Laju aliran kalor pendingin

Qevap = mref (h1 – h4) kW 577 , 0 ) 150,4 ( 10 x 3,84 -3 = =

6. Coefficient of performance (COP)

COP = 1 2 4 1 h h h h − − = ) 1 , 28 2 72 , 264 ( 77,7) -(228,1 − = 4,12 7. Performance factor (PF) PF = 4 1 1 2 h h h h − − = 77,7) -(228,1 ) 228,1 72 , 64 2 ( − = 0,243

(29)

1. Secara Aktual (h3= h4)

Dalam diagram ini h3= h4

a. Diagram P-h

Pada tabel termodynamic properties of R-22 on saturation didapat bahwa: (Tabel A-9) Pevap = 0,619 bar, Tevap= 5ºC h1= 261,95 kJ/kg

(Tabel A-9) Pada Pkond = 11,024 bar , T2= 44ºC

h2= 274,39 k

J

/kg

(Tabel A-8) Pada P3 = 11,024bar,h3=h4= 77,7 kJ/kg

Gambar 2.24 Diagram P-h aktual sampel

b. Diagram T-s

Dalam tabel termodynamic properties of R-22 on saturation didapat bahwa: (Tabel A-9) Pada Tevap& Pevap s1= 1,166 kJ/kg ºK

(Tabel A-9) Pada T2& Pkond s2= 0,9508 kJ/kg ºK

(Tabel A-7) Pada kondisi T3 s3= 0,2936 kJ/kg ºK

(Tabel A-7) Pada Tevap = 5,5

°C

hf4 = 51,59 kJ/kg hg4 = 251,85 kJ/kg Sf4= 0,2004 kJ/kg

°K

Sg4= 0,9191 kJ/kg

°K

x = h4- hf4hg4-hf4 x = 89,29-51,59251,85-51,59 = 0,188

(30)

s4= sf4 + x4(sg4 – sf4)

= 0,2004 + 0,188 (0,9191- 0,2004) = 0,3355 kJ/kg

°K

Gambar 2.25 Diagram T-s aktual sampel

c. Perhitungan

1. Laju aliran refrigeran (Mref )

mref = ) (h₂ h₁ Daya − = 1 2 cos h h I V − Φ ⋅ × = ) 95 , 261 39 , 274 ( 8 , 0 8 , 0 220 − × × A V = 11,318 x 10-3 _kg/s

2. Kapasitas kompresor (Qkomp)

Q comp = mref × ( h2 – h1) = 11,318 x 10-3_kg/s × ₍₂₇₄_,₃₉₋₂₆₁_,₉₅₎ kJ/kg = 0,140 kW

(31)

3. Kapasitas kondensor (Qkond) Q cond = mref × ( h2 – h3) = 11,318 x 10-3_kg/s × (274,39-77,7)kJ/kg = 2,226 kW 4. Dampak refrigerasi (href )

href = h1– h4

= 261,95 -77,7 kJ/kg = 173,07 kJ/kg 5. Laju aliran kalor pendingin (Qevap)

Qevap = mref × ( h1 – h4) = 11,318 x 10-3 × 184,25 kJ/kg = 2,085 kW

COP = 1 2 4 1 h h h h − − = kJ/kg 250,77 -274,39 kJ/kg 77,7 -261,95 = 7,8 7. Performance factor (PF) PF = 4 1 1 2 h h h h − − = 77,7 -261,95 250,77 -274,39 = 0,128

2.6.3 Analisa Data Berdasarkan Data Rata-Rata

Berdasarkan data dari tabel diperoleh harga rata-rata sebagai berikut: T1 = 23,93oC T3 = 28,18 oC

P1 = 0,485bar P3 = 11,024 bar

T2 = 37,5oC T4 = -6,43oC

(32)

Sehingga : Tevap = 2 4 1 T T + = 2 ) 43 , 6 ( 93 , 23 + − = 8,75 0_C Pevap= 2 4 1 P P + = 2 618 , 0 485 , 0 + = 0,55 bar Tkond = 2 3 2 T T + = 2 18 , 28 5 , 37 + = 32,84o_C Pkond = 2 3 2 P P + = 2 02 4 , 11 024 , 11 + = 11,024 bar 1. Secara Ideal (h3 = h4)

Dalam diagram ini h3 = h4

a. Diagram P-h

Pada tabel termodynamic properties of R-22 on saturation didapat bahwa: (Tabel A-8) Pada Pevap = 0,55 bar

h1 = 227,06 k

J

/kg

(Tabel A-9) Pada Pkond = 11,024 bar,T2=37,5oC

h2 = 263,12 k

J

/kg

(Tabel A-8) h3= h4 pada PCond

(33)

Gambar 2.26 Diagram P-h ideal rata-rata

b. Diagram T-s

Dalam tabel termodynamic properties of R-22 on saturation (A-7) didapat bahwa: s1 = s2= 0,9146 kJ/kg

°K

Pada Tevap = 8,75 ºC s3 = 0,3135 kJ/kg

°K pada

Tkond = 32,84 ºC h4= h3= 85,22 kJ/kg hf4 = 55,45 kJ/kg hg4 = 252,94 kJ/kg Sf4= 0,2140 kJ/kg

°K

Sg4= 0,9146 kJ/kg

°K

x = h4- hf4hg4-hf4 x = 85,22-55,45252,94-55,45 = 0,150 s4= sf4 + x4(sg4 – sf4) = 0,2140 + 0,150 (0,9146- 0,2140) = 0,3191 kJ/kg

°K

(34)

Gambar 2.27 Diagram T-s ideal rata-rata

c. Perhitungan

1. Laju aliran masa refrigerant (Mref )

mref = ) (h₂ h₁ Daya − = 1 2 cos h h I V − Φ ⋅ × = ) 06 , 227 12 , 263 ( 8 , 0 8 , 0 220 − × × A V = 3,90 x 10-3_kg/s

1. Kapasitor kompresor (Qcomp)

Q comp = mref ×

( h2 – h1)

= 3,90 x 10-3_{kg/s x (263,12 – 227,06)}

= 0,140kW 2. Kapasitas kondensor (Qcond)

Q cond = mref × ( h2 – h3) = 3,90 x 10-3_kg/s × (263,12– 77,7) = 0,723kW 3. Dampak refrigeran (href )

(35)

href = h1– h4

= 227,06– 77,7 = 149,36 kJ/kg

4. Laju aliran kalor pendingin Qevap = mref (h1 – h4) kW 582 , 0 ) 149,36 ( 10 x 3,90 -3 = =

COP = 1 2 4 1 h h h h − − = ) 06 , 36 ( (149,36) = 4,14 6. Performance factor ( PF ) PF = 4 1 1 2 h h h h − − = (149,36) ) (36,06 = 0,241 1. Secara Aktual (h3=h4) a. Diagram P-h

Pada tabel termodynamic properties of R-22 on saturation didapat bahwa: (Tabel A-9) Pevap = 0,55 bar, Tevap= 8,75 ºC h1= 264,61 kJ/kg

(Tabel A-9) Pada Pkond = 11,024 bar , T2= 37,5ºC

h2= 269,10 k

J

/kg

(36)

Gambar 2.28 Diagram P-h Aktual rata-rata

b. Diagram T-s

Dalam tabel termodynamic properties of R-22 on saturation didapat bahwa: (Tabel A-9) Pada Tevap& Pevap s1= 1,2143 kJ/kg ºK

(Tabel A-9) Pada T2& Pkond s2= 0,934 kkJ/kg ºK

(Tabel A-7) Pada kondisi T3 s3= 0,2943 J/kg ºK

(Tabel A-7) Pada Tevap = 8,75

°C

hf4 = 55,45 kJ/kg hg4 = 252,94 kJ/kg Sf4= 0,2140 kJ/kg

°K

Sg4= 0,9146 kJ/kg

°K

x = h4- hf4hg4-hf4 x = 89,29-55,45252,94-55,45 = 0,171 s4= sf4 + x4(sg4 – sf4) = 0,2140 + 0,171 (0,9146 - 0,2140) = 0,3338 kJ/kg

°K

(37)

Gambar 2.29 Diagram T-s Aktual Rata-rata

c. Perhitungan

1. Laju aliran refrigeran (Mref )

mref = ) (h₂ h₁ Daya − = 1 2 cos h h I V − Φ ⋅ × = ) 61 , 264 10 , 269 ( 8 , 0 8 , 0 22 0 − × × A V = 31,35 x 10-3 _kg/s

2. Kapasitas kompresor (Qkomp)

Qcomp = mref × ( h2 – h1) = 31,35 x 10-3_kg/s × 4,49 kJ/kg = 0,140 kW 3. Kapasitas kondensor (Qkond)

Qcond = mref ×

( h2 – h3)

= 31,35 x 10-3_{kg/s x (269,10– 77,7)kJ/kg}

(38)

= 6 kW

4. Dampak refrigerasi (href )

href = h1– h4

= 264,61 – 77,7 kJ/kg = 186,91 kJ/kg

5. Laju aliran kalor pendingin (Qevap)

Qevap = mref × ( h1 – h4) = 31,35 x 10-3 × 186,91 kJ/kg = 5,859 kW

COP = 1 2 4 1 h h h h − − = kJ/kg 4,49 kJ/kg 186,91 = 41,62 7. Performance factor (PF) PF = 4 1 1 2 h h h h − − = 91 , 186 4,49 = 0,024

2.6.5Analisa Perbedaan Diagram Ideal Dengan Diagram Aktual (Sampel dan Rata-Rata)

Tabel 2.4 Hasil analisa kondisi ideal dengan aktual berdasarkan data sampel

Diagram Ideal (kj/kg) h Diagram Aktual (kj/kg) 228,1 264,72 77,7 77,7 4,12 h1 h2 h3 h4 COP 261,95 274,39 77,7 77,7 7,8

(39)

Diagram Ideal (kJ/kg) h Diagram Aktual (kJ/kg) 227,06 263,12 77,7 77,7 4,14 h1 h2 h3 h4 COP 264,61 269,10 77,7 77,7 41,62 Hasil analisa:

1. Pada daur kompresi uap aktual selalu mengalami pengurangan efisiensi dibandingkan dengan daur standar. Hal ini disebabkan adanya penurunan tekanan pada kondensor dan evaporator akibat gesekan dan kerugian-kerugian lain pada siklus aktual.

2. Diagram ideal, enthalpy diambil dari suhu evaporasi dan kondensasi. Pada diagram aktual enthalpy diambil dari suhu sisi masuk dan sisi keluar dari komponen utama mesin refrigrasi, begitu juga tekanannya.

3. Nilai h3 = h4 pada diagram P-h dapat terjadi karena pada katup ekspansi tidak ada

kebocoran.

4. Rugi–rugi pada mesin refrigerasi disebabkan adanya bagian yang tidak terisolasi dengan sempurna, sehingga terjadi kerugian panas pada bagian–bagian mesin tersebut.

5. Perbedaan nilai entalphy pada diagram P–h ideal maupun actual diakibatkan oleh penyimpangan pembacaan suhu yang tidak sesuai dengan te kanan aslinya. 6. Pada diagram ideal dan actual , penentuan entalphy berdasarkan P dan T akan

mengalami perbedaan nilai yang cukup besar. Hal ini disebabkan oleh perbedaan entropi pada P dan T yang akan ditentukan.

7. Pada proses evaporasi terjadi perubahan temperature dikarenakan kondisi refrigerant pada keadaan evaporasi di panas lanjut.

8. COP terlalu tinggi nilainya, hal ini dikarenakan karena kerja dari kompresor terlalu kecil sedangkan kerja evaporator besar. COP besar karena peletakan alat ukur yang tidak pas.

2.6 Kesimpulan Dan Saran 2.7.1Kesimpulan

(40)

1. Daur refrigerasi yang dipakai dalam siklus adalah tipe kompresi uap yang menggunakan Freon 22 (R22) sebagai refrigeran.

2. Refrigeran adalah fluida yang mampu menyerap dan melepaskan kalor yang sesuai dengan kinerja mesin pendingin. Sampai saat ini refrigeran yang biasa digunakan adalah R22.

3. Daur refrigerasi merupakan daur reversibel yang menyalurkan energi dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi.

4. Siklus kompresi uap dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: entalphy, kapasitas kompresor, kapasitas kondensor, laju aliran massa refrigeran dan laju aliran kalor pendingin.

5. Laju aliran massa refrigeran ditentukan oleh daya listrik, dimana daya listrik tersebut besarnya sama dengan kapasitas kompresor. Semakin besar daya listrik maka semakin besar pula laju aliran massa refrigerannya.

6. Kapasitas kondensor dan kapasitas laju aliran kalor pendingin (kapasitas evaporator) ditentukan oleh laju aliran massa refrigeran. Semakin besar laju aliran massa refrigeran maka semakin besar pula kapasitas kondensor dan evaporator.

7. COP akan semakin besar jika perubahan entalphy di evaporator semakin besar.COP yang tinggi dari suatu mesin refrigerasi menunjukkan bahwa

untuk melakukan refrigerasi hanya memerlukan sedikit usaha.

2.7.2 Saran

1. Praktikan harus lebih berhati–hati dalam melakukan pembacaan temperatur dan tekanan sehingga didapatkan hasil pengamatan yang benar.

2. Sebelum melaksanakan praktikum mesin pendingin, maka praktikan hendaknya sudah mengetahui prinsip kerja mesin.

3. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang lebih presisi maka diperlukan peralatan yang lebih teliti lagi, misalnya dengan menggunakan pengukuran

tekanan digital.

4. Pengkonversian satuan pengukuran hendaknya dilakukan dengan teliti sehingga tidak mengakibatkan kesalahan pengolahan data pada proses selanjutnya.