PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 PERBANDINGAN KARAKTERISTIK KULKAS 2 PINTU DENGAN KONDENSOR 14U DAN 12U SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh: JULIUS SUTAWIJAYA NIM: PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015

2 RATIO CHARACTERISTIC REFRIGERATOR 2 DOORS USING CONDENSER 14U AND 12U FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By JULIUS SUTAWIJAYA Student Number: MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015 ii

3 iii

4 iv

5 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi dengan judul: Perbandingan Karakteristik Kulkas 2 Pintu dengan Kondensor 14U dan 12U Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari skripsi yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali dicantumkan dalam daftar pustaka. Yogyakarta, 23 Januari 2015 Penulis Julius Sutawijaya v

6 LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Julius Sutawijaya Nomor Mahasiswa : Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul: Perbandingan Karakteristik Kulkas 2 Pintu dengan Kondensor 14U dan 12U beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 23 Januari 2015 Yang menyatakan Julius Sutawijaya vi

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan lancar dan baik. Skripsi ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa menempuh S1 di Prodi Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi. 3. Bapak Suyanto dan Ibu Inggried Budiarti selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi. 4. Andrian, dan Andi Yudha Juananto yang telah membantu dalam proses pembuatan dan pengambilan data Skripsi. 5. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya. vii

8 Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Yogyakarta, 23 Januari 2015 Penulis viii

9 HALAMAN JUDUL TITLE PAGE HALAMAN PERSETUJUAN HALAMAN PENGESAHAN DAFTAR ISI i ii iii iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA v vi UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL ABSTRAK vii ix xi xiii xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan-batasan dalam pembuatan alat Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI Dasar Teori Tinjauan Pustaka 23 ix

10 BAB III METODE PEMBUATAN ALAT Pembuatan alat Alat dan Bahan Peralatan Penunjang pembuatan alat dan Penelitian Proses pemvakuman Proses Pengisian Freon 36 x

11 3.6 Proses Uji Coba 36 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN Mesin yang Diteliti Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti Variasi Penelitian Alat Bantu Penelitian Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan Cara Mengolah Data Cara Mendapatkan Kesimpulan 43 BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PENGOLAHAN DATA, SERTA PEMBAHASAN Data Hasil Percobaan Perhitungan dan Pengolahan Data Hasil Perhitungan Pembahasan 53 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 61 DAFTAR PUSTAKA 62 LAMPIRAN 63 xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi 4 Gambar 2.2 Perpindahan Panas Konveksi 5 Gambar 2.3 Sketsa Mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu 8 Gambar 2.4 Kompresor hermatic 9 Gambar 2.5 Kompresor semi-hermatic 10 Gambar 2.6 Kompresor open type 10 Gambar 2.7 Kondensor 11 Gambar 2.8 Filter 12 Gambar 2.9 Pipa kapiler 12 Gambar 2.10 Evaporator 13 Gambar 2.11 Kipas 13 Gambar 2.12 Mesin Pendingin Kulkas 2 (dua) pintu 16 Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap 17 Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada diagram T-s Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran 134a 22 Gambar 3.1 Diagram alir pelaksanaan 25 Gambar 3.2 Konstruksi kulkas 2 (dua) pintu dengan variasi kondensor 14U 26 Gambar 3.3 Konstruksi kulkas 2 (dua) pintu dengan variasi kondensor 14U (lanjutan) 26 xii

13 Gambar 3.4 Kompresor 27 Gambar 3.5 Kondensor 27 Gambar 3.6 Pipa kapiler 28 Gambar 3.7 Evaporator 28 Gambar 3.8 Fan 29 Gambar 3.9 Filter 29 Gambar 3.10 Pemotong pipa (tubbing cutter) 30 Gambar 3.11 Pengembang Pipa (flaring tool) 31 Gambar 3.12 Tang 31 Gambar 3.13 Alat Las 32 Gambar 3.14 Bahan Las 32 Gambar 3.15 Pompa Vakum 33 Gambar 3.16 Termokopel 33 Gambar 3.17 Clamp Meter 34 Gambar 3.18 Pressure Guage 35 Gambar 3.19 Termokopel 35 Gambar 3.20 Pengisian refrigeran R-134a 36 Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (kulkas 2 (dua) pintu) 37 Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu 38 Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital 39 Gambar 4.4 Pengukur Tekanan 40 xiii

14 Gambar 4.5 Siklus kompresi uap pada P h diagram 40 Gambar 4.6 Air (beban pendinginan) 41 Gambar 4.7 Tang Ampere 41 Gambar 5.1 Hubungan kerja kompresor dengan waktu 54 Gambar 5.2 Hubungan kalor yang diserap evaporator dengan waktu 55 Gambar 5.3 Hubungan kalor yang dilepas kondensor dengan waktu 56 Gambar 5.4 Hubungan COP aktual dengan waktu 57 Gambar 5.5 Hubungan COP ideal dengan waktu 58 Gambar 5.6 Hubungan laju aliran massa dengan waktu 58 Gambar 5.7 Hubungan efisiensi dengan waktu 59 xiv

15 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu, tekanan, arus dan voltage 42 Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P 1 dan P 2 ), suhu (T 1 dan T 3 ), suhu benda, arus, voltage untuk mesin dengan 14U Tabel 5.2 Hasil pengukuran tekanan (P 1 an P 2 ), suhu (T 1 dan T 3 ), suhu benda, arus, voltage untuk mesin dengan 12U Tabel 5.3 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, suhu kerja kondensor dan suhu kerja evaporator untuk mesin dengan 14U Tabel 5.4 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, suhu kondensor dan suhu evaporator untuk mesin dengan 12U Tabel 5.5 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 (dua) pintu dengan kondensor 14U Tabel 5.6 Hasil perhitungan Karakteristik kulkas 2 (dua) pintu dengan kondensor 12U xv

16 ABSTRAK Kulkas mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kehidupan manusia pada masa sekarang ini, terutama untuk keperluan rumah tangga. Kulkas berfungsi untuk mengawetkan bahan makanan seperti sayur sayuran, buah buahan, dan daging. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) membuat model mesin pendingin kulkas dua pintu, (b) mengetahui dan membandingkan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U dan 12U, (c) mengetahui kerja kompresor (d) kalor yang dilepas kondensor, (e) mengetahui kalor yang diserap evaporator, (f) mengetahui nilai dan, (g) efisiensi dan (h) laju aliran massa refrigeran dari mesin pendingin kulkas 2 pintu. Mesin pendingin kulkas 2 pintu bekerja dengan siklus kompresi uap. Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm dengan kompresor jenis hermetik yang berdaya HP, sedangkan kondensor menggunakan 14U dan menggunakan 12U, evaporator yang digunakan merupakan evaporator standar untuk mesin kulkas 2 pintu serta menggunakan refrigeran R134a. Sedangkan beban pendinginannya menggunakan air dengan volume sebesar 500 ml. Dari hasil penelitian diketahui bahwa (a) kulkas dua pintu berhasil dibuat dan bekerja dengan baik dan bisa mendinginkan air dengan volume sebesar 500 ml secara merata selama 480 menit dengan suhu kerja evaporator 17,22 C dan suhu kerja kondensor sekitar 48,61 C. (b) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 54,73 kj/kg dan kondensor 14U 44,25 kj/kg. (c) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 199,12 kj/kg dan kondensor 14U 187,48 kj/kg. (d) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 144,39 kj/kg dan kondensor 14U 143,23 kj/kg. (e) Koefisien prestasi aktual ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 2,64 dan kondensor 14U 3,24, dan koefisien prestasi ideal ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 4,07 dan kondensor 14U 4,25. (f) Efisiensi kulkas dua pintu (%) pada kondensor 12U mempunyai nilai 75% dan kondensor 14U 83%. (g) Laju aliran massa refrigeran pada kondensor 12U mempunyai nilai 0,0033 kg/detik dan kondensor 14U 0,0039 kg/detik. Kata kunci : Siklus kompresi uap, COP, efisiensi. xvi

17 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada zaman sekarang teknologi mesin pendingin sangat mempengaruhi kebutuhan manusia dan keadaan lingkungan. Kebutuhan manusia terhadap mesin pendingin berawal dari keinginan untuk mengawetkan bahan makanan. Fungsi mesin pendingin kemudian berkembang sehingga dapat digunakan untuk kebutuhan lainnya. Seperti membuat es dan mengkondisikan udara. Sebagian besar mesin pendingin menggunakan siklus kompresi uap di dalam bekerjanya. Dalam rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai pengawet makanan dan penyejuk ruangan. Mesin pendingin juga digunakan untuk kebutuhan industri, kebutuhan rumah sakit dan kebutuhan rumah tangga. Pada industri mesin pendingin dapat berfungsi sebagai penyejuk ruangan agar orang yang bekerja pada kantor tersebut merasa nyaman dalam bekerja. Dapat pula dipergunakan untuk mengawetkan bahan baku dan hasil produksi (khususnya pada industri makanan dan minuman). Pada rumah sakit selain untuk mendinginkan ruangan, mesin pendingin juga dapat berfungsi untuk mengawetkan jenazah dan obat-obatan. Selain dipergunakan pada industri, rumah sakit dan rumah tangga mesin pendingin juga dipergunakan pada alat transportasi. Pada alat transportasi mesin pendingin berguna untuk mendinginkan suhu udara dalam kendaraan dan dapat juga mendinginkan peti kemas agar barang yang dibawa tidak rusak dan dapat beku. Fluida kerja yang digunakan di dalam mesin pendingin disebut refrigeran. Jenis refrigeran yang umum digunakan pada saat ini adalah refrigeran yang ramah terhadap lingkungan karena tidak mengandung clorofluorocarbon (CFC) yang dapat merusak ozon, seperti R-134a. Contoh mesin pendingin adalah kulkas, freezer, chest freezer, show case, dispenser, cold storage, ice maker, dan AC. AC fungsinya sebagai penyejuk atau pengondisi udara di dalam ruangan dan mengatur kelembaban udara 1

18 2 ruangan. Kulkas, chest freezer, dan cold storage merupakan mesin pendingin yang berfungsi menjaga kesegaran makanan yang berada di dalamnya. Dengan adanya mesin-mesin pendingin tersebut diharapkan daging, ikan, buah-buahan dapat bertahan lebih lama dan awet. Dengan adanya mesin pendingin orang juga dapat menikmati minuman yang dingin dan segar melalui mesin pendingin show case. Mengingat pentingnya penggunaan mesin pendingin dan luasnya pemakaian mesin pendingin, penulis tertarik untuk melakukan penelitian terhadap mesin pendingin. Penulis memilih mesin pendingin kulkas 2 pintu untuk di teliti. Karakteristik mesin pendingin kulkas 2 pintu yang ada di pasaran tidak terinformasikan di name plate, oleh karena itu untuk mengetahuinya di perlukan suatu penelitian. 1.2 Rumusan Masalah: Mesin kulkas 2 pintu yang ada di pasaran tidak pernah mencantumkan nilai COP dan efisiensi di name plate-nya. Informasi tentang karakteristik kulkas 2 pintu sangat penting bagi pembeli untuk dapat memilih kulkas sesuai dengan sebenarnya. Karenanya diperlukan informasi tentang karakteristik mesin pendingin kulkas 2 pintu, seperti nilai Q in, Q out, W in, COP, efisiensi, dan laju aliran massa refrigeran. 1.3 Batasan-batasan dalam pembuatan alat Batasan-batasan dalam pembuatan mesin pendingin kulkas 2 pintu adalah: a. Refrigeran yang digunakan dalam kulkas 2 pintu adalah R-134a. b. Komponen utama dalam kulkas 2 pintu adalah kompresor (hermetik ), kondensor 14U dan 12U, filter kulkas 2 pintu, pipa kapiler (0,028 inch sepanjang 1,5 m), evaporator kulkas 2 pintu, kipas, dan kotak pendingin.

19 3 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian tentang mesin pendingin ini adalah: a. Dapat membuat model mesin pendingin kulkas 2 pintu. b. Membandingkan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U dan 12U. c. Menghitung kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator, kalor yang dilepas kondensor, aliran massa refrigeran dari kulkas 2 pintu. d. Menghitung COP aktual dan COP ideal dari kulkas 2 pintu. e. Menghitung efisiensi mesin pendingin kulkas 2 pintu. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah: a. Mampu memahami dan membandingkan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U dan 12U. b. Mendapat pengalaman membuat model mesin pendingin kulkas 2 pintu. c. Dapat digunakan sebagai referensi tolok ukur bagi orang lain yang ingin membuat mesin pendingin kulkas 2 pintu.

20 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori Perpindahan Panas Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang memelajari perpindahan energi karena adanya beda suhu. Kalor mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah sampai terjadi kesetimbangan temperature diantara kedua media. Mekanisme perpindahan panas ada 3 (tiga) jenis yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi Perpindahan panas konduksi Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas dari tempat yang bertemperatur tinggi ke temperatur rendah melalui media padat. Contoh dari perpindahan panas konduksi adalah kalor yang mengalir pada tembok seperti pada Gambar 2.1. Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi Persamaan laju perpindahan panas konduksi dapat dihitung dengan hukum Fourier dengan Persamaan (2.1). 4

21 5 Q = k x A x (ΔT/ Δx) (2.1) Pada Persamaan (2.1) : q k = Laju perpindahan panas (W) = Konduktivitas thermal bahan (W/m C) A = Luas penampang media (m 2 ) ΔT = Perbedaan suhu tinggi dengan suhu rendah ( C) Δx = Tebal media (m) Perpindahan panas konveksi Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas dari permukaan benda yang bertemperatur tinggi ke fluida sekitar permukaan yang memiliki temperatur yang lebih rendah atau sebaliknya. Contohnya adalah perpindahaan panas yang terjadi pada kondensor yang melepas kalor ke udara sekitar. Gambar 2.2 Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi dapat dihitung berdasarkan hukum Newton tentang pendinginan dengan Persamaan (2.2). Q = h x A x ( - T s ) (2.2) Pada Persamaan (2.2) : q = Laju perpindahan panas (W) h = Koefisien perpindahan panas konveksi ( )

22 6 A = Luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m 2 ) = Temperatur fluida ( C) = Temperatur permukaan benda padat ( C) Perpindahan panas konveksi dapat dibagi menjadi 2 jenis: Perpindahan panas konveksi bebas Perpindahan panas konveksi bebas adalah konveksi yang aliran fluida pendinginnya bergerak tanpa adanya alat bantu yang menggerakan fluida. Aliran fluida yang terjadi disebabkan karena adanya perbedaan massa jenis. Perpindahan panas konveksi bebas pada kondensor kulkas 1 pintu panas berpindah dari kondensor ke udara sekitar tanpa adanya kipas yang membantu mengalirkan udara sekitar. Perpindahan panas konveksi paksa Perpindahan panas konveksi yang aliran fluida pendinginnya digerakkan oleh alat bantu, seperti pompa, kipas, kompresor ataupun blower sehingga perpindahan panas menjadi lebih cepat. Contoh perpindahan panas konveksi paksa terjadi pada kondensor kulkas 2 pintu. Terdapat kipas yang dipergunakan untuk menggerakkan udara di sekitar melalui Perpindahan panas radiasi Selain perpindahan panas konduksi, dan konveksi ada pula perpindahan panas secara radiasi. Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran atau sinar gelombang elektro magnetik tanpa memerlukan media perantara. Contohnya adalah seseorang yang sedang duduk dekat api unggun yang menyala yang merasakan panas radiasi dari api unggun. Laju perpindahan kalor secara radiasi dapat dihitung dengan Persamaan (2.3). (2.3) Pada Persamaan (2.3) :

23 7 q ε = Laju perpindahan kalor (W) = Emisivitas bahan A = Luas permukaan (m 2 ) σ T s = Konstanta Stefan-Boltzman = Temperatur absolute permukaan T sur = Temperatur absolute sekitar Beban Pendinginan Beban pendinginan evaporator adalah besarnya energi panas yang diserap oleh evaporator, panas yang diserap evaporator adalah panas yang diserap dari benda-benda yang berada di dalam ruang evaporator yang akan didinginkan evaporator. Jenis beban pendingin dibagi menjadi 2, yaitu: 1. Panas sensibel (beban sensibel) Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu benda akibat perubahan suhu. Contoh proses pendinginan air dari 100 C sampai menjadi es 0 C. Panas yang dilepas air dari 100 C menjadi 0 C (masih air) disebut panas sensibel (beban sensibel). 2. Panas laten (beban laten) Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu benda karena adanya perubahan fase. Contoh jika air yang suhunya sudah 0 C jika didinginkan lagi akhirnya menjadi es. Pada suhu 0 C tidak terjadi perubahan suhu tetapi perubahan fase. Panas yang diserap disini disebut panas laten (beban laten).

24 Proses Perubahan Fase Perubahan fase terjadi pada temperatur yang tetap. Contohnya cair menjadi padat, cair menjadi uap, padat menjadi cair, dan seterusnya. Pada sistem kompresi uap kulkas 2 (dua) pintu terjadi 2 proses perubahan fase yaitu penguapan (cair menjadi gas), dan proses pengembunan (gas menjadi cair) Proses Penguapan (evaporasi) Penguapan berarti perubahan fase dari cair menjadi gas. Pada mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu proses penguapan terjadi pada evaporator. Pada proses penguapan diperlukan panas. Untuk menguapkan refrigeran panas dapat diambil dari udara di sekitar evaporator Proses Pengembunan (kondensasi) Pengembunan adalah perubahan fase dari gas menjadi cair. Pada mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu proses pengembunan terjadi pada kondensor. Pada proses pengembunan terjadi pelepasan panas refrigeran ke udara sekitar kulkas 2 (dua) pintu Mesin Pendingin Kulkas 2 (dua) pintu Salah satu contoh gambar mesin pendingin kulkas 2 pintu dapat dilihat pada Gambar 2.3. Evaporator kulkas terletak di sisi atas, sedangkan kondensor, kompresor dan pipa kapiler terletak di posisi bawah kulkas.

25 9 Gambar 2.3 Sketsa Mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu Mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu adalah alat untuk mendinginkan suatu ruang kecil untuk mendinginkan atau mengawetkan makanan. Pada kulkas 2 (dua) pintu menggunakan siklus kerja kompresi uap. Refrigeran yang digunakan adalah R-134a. Refrigeran berfungsi sebagai fluida kerja yang mengalir pada tiap komponen utama dalam mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu. Komponen utama pada mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu adalah (a) Kompresor, (b) Kondensor, (c) Filter, (d) Pipa kapiler, (e) Evaporator, (f) kipas, (g) Refrigeran: a. Kompresor Kompresor adalah alat untuk meningkatkan tekanan refrigeran. Cara kerja kompresor adalah menghisap refrigeran lalu mendorongnya dengan piston untuk diteruskan ke pipa yang menuju kondensor. Kompresor terbagi menjadi 3 (tiga) jenis yaitu kompresor hermatic, semi-hermatic, open type. Kompresor hermatic adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya dalam satu casing kompresor. Kompresor semi-hermatic adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya terpisah tetapi masih dalam satu kompresor. Kompresor open type adalah kompresor yang poros penggeraknya terpisah dengan motor listriknya. Tidak dalam satu casing, sehingga memerlukan belt untuk menggerakan kompresor dari motor listriknya.

26 10 Gambar 2.4 Kompresor hermatic Keuntungan kompresor hermatic adalah bentuknya yang kecil karena poros kompresor dengan motor listriknya dalam satu casing, harganya lebih murah dari pada kompresor jenis lain, tidak berisik, tidak menghasilkan getaran yang kuat dan tidak memakai tenaga penggerak dari luar. Kekurangan kompresor hermatic adalah jika bagian dalam kompresor yang rusak maka harus merusak casingnya, minyak pelumas kompresor hermatic susah diperiksa. Gambar 2.5 Kompresor semi-hermatic Kelebihan kompresor semi-hermatic adalah bentuknya kecil, perawatan lebih mudah dari pada kompresor hermatic, tidak perlu memotong casing kompresor untuk memperbaiki bagian kompresor, tidak memakai tenaga penggerak dari luar, tidak berisik dan tidak menghasilkan getaran yang kuat. Kekurangan kompresor semi-hermatic adalah masih terlalu besar untuk kulkas 2 pintu, harganya mahal.

27 11 Gambar 2.6 Kompresor open type Kelebihan kompresor open type adalah jika pada motornya rusak dapat diperbaiki motornya saja, rpm kompresor dapat diatur dengan menggunakan puli, minyak kompresor mudah diperiksa, jika tidak ada listrik kompresor open type dapat dihidupkan dengan menggunakan tenaga diesel atau motor bensin. Kekurangan kompresor open type adalah bentuknya paling besar dari kompresor jenis lain, bobotnya paling berat dari kompresor jenis lain, harganya paling mahal. b. Kondensor Kondensor adalah alat untuk melepas kalor dari refrigeran yang masuk dari kompresor. Pada kondensor terjadi proses penurunan suhu, kondensasi dan pendinginan lanjut. Di dalam kondensor terjadi perubahan fase dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh, gas jenuh menjadi cair jenuh dan cair jenuh menjadi cair lanjut yang disertai penurunan suhu di pendinginan lanjut. Gambar 2.7 Kondensor

28 12 Macam-macam kondensor dibagi menjadi 2 jenis: kondensor bersirip, dan kondensor biasa. Pada sebuah mesin pendingin pemakaian kondensor disesuaikan pada kegunaan (kulkas menggunakan kondensor biasa dan AC menggunakan kondensor bersirip). c. Filter Filter adalah alat untuk menyaring kotoran yang dibawa oleh refrigeran sebelum memasuki pipa kapiler. filter dapat menyaring kotoran hasil pengelasan, hasil korosi, dan air yang terkandung dalam refrigeran. Gambar 2.8 Filter d. Pipa kapiler Pipa kapiler adalah pipa untuk menurunkan tekanan dari refrigeran karena diameter pipa yang kecil sehingga terjadi hambatan yang dapat menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk kedalam evaporator. Suhu refrigeran menurun. Gambar 2.9 Pipa kapiler

29 13 Panjang pipa kapiler yang biasa digunakan pada mesin pendingin kulkas adalah 1,5 m dengan diameter 0,028 inch. Bahan pipa kapiler terbuat dari tembaga. Selain pipa kapiler ada pula katub ekspansi yang sering digunakan di AC. e. Evaporator Evaporator adalah alat untuk menyerap kalor dari ruang yang akan didinginkan. Pada evaporator terjadi perubahan fase refrigeran dari campuran cair jenuh menjadi gas panas lanjut tanpa adanya perubahan suhu, dan perubahan fase dari gas menjadi gas panas lanjut yang disertai dengan peningkatan suhu pada pemanasan lanjut. Gambar 2.10 Evaporator Jenis-jenis evaporator ada 2 yaitu evaporator bersirip dan evaporator jenis plat. Beda evaporator bersirip dan evaporator pipa berplat fungsi dan bentuknya. Fungsi evaporator bersirip adalah untuk mendinginkan udara, evaporator plat pada kulkas 1 pintu untuk mendinginkan beban pendingin yang bersentuhan dengan evaporator oleh karena itu evaporator bersirip terdapat rongga dan sirip agar udara yang melewati evaporator dapat bersentuhan dengan evaporator. Evaporator jenis pipa berplat kulkas 1 pintu berbentuk plat agar dapat menampung barang yang menjadi beban pendingin. f. Kipas Kipas adalah alat untuk menghembuskan dan mensirkulasikan udara dingin dari evaporator. Pada kulkas 2 pintu udara dingin yang dihembuskan

30 14 yang akan mendinginkan benda-benda yang akan didinginkan atau dibekukan di dalam ruang evaporator. g. Refrigeran Gambar 2.11 Kipas Pada suatu sistem pendingin kompresi uap refrigeran adalah bagian yang penting dalam fluida yang digunakan. Refrigeran berfungsi sebagai cairan untuk menyerap kalor di evaporator dan melepas kalor di kondensor. Refrigeran yang biasa digunakan pada mesin pendingin kulkas 2 pintu adalah R-134a. Sifat R-134a adalah tidak merusak lapisan ozon, titik didih R-134a -30 C, rumus molekul CH 2 FCF 3. Refrigeran yang dipergunakan dalam mesin pendingin siklus kompresi uap sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut : - Tidak beracun. - Tidak menyebabkan korosi pada bahan logam yang dipakai pada mesin pendingin. - Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas, udara dan sebagainya. - Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah. - Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar kalor yang diserap evaporator besar. - Mempunyai konduktifitas termal yang tinggi. Secara khusus sifat dari refrigeran R-134a adalah: - Tidak mudah terbakar.

31 15 - Tidak merusak lapisan ozon. - Tidak beracun, berwarna, dan berbau. - Mudah diperoleh. - Memiliki kestabilan yang tinggi. Perbedaan kulkas 1 pintu dengan kulkas 2 pintu adalah bentuk kulkas 2 pintu terdapat 2 pintu (termasuk pintu freezer). Pintu pertama dari Kulkas 2 pintu untuk membuka ruang pendingin kulkas yang di dalamnya berisi bendabenda atau bahan makanan yang akan didinginkan. Pintu kedua untuk membuka ruang freezer. Tujuan dibuat 2 pintu adalah agar freezer tidak sering kemasukan udara sekitar ketika pintu ruang pendingin sering dibuka. Untuk kulkas 1 pintu hanya memiliki 1 pintu saja yaitu sebagai pintu freezer, sehingga ketika ruang pendingin dibuka, ruang freezer tidak ikut terbuka, sehingga di ruang freezer mudah terbentuk bunga es. Dari cara kerjanya, kulkas 2 pintu menggunakan udara dingin yang disirkulasikan melalui evaporator ke ruang pendingin menggunakan kipas. Evaporator kulkas 2 pintu berfungsi untuk mendinginkan udara dalam ruang pendingin sedangkan evaporator kulkas 1 pintu langsung menyerap kalor yang menjadi beban pendinginan. Daya listrik yang digunakan pada kulkas 1 lebih hemat dari pada kulkas 2 pintu karena pada kulkas 2 pintu beban komponen yang menggunakan listrik lebih banyak dari pada 1 pintu. Contohnya heater pada kulkas 2 pintu yang menyala selama 15 menit setiap 7 jam dan kipas pada kulkas 2 pintu untuk mensirkulasikan udara dalam ruang pendingin agar dapat melewati evaporator. Komponen yang digunakan pada kulkas 1 pintu sama dengan kulkas 2 pintu hanya kulkas 2 pintu ada tambahan kipas untuk mensirkulasikan udara di dalam ruang pendingin dan kebanyakan kulkas 2 pintu menggunakan kondensor bersirip dengan ditambah kipas yang mengalirkan udara panas melalui atas bak penampung air hasil pencairan bunga es agar air dari pencairan bunga es dapat menguap, jadi konsumen tidak perlu membuang air hasil pencairan bunga es.

32 16 Contoh mesin pendingin kulkas 2 pintu yang ada di pasaran adalah sebagai berikut: Gambar 2.12 Mesin Pendingin Kulkas 2 (dua) pintu Dimensi : 1090 mm x 560 mm x 535 mm Evaporator : Aluminium pipe OD8 x t 1,0 mm Capilary pipe : 1500 mm Condensor : Steel Pipe mm Kompresor : Panasonic SF48C10RAX. 220V/50Hz,139W Refrigeran : R-134a, 100 gram Temperature Control : Automatic (Adjustable) Cara Kerja Mesin Pendingin Kulkas 2 pintu Cara kerja mesin pendingin kulkas 2 pintu adalah dengan menggunakan siklus kompresi uap. Refrigeran ditekan oleh kompresor, dari kompresor masuk kondensor untuk membuang panas, mengalir lagi ke filter untuk menyaring kotoran-kotoran yang terbawa refrigeran sebelum memasuki pipa kapiler. Pada pipa kapiler tekanan dan temperatur refrigeran diturunkan, selanjutnya refrigeran mengalir masuk ke evaporator sehingga membuat suhu evaporator rendah. Pada evaporator ada udara yang dialirkan menggunakan fan untuk mendinginkan ruang pendingin. Setelah melewati evaporator refrigeran mengalir lagi masuk ke kompresor.

33 Siklus Kompresi Uap Dari berbagai jenis sistem refrigerasi, siklus kompresi uaplah yang paling banyak digunakan pada mesin pendingin kulkas 2 pintu. Komponen utama yang digunakan pada siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator. Skema siklus kompresi uap dapat dilihat pada Gambar 2.13, Gambar 2.14, Gambar Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram

34 18 Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s Proses-proses pada siklus kompresi uap tersusun atas: a. Proses 1-2 (Proses kompresi) Proses kompresi dilakukan oleh kompresor. Refrigeran berbentuk gas bertekanan rendah masuk kompresor lalu ditekan oleh kompresor sehingga tekanan refrigeran meningkat menjadi bertekanan tinggi. Proses kompresi berlangsung secara isentropic. b. Proses 2-2a (Proses penurunan suhu) Proses ini terjadi sebelum masuk kondensor. Pada proses ini refrigeran berbentuk gas menjadi gas jenuh disertai dengan penurunan suhu. c. Proses 2a - 2b (Proses kondensasi) Proses ini berlangsung pada kondensor. Refrigeran bertemperatur tinggi masuk kondensor untuk melepaskan kalor sehingga terjadi proses perubahan fase. Dalam proses ini terjadi perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada tekanan tinggi yang tetap dan temperatur yang tetap pula.

35 19 d. Proses 2b - 3 (Proses pendinginan lanjut) Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengondisikan agar refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam kondisi cair. Proses ini diperlukan agar refrigeran yang masuk kedalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas yang dapat menyebabkan timbulnya masalah pada sistem pendingin. Jika refrigeran berbentuk cairan utuh maka akan memudahkan refrigeran mengalir pada pipa kapiler. Penurunan suhu terjadi pada proses ini. Suhu refrigeran lebih rendah dari suhu refrigeran saat mengembunkan di kondensor. e. Proses 3-4 (Proses penurunan tekanan dan penurunan suhu) Pada proses ini refrigeran dalam fase cair masuk kedalam pipa kapiler agar tekanannya menurun karena diameter pipa yang kecil, sehingga terjadi hambatan yang melawan tekanan dari refrigeran. Karena diameter pipa yang sangat kecil maka terjadi penurunan tekanan, akibat adanya penurunan tekanan terjadi pula penurunan suhu. f. Proses 4-1a (Proses evaporasi) Pada proses ini refrigeran memasuki evaporator untuk menyerap kalor pada ruang yang akan didinginkan. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari campuran cair dan gas menjadi gas jenuh. g. Proses 1a 1 (Proses pemanasan lanjut) Pemanasan lanjut adalah proses untuk mengondisikan agar refrigeran yang keluar dari evaporator benar-benar dalam bentuk gas sebelum memasuki kompresor. Jika refrigeran masuk kedalam kompresor dalam bentuk cair maka akan dapat merusak kompresor. Dengan adanya pemanasan lanjut maka nilai Q in akan meningkat dan COP juga akan meningkat. Untuk mendapatkan karakteristik kulkas 2 (dua) pintu diperlukan persamaan-persamaan perhitungan untuk menghitung W in, Q out, Q in, efisiensi, COP dan laju aliran massa.

36 20 a. Kerja kompresor (w in ) Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.4). (2.4) Pada Persamaan (2.4) : = Kerja kompresor = Enthalpy saat masuk kompresor = Enthalpy saat keluar kompresor b. Kalor yang dilepas kondensor (Q out ) Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.5). (2.5) Pada Persamaan (2.5) : = Kalor yang dilepas kondensor = Enthalpy saat keluar kondensor = Enthalpy saat keluar kondensor c. Kalor yang diserap evaporator (Q in ) Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.6). (2.6) Pada Persamaan (2.6) : = Kalor yang diserap evaporator

37 21 = Enthalpy saat keluar evaporator = Enthalpy saat masuk evaporator d. COP (Coefficient Of Performance) COP dari kulkas 2 pintu dapat dihitung dengan Persamaan (2.7) dan (2.8). (2.7) COP ideal = (2.8) Pada Persamaan (2.7) dan (2.8) : COP ideal : koefisien prestasi maksimum kulkas 2 pintu : koefisien prestasi aktual kulkas 2 pintu T e T c : suhu evaporator (K) : suhu kondensor (K) COP digunakan untuk mengetahui performa dari siklus kompresi uap. Semakin tinggi nilai COP maka semakin baik pula siklus kompresi uapnya. COP sendiri tidak memiliki satuan karena merupakan hasil pembandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan kerja kompresor. e. Efisiensi Efisiensi adalah besarnya tingkat efektifitas pada kulkas 2 pintu, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.9). Efisiensi = (2.9) f. Laju aliran massa Laju aliran massa adalah laju massa per satu satuan waktu, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.10). = = (2.10)

38 22 Pada Persamaan (2.10) : : laju aliran massa refrigeran V I P : Voltase kompresor (V) : Arus kompresor (ampere) : Daya kompresor Dengan bantuan p-h diagram maka dapat diketahui nilai enthalpi di setiap keadaan pengujian siklus kompresi uap. Pada penelitian ini digunakan refrigeran 134a. P-h diagram untuk refrigeran 134a disajikan pada Gambar Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran 134a

39 Isolator Isolator digunakan untuk mencegah terjadinya perpindahan kalor dari ruang yang akan didinginkan. Isolator yang baik adalah benda yang memiliki konduktivitas thermal yang rendah, dan tidak mudah menghantarkan panas. Pada penelitian ini digunakan media gabus sebagai isolator karena gabus tahan terhadap suhu dingin. Sifat-sifat gabus adalah sebagai berikut: 1. Memiliki massa jenis = 2. Memiliki kalor jenis = 3. Memiliki nilai konduktifitas thermal bahan = 2.2 Tinjauan Pustaka Anwar (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt di dalam ruang pendingin (b) data dianalisi secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan cop sebesar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt). Handoyo dan Lukito (2002) telah melakukan penelitian tentang analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler pada line suction (b) menghitung performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan. Penelitian ini dilakukan

40 24 dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) mesin pendingin yang digunakan adalah kulkas 2 pintu (b) beban pendinginan yang digunakan air. Dari hasil penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan pada line suction dapat meningkatkan nilai COP kulkas 2 pintu (b) waktu pendinginan tidak banyak perubahan. Wilis (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran R-22 dan R-134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) menghitung prestasi kerja refrigeran R-22 yang dibandingkan dengan refrigeran R-134a (b) membahas refrigeran yang lebih ramah lingkungan antara R-22 dengan R-134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) refrigeran yang digunakan R-22 dan R-134a (b) menggunakan mesin pengkondisian udara dengan motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari hasil penelitian didapatkan: (a) refrigeran R-22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari R-l34a, tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran R- l34a lebih ramah lingkungan, tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R-22.

41 3.1 Pembuatan Alat BAB III PEMBUATAN ALAT Langkah pembuatan alat didasarkan pada diagram alir seperti yang tersaji pada Gambar 3.1. Mulai Perancangan mesin pendingin kulkas 2 pintu Persiapan komponen-komponen kulkas 2 pintu Penyambungan komponen-komponen kulkas 2 pintu Pemvakuman kulkas 2 pintu Pengisian Refrigeran 134a Uji coba Tidak baik Baik Pengambilan data P 1, P 2, T 1, T 3, I, Voltase dan T benda Pengolahan data Q in, Q out, W in, COP, efisiensi dan laju aliran massa Pembahasan, Kesimpulan dan Saran Selesai Gambar 3.1 Diagram Alir Pelaksanaan 25

42 Alat dan Bahan Mesin pendingin beserta bagian-bagiannya disajikan pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3. a d f Gambar 3.2 Konstruksi kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U dan 12U c b e Gambar 3.3 Konstruksi kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U dan 12U

43 27 Keterangan untuk Gambar 3.2 dan Gambar 3.3. a. Kompresor b. Kondensor c. Evaporator d. Pipa Kapiler e. Fan f. Filter Mesin pendingin kulkas 2 pintu memiliki komponen-komponen: (a) Kompresor, (b) Kondensor, (c) Evaporator, (d) Pipa kapiler, (e) Fan, (f) filter. a) Kompresor Kompresor berfungsi meningkatkan tekanan refrigeran dan menghisap sekaligus memompa refrigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refrigeran yang mengalir pada pipa-pipa mesin pendingin. Pada alat mesin pendingin yang dibuat menggunakan kompresor hermetik merek Toshiba dengan daya dan Voltase 220 V. Gambar 3.4 memperlihatkan kompresor yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin. Gambar 3.4 Kompresor b) Kondensor Kondensor berfungsi melapaskan kalor refrigeran. Kondensor yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat. Pada percobaan ini kondensor yang digunakan adalah kondensor 12U dan kondensor 14U. Lebar 45 cm dengan diameter pipa 3 mm. Jarak antar sirip

44 28 3,5 cm, diameter sirip 1,4 mm, bahan pipa dan sirip terbuat dari besi, panjang pipa. Gambar 3.5 memperlihatkan kondensor yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin. Gambar 3.5 Kondensor c) Pipa kapiler Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm dengan diameter 0,7 mm atau 0,028 inch dan bahan yang digunakan tembaga. Gambar 3.6 memperlihatkan pipa kapiler yang digunakan. Gambar 3.6 Pipa Kapiler d) Evaporator Evaporator yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin ini adalah jenis pipa bersirip. Evaporator berfungsi menyerap kalor beban pendinginan. Bahan evaporator adalah tembaga, diameter pipa evaporator 5 mm, bahan sirip adalah seng dengan tebal 0,5 mm, jarak sirip 1 cm, dengan jumlah sirip 20 buah. Gambar 3.7 memperlihatkan evaporator yang digunakan dalam pembuatan alat.

45 29 Gambar 3.7 Evaporator e) Fan Fan adalah kipas yang mengalirkan udara yang akan melewati evaporator karena pada kulkas 2 pintu proses pendinginannya menggunakan udara dingin yang disemprotkan pada ruang pendingin melalui evaporator. ukuran kipas 120 x 120 x 38 mm, Voltase V dan arus 0.14 A. Gambar 3.8 Fan f) Filter Dalam membuat mesin pendingin harus menggunakan filter untuk menyaring kotoran agar tidak masuk ke dalam sebuah sistem pendingin dan masuk ke dalam kompresor. Filter yang digunakan memiliki dimensi panjang 8,5 cm, diameter 19 mm dan bahan filter terbuat dari tembaga. Terdapat 1 saluran

46 30 masuk dan 1 saluran keluar. Gambar 3.9 memperlihatkan gambar filter yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin. Gambar 3.9 Filter 3.3 Peralatan Penunjang pembuatan alat dan Penelitian Dalam pembuatan mesin pendingin digunakan beberapa peralatan penunjang diantaranya: a) Pemotong Pipa (Tubbing cutter) Tubbing cutter fungsinya untuk memotong pipa-pipa pada mesin pendingin agar potongan yang dihasilkan bias rata dan kotoran dari tembaga tidak banyak. Untuk memotong pipa dengan Tubbing cutter yaitu pipa dimasukan antara roller dan cutting wheel lalu tangkai dari Tubbing cutter diputar 360, lebih jelasnya ditunjukkan pada Gambar Gambar 3.10 Pemotong pipa (tubbing cutter)

47 31 b) Pengembang pipa (flaring tool) Flaring tool fungsinya untuk mengembangkan ujung pipa agar dapat disambung dengan sambungan berulir. Flaring tool terdiri dari 2 buah blok ini membentuk lubang dengan bermacam-macam ukuran pipa yang dapat diselipkan. Selain itu flaring tool juga mempunyai sebuah joke yang terdiri kaki-kaki yang dapat diselipkan pada blok yang mempunyai sebuah baut pada bagian atasnya dengan batang yang dapat diputar, sedangkan pada ujung lain pada bagian bawah diberi sebuah flare cone yang berbentuk kerucut dengan sudut 45 untuk menekan dan mengembangkan ujung pipa. Gambar 3.11 Pengembang Pipa (flaring tool) c) Tang Tang adalah alat yang digunakan untuk mencengkram, memotong, dan memutar kawat atau tabel. Dalam pembuatan mesin pendingin ini tang berfungsi untuk menjapit pipa pada saat pengelasan, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar Gambar 3.12 Tang

48 32 d) Alat Las Fungsinya alat las untuk menyambungkan pipa-pipa pada mesin pendingin. Bila hasil pengelasan kurang bagus bias berakibat kebocoran dalam sambungan. Proses pengelasan juga berpengaruh penting dalam pembuatan mesin pendingin, lebih jelasnya ditunjukan pada Gambar Gambar 3.13 Alat las e) Bahan Las Bahan las yang digunakan untuk menyambung pipa-pipa mesin pendingin yaitu berupa perak dan borak. Penggunaan bahan borak diperlukan untuk penyambungan tembaga dengan besi, agar hasil pengelasan lebih baik. Bahan perak digunakan untuk mengelas pipa tembaga dengan tembaga. Lebih jelasnya seperti ditunjukan pada Gambar Gambar 3.14 Bahan Las

49 33 f) Pompa Vakum Pompa vakum fungsinya untuk mengosongkan atau menghilangkan gasgas yang tidak perlu seperti udara dan uap air di dalam sistem mesin pendingin. Hal ini dilakukan agar tidak mengganggu kerja mesin pendingin saat dioperasikan, lebih jelasnya seperti ditunjukan pada Gambar Gambar 3.15 Pompa Vakum g) Termokopel Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan suhu besaran entalpi refrigerant sebagai data yang dibutuhkan. Jenis termokopel yang digunakan adalah Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy)/ Alumel (Ni-Al alloy)). Prinsip kerjanya ujung kabel ditemperlkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukan pada Gambar Gambar 3.16 Termokopel

50 34 h) Clamp Meter Clamp meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus dan temperatur. Penggunaan alat ukur clamp meter dalam pengambilan data yaitu untuk mengukur kuat arus kompresor. Jenis clamp meter yang digunakan adalah model KS-88. Prinsip kerjanya clamp meter dijepitkan ke antara kabel kompresor kemudian sensor secara otomatis akan bekerja dan hasilnya akan ditampilkan pada layar digital, seperti Gambar Gambar 3.17 Clamp Meter i) Pressure Guage Pressure Guage digunakan untuk mengukur tekanan refrigerant baik pada saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Pada mesin pendingin ini dipasang 2 Pressure Guage pada tekanan keluar kompresor dan tekanan masuk (isap) kompresor. Pressure Guage yang digunakan ada 2 jenis seperti pada Gambar Tekanan Psi (dipasang pada pipa masuk kompresor, berwarna biru). - Tekanan Psi (dipasang pada pipa keluar kompresor, berwarna merah).

51 35 Gambar 3.18 Pressure Guage 3.4 Proses pemvakuman Setelah proses penyambungan selesai, sebuah rangkaian mesin pendingin standar sudah berbentuk. Proses selanjutnya yang harus dilakukan adalah pemvakuman. Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum dengan tujuan untuk mengosongkan atau menghilangkan udara yang ada di dalam pipa-pipa mesin pendingin. Pada proses pemvakuman dapat dilihat juga apakah sebuah rangkaian sistem pendingin yang dibuat mengalami kebocoran pada saat proses penyambungan. Untuk mengetahui terjadinya kebocoran, busa sabun dioleskan pada pipa-pipa atau sambungan. Apabila terdapat gelembung-gelembung udara pada bagian yang di olesi busa sabun, dapat dipastikan rangkaian mesin pendingin terjadi kebocoran. Untuk proses pemvakuman lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar Gambar 3.19 Proses Pemvakuman

52 Proses Pengisian Freon Setelah rangkaian mesin pendingin dalam kondisi vakum, proses selanjutnya adalah pengisian refrigeran. Jenis refrigeran yang digunakan dalam mesin pendingin yang dibuat adalah R-134a. Saat proses pengisian berlangsung tekanan pada preasure gauge warna biru (tekanan rendah) akan naik dan menunjuk angka 50 psi. proses pengisian refrigeran melalui selang yang dihubungkan ke dalam dob yang terhubung pada kompresor. Proses pengisian refrigeran hampir sama dengan proses pemvakuman, tapi pada saat proses pengisian tidak menggunakan alat pompa vakum melainkan menggunakan tabung refrigeran. Untuk pengisian refrigeran lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar3.20. Gambar 3.20 Pengisian refrigeran R-134a 3.6 Proses Uji Coba Pada proses uji coba ini alat diuji dengan cara dinyalakan selama 1 jam. Apakah alat sudah dapat bekerja dengan baik atau tidak. Jika terjadi kerusakan maka harus memperbaiki lagi tiap komponennya. Maka kembali ke proses penyambungan lagi. Jika sudah berhasil dapat memulai pengambilan data P 1, P 2, T 1, T 3, I, Voltase dan T benda.

53 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Mesin yang Diteliti Mesin yang diteliti adalah kulkas 2 pintu dengan mempergunakan kondensor 14U dan 12U. Evaporator yang digunakan adalah evaporator standar kulkas 2 pintu dengan kompresor berdaya HP, dengan panjang pipa kapiler 150 cm. Gambar 4.1 menyajikan mesin yang diteliti. Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (kulkas 2 pintu) 4.2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti Gambar 4.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin kulkas 2 pintu yang diteliti. Dalam skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasang termokopel, alat ukur tekanan (pressure gauge), dan tang ampere. Alat ukur suhu refrigeran di tempatkan sebelum masuk kompresor dan di tempatkan sebelum masuk pipa kapiler. Alat ukur tekanan refrigeran di tempatkan sebelum masuk kompresor dan setelah keluar kompresor. Tang ampere ditempatkan pada kabel kompresor yang mendapat arus listrik. 37

54 38 Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin kulkas 2 pintu Keterangan pada Gambar 4.2: Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T 1 ) dan alat ukur tekanan P 1 Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P 2 Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel 2 T 3 Titik 4 : Tempat pemasangan tang ampere 4.3 Variasi Penelitian Variasi di dalam penelitian ini adalah panjang pipa kondensor yang dipergunakan pada mesin pendingin: (a) kondensor dengan 14U dan (b) kondensor dengan 12 U. 4.4 Alat Bantu Penelitian Proses penelitian kulkas 2 pintu membutuhkan alat-alat yang dipergunakan untuk membantu pengujian kulkas 2 pintu tersebut. Alat-alat bantu tersebut adalah termokopel dan alat penampilnya, air, pengukur tekanan, serta, P-h diagram.

55 39 1. Termokopel dan Alat penampil suhu digital Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan dengan listrik. Alat penampil suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai suhu yang diukur. (a) Termokopel (b) Penampil suhu digital Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital 2. Pengukur Tekanan Pengukur tekanan (pressure gauge) mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi, sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah. Hasil pengukuran tekanan refrigeran merupakan tekanan pengukuran, bukan tekanan absolut. Hasil pengukuran tekanan pengukuran ditambah 14,7 psi menyatakan tekanan absolut.

56 40 Gambar 4.4 Pengukur Tekanan 3. P h diagram P h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan P- h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap titik yang diteliti, terutama di titik 1, 2, 3, 4, suhu kerja kondensor dan suhu kerja evaporator. Gambar 4.5 Siklus kompresi uap pada P h diagram

57 41 4. Air Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian. Gambar 4.6 Air (beban pendinginan) 5. Tang Ampere Tang ampere adalah alat untuk mengukur arus listrik. Cara penggunaannya adalah kabel yang akan diukur di lewatkan pada lobang tang ampere, setelah dilewatkan lobang tang ampere maka digital tang ampere akan membaca arus yang melintas pada kabel. Gambar 4.7 Tang Ampere

58 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan Untuk mendapatkan data data hasil penelitian dipergunakan alat ukur termokopel, alat ukur tekanan dan tang ampere. Pengukuran suhu, tekanan, arus dan voltage dilakukan setiap 15 menit. Hasil penelitian disajikan pada tabel seperti terlihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu, tekanan, arus dan voltage No Waktu t (menit) P 1 (psia) P 2 (psia) T 1 ( F) T 3 ( F) T benda ( F) I (A) V (V)

59 Cara Mengolah Data Prosedur pengolahan data : 1. Setelah semua data suhu dan tekanan pada setiap titik diperoleh maka langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada P h diagram. Dengan menggambarkan dalam P h diagram dapat diketahui nilai entalpi (h 1, h 2, h 3, h 4 ), suhu kerja kondensor dan suhu kerja evaporator. 2. Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk menghitung besarnya energi kalor per satuan massa yang dilepaskan kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COP kulkas 2 pintu, efisiensi, serta laju aliran massa refrigeran. 3. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada seperti persamaan (2.4) untuk menghitung kerja kompresor, persamaan (2.5) untuk menghitung energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, persamaan (2.6) untuk menghitung kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, persamaan (2.7) untuk menghitung COP aktual, persamaan (2.8) untuk menghitung COP ideal, persamaan (2.9) untuk menghitung efisiensi, persamaan (2.10) untuk menghitung laju aliran massa. 4. Hasil-hasil perhitungan (Q in, Q out, W in, COP aktual, COP ideal, Laju aliran massa, efisiensi), kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan untuk melakukan pembahasan. Dalam proses pembahasan harus mempertimbangkan hasil-hasil penelitian sebelumnya dan juga tidak lepas dari tujuan penelitian. 4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan Kesimpulan diperoleh dari hasil pembahasan yang telah dilakukan. Kesimpulan merupakan inti dari pembahasan. Kesimpulan harus dapat menjawab tujuan dari penelitian.

60 BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PENGOLAHAN 5.1 Data Hasil Percobaan DATA, SERTA PEMBAHASAN Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigeran (P 1 dan P 2 ) dan suhu refrigeran (T 1 dan T 3 ) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu, ditampilkan pada Tabel 5.1 dan Tabel 5.2. Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P 1 dan P 2 ), suhu (T 1 dan T 3 ), suhu benda, arus, voltage untuk mesin dengan 14U No Waktu P 1 P 2 T 1 T 3 T benda I V (menit) (psia) (psia) ( F) ( F) ( F) (A) (V) ,45 195,33 34,21 84,92 31,96 0,84 162, ,45 196,58 26,24 97,57 25,97 0,88 161, ,20 200,33 27,23 99,10 24,58 0,89 161, ,20 187,20 21,65 96,44 22,06 0,87 161, ,20 182,83 21,97 96,49 20,57 0,84 213, ,70 197,20 22,01 98,47 20,57 0,80 211, ,45 193,45 21,25 97,88 20,21 0,81 213, ,20 191,58 21,38 97,66 19,18 0,81 214, ,70 187,83 20,21 95,27 18,10 0,81 215, ,70 194,70 21,43 98,51 19,09 0,81 215, ,20 194,70 18,37 98,24 18,41 0,82 215, ,20 189,08 19,90 97,84 18,28 0,79 217, ,20 191,58 23,72 98,38 18,77 0,80 217, ,70 199,08 22,91 101,98 19,72 0,81 216, ,70 202,20 19,18 99,23 19,63 0,81 215, ,95 194,70 20,71 99,41 19,13 0,80 215, ,20 192,20 20,84 99,46 19,18 0,81 214, ,70 202,83 18,91 101,30 20,17 0,82 212, ,70 197,83 25,25 102,52 24,58 0,81 211, ,45 194,08 31,51 99,14 24,80 0,82 211, ,45 192,20 21,29 99,64 19,31 0,81 212, ,70 195,33 20,08 98,87 19,36 0,80 212, ,20 193,45 20,84 99,32 19,45 0,80 213, ,70 195,95 20,21 101,26 19,54 0,80 213, ,95 195,95 20,35 99,68 19,63 0,80 215,00 44

61 45 Tabel 5.1 Lanjutan No Waktu P 1 P 2 T 1 T 3 T benda I V (menit) (psia) (psia) ( F) ( F) ( F) (A) (V) ,95 195,33 20,48 99,73 19,72 0,80 216, ,70 196,58 21,34 102,34 20,12 0,79 216, ,45 195,95 25,07 98,78 19,99 0,78 218, ,45 187,20 23,50 97,52 19,04 0,76 218, ,20 187,20 20,03 99,32 19,36 0,77 220, ,20 189,08 21,34 98,20 18,95 0,77 220, ,70 185,95 19,18 98,06 18,91 0,78 219,50 Tabel 5.2 Hasil pengukuran tekanan (P 1 an P 2 ), suhu (T 1 dan T 3 ), suhu benda, arus, voltage untuk mesin dengan 12U No Waktu P 1 P 2 T 1 T 3 T benda I V (menit) (psia) (psia) ( F) ( F) ( F) (A) (V) ,45 205,08 39,65 99,73 43,70 0,87 218, ,70 219,45 33,44 106,30 38,30 0,86 216, ,20 208,45 32,54 102,34 33,80 0,86 217, ,70 207,83 29,62 104,32 30,16 0,83 216, ,95 211,58 29,39 104,50 27,19 0,87 215, ,70 200,95 29,08 98,15 24,89 0,88 216, ,95 207,20 29,21 104,50 23,23 0,89 214, ,95 199,08 30,25 100,76 20,66 0,88 214, ,20 200,95 31,55 100,54 21,97 0,83 214, ,20 206,58 31,64 102,38 21,47 0,87 213, ,70 208,45 33,40 102,56 21,38 0,84 214, ,45 204,08 32,95 99,14 20,93 0,83 216, ,70 210,95 33,08 103,78 21,74 0,83 217, ,95 197,83 30,07 100,18 21,56 0,81 216, ,20 194,08 30,29 100,00 22,37 0,83 217, ,70 197,20 30,83 101,80 20,08 0,82 216, ,20 202,20 27,37 100,13 21,25 0,83 216, ,20 199,70 28,99 101,30 22,33 0,83 215, ,70 214,08 29,89 105,22 23,45 0,87 212, ,70 204,08 29,98 105,22 21,97 0,83 212, ,70 214,08 30,29 105,67 21,43 0,87 209, ,95 208,45 30,07 104,32 21,49 0,86 209, ,20 205,95 30,43 102,25 21,38 0,86 209,25

62 46 Tabel 5.2 Lanjutan No Waktu P 1 P 2 T 1 T 3 T benda I V (menit) (psia) (psia) ( F) ( F) ( F) (A) (V) ,20 202,83 29,39 104,00 21,34 0,86 210, ,95 215,95 28,63 106,97 21,29 0,87 210, ,45 199,83 28,90 99,32 21,07 0,85 212, ,70 201,20 29,75 100,40 21,07 0,85 212, ,20 202,83 30,02 100,94 20,44 0,85 214, ,95 204,08 29,80 101,48 20,57 0,84 215, ,95 210,33 28,81 101,17 20,80 0,85 216, ,20 200,58 27,77 99,32 19,85 0,84 216, ,45 202,20 28,22 100,67 21,34 0,84 216,50 Keterangan : - Pada saat pengambilan data, suhu kamar sebesar 27 o C - Media yang didinginkan adalah air dengan volume 500 ml dan suhu awal 28 o C - P 1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (psia). - P 2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (psia). - T 1 : Suhu refrigeran saat masuk kompresor ( o F). - T 3 : Suhu refrigeran saat masuk pipa kapiler ( o F). 5.2 Perhitungan dan Pengolahan Data Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan menggambarkannya pada diagram p-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1,2,3,4 suhu kerja kondensor dan suhu kerja evaporator dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.3 dan Tabel 5.4. Tabel 5.3 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, suhu kerja kondensor dan suhu kerja evaporator untuk mesin dengan 14U No Waktu (menit) h 1 ( ) h 2 ( ) h 3 ( ) h 4 ( ) T evap (K) T kond (K) ,18 302,76 98,98 98,98 260,78 322, ,85 293,44 102,47 102,47 260,22 321,33

63 47 Tabel 5.3 Lanjutan No Waktu (menit) h 1 ( ) h 2 ( ) h 3 ( ) h 4 ( ) T evap (K) T kond (K) ,52 301,60 101,31 101,31 260,78 324, ,18 292,28 98,98 98,98 259,67 316, ,69 293,44 100,14 100,14 260,22 321, ,19 288,79 100,14 100,14 260,78 324, ,87 289,95 96,65 96,65 260,22 321, ,52 299,27 100,14 100,14 259,67 321, ,36 286,46 104,80 104,80 259,67 321, ,19 288,79 102,47 102,47 260,78 321, ,36 286,46 100,14 100,14 260,78 322, ,04 287,62 100,14 100,14 260,78 322, ,36 292,28 100,14 100,14 260,78 321, ,54 295,77 102,47 102,47 260,78 322, ,54 294,61 101,31 101,31 259,67 327, ,87 291,12 100,14 100,14 260,78 321, ,36 289,95 100,14 100,14 260,78 321, ,54 284,13 102,47 102,47 259,11 327, ,21 288,79 104,80 104,80 259,11 321, ,54 291,12 97,81 97,81 260,78 321, ,19 294,61 100,14 100,14 258,00 319, ,52 302,76 97,81 97,81 259,67 320, ,19 293,44 100,14 100,14 260,78 321, ,52 299,27 112,95 112,95 260,78 321, ,37 288,79 100,14 100,14 260,78 321, ,54 285,29 100,14 100,14 259,67 321, ,37 286,46 102,47 102,47 260,78 321, ,37 288,79 100,14 100,14 260,78 320, ,54 289,95 101,31 101,31 259,67 316, ,36 294,61 98,98 98,98 259,67 320, ,19 291,12 97,81 97,81 258,00 316, ,87 291,12 103,64 103,64 255,78 321,61 Tabel 5.4 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, suhu kondensor dan suhu evaporator untuk mesin dengan 12U Waktu No h (menit) 1 ( ) h 2 ( ) h 3 ( ) h 4 ( ) T evap (K) T kond (K) ,54 302,76 100,14 100,14 261,89 324,11

64 48 Tabel 5.4 Lanjutan No Waktu (menit) h 1 ( ) h 2 ( ) h 3 ( ) h 4 ( ) T evap (K) T kond (K) ,85 307,42 121,10 121,10 263,00 333, ,52 314,40 114,12 114,12 264,11 326, ,18 309,75 109,46 109,46 260,78 324, ,18 313,24 109,46 109,46 260,78 332, ,85 302,76 100,14 100,14 260,78 325, ,70 312,08 100,14 100,14 260,78 326, ,70 300,43 97,81 97,81 260,78 323, ,18 300,43 100,14 100,14 263,00 327, ,52 307,42 100,14 100,14 261,89 331, ,18 316,73 100,14 100,14 260,78 328, ,18 302,76 97,81 97,81 260,78 329, ,84 302,76 102,47 102,47 261,89 327, ,84 302,76 100,14 100,14 261,89 321, ,54 279,47 97,81 97,81 261,89 321, ,85 298,10 100,14 100,14 260,78 321, ,18 305,09 111,79 111,79 260,78 324, ,52 300,43 100,14 100,14 261,89 321, ,52 302,76 102,47 102,47 264,11 331, ,18 314,40 116,45 116,45 265,78 327, ,18 302,76 100,14 100,14 260,78 331, ,18 302,76 111,79 111,79 261,89 331, ,85 312,08 104,80 104,80 259,67 331, ,18 307,42 102,47 102,47 259,67 324, ,54 302,76 110,62 110,62 260,78 331, ,02 306,25 103,64 103,64 260,78 323, ,19 292,28 98,98 98,98 257,44 324, ,69 299,27 108,29 108,29 260,78 326, ,36 302,76 105,97 105,97 260,78 327, ,52 299,27 108,29 108,29 263,00 332, ,36 299,27 103,64 103,64 260,78 326, ,03 302,76 103,64 103,64 260,22 324,11

65 49 1) Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran. (W in ) Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang dihasilkan oleh mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.4). Pada saat t = 480 menit : W in = h 2 -h 1 = 291,12 kj/kg 246,87 kj/kg = 44,25 kj/kg Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 44,25 kj/kg. 2) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Q out ) Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor pada mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.5). Pada saat t = 480 menit : Q out = h 2 -h 3 = 291,12 kj/kg 103,64 kj/kg = 187,48 kj/kg Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 187,48 kj/kg. 3) Kalor yang diserap evaporator (Q in ) Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator pada mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.6). Pada saat t = 480 menit : Q in = h 1 -h 4 = 246,87 kj/kg 103,64 kj/kg = 143,23 kj/kg Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 143,23 kj/kg.

66 50 4) COP COP dipergunakan untuk menyatakan performance (unjuk kerja) dari mesin kulkas 2 pintu yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7). Pada saat t = 480 menit : COPaktual= = = = 3,24 COP ideal 5) Efisiensi Efisiensi adalah efektivitas dari kerja kompresor kulkas 2 pintu, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.8). Pada saat t = 480 menit : Efisiensi = Efisiensi = 0,75 6) Laju aliran massa refrigeran ( ) Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.9). Pada saat t = 480 menit : = = = 0,0039 kg/s Daya kompresor dibagi 1000 untuk mengonversi satuan watt ke dalam satuan kilowatt. Maka laju aliran massa mesin kulkas 2 pintu sebesar 0,0039 kg/s.

67 Hasil Perhitungan Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 15 menit sampai (t) 480 menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (W in ), kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Q out ), kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Q in ), COP aktual, COP ideal, efisiensi, laju aliran massa dari kulkas 2 pintu ditampilkan pada Tabel 5.5 dan 5.6. No Tabel 5.5 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U Waktu (menit) W in ( ) Q in ( ) Q out ( ) COP aktual COP ideal Efisiensi Daya Kompresor (kw) ,58 157,20 203,78 3,38 4,23 0,80 0,136 0, ,59 151,38 190,97 3,82 4,26 0,90 0,143 0, ,07 150,22 200,29 3,00 4,12 0,73 0,144 0, ,10 157,20 193,30 4,35 4,58 0,95 0,141 0, ,76 152,54 193,30 3,74 4,26 0,88 0,179 0, ,59 149,05 188,64 3,76 4,12 0,91 0,169 0, ,09 150,22 193,30 3,49 4,22 0,83 0,173 0, ,74 151,38 199,12 3,17 4,17 0,76 0,174 0, ,10 145,56 181,66 4,03 4,21 0,96 0,175 0, ,59 146,72 186,31 3,71 4,31 0,86 0,174 0, ,10 150,22 186,31 4,16 4,23 0,98 0,177 0, ,58 140,90 187,48 3,03 4,23 0,72 0,172 0, ,92 150,22 192,14 3,58 4,31 0,83 0,173 0, ,24 142,06 193,30 2,77 4,23 0,66 0,176 0, ,07 143,23 193,30 2,86 3,83 0,75 0,174 0, ,25 146,72 190,97 3,32 4,31 0,77 0,172 0, ,59 150,22 189,81 3,79 4,31 0,88 0,174 0, ,59 142,06 181,66 3,59 3,79 0,95 0,174 0, ,58 137,41 183,98 2,95 4,16 0,71 0,172 0, ,58 146,72 193,30 3,15 4,27 0,74 0,173 0, ,41 149,05 194,46 3,28 4,22 0,78 0,171 0, ,24 153,71 204,94 3,00 4,25 0,71 0,170 0, ,25 149,05 193,30 3,37 4,27 0,79 0,171 0, ,74 138,57 186,31 2,90 4,27 0,68 0,170 0,0036 ( )

68 52 Tabel 5.5 Lanjutan No Waktu (menit) W in ( ) Q in ( ) Q out ( ) COP aktual COP ideal Efisiensi Daya Kompresor (kw) ,41 143,23 188,64 3,15 4,27 0,74 0,173 0, ,76 144,39 185,15 3,54 4,17 0,85 0,173 0, ,09 140,90 183,98 3,27 4,31 0,76 0,172 0, ,41 143,23 188,64 3,15 4,35 0,73 0,171 0, ,41 143,23 188,64 3,15 4,58 0,69 0,166 0, ,25 151,38 195,63 3,42 4,25 0,81 0,170 0, ,92 151,38 193,30 3,61 4,42 0,82 0,169 0, ,25 143,23 187,48 3,24 3,89 0,83 0,172 0,0039 ( ) No Waktu (menit) Tabel 5.6 Hasil perhitungan Karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U W in ( ) Q in ( ) Q out ( ) COP aktual COP ideal Efisiensi Daya Kompresor (kw) ,22 144,39 202,62 2,48 4,21 0,59 0,19 0, ,57 132,75 186,31 2,48 3,73 0,66 0,19 0, ,88 137,41 200,29 2,19 4,24 0,51 0,19 0, ,57 146,72 200,29 2,74 4,12 0,67 0,18 0, ,06 146,72 203,78 2,57 3,64 0,71 0,19 0, ,91 153,71 202,62 3,14 4,05 0,78 0,19 0, ,37 145,56 211,93 2,19 3,98 0,55 0,19 0, ,73 147,89 202,62 2,70 4,19 0,64 0,19 0, ,25 156,04 200,29 3,53 4,08 0,86 0,18 0, ,89 151,38 207,27 2,71 3,74 0,72 0,19 0, ,55 156,04 216,59 2,58 3,85 0,67 0,18 0, ,58 158,37 204,94 3,40 3,79 0,90 0,18 0, ,92 158,37 200,29 3,78 4,11 0,92 0,18 0, ,92 160,70 202,62 3,83 4,36 0,88 0,18 0, ,93 146,72 181,66 4,20 4,38 0,96 0,18 0, ,25 153,71 197,96 3,47 4,31 0,81 0,18 0, ,91 144,39 193,30 2,95 4,12 0,72 0,18 0, ,91 151,38 200,29 3,10 4,41 0,70 0,18 0, ,24 149,05 200,29 2,91 3,90 0,75 0,18 0, ,22 139,74 197,96 2,40 4,31 0,56 0,18 0, ,58 156,04 202,62 3,35 3,67 0,91 0,18 0, ,58 144,39 190,97 3,10 3,74 0,83 0,18 0,0038 ( )

69 53 Tabel 5.6 Lanjutan No Waktu (menit) W in ( ) Q in ( ) Q out ( ) COP aktual COP ideal Efisiensi Daya Kompresor (kw) ,22 149,05 207,27 2,56 3,62 0,71 0,18 0, ,24 153,71 204,94 3,00 4,03 0,74 0,18 0, ,22 133,91 192,14 2,30 3,67 0,63 0,18 0, ,24 151,38 202,62 2,95 4,19 0,70 0,18 0, ,09 150,22 193,30 3,49 3,86 0,90 0,18 0, ,58 144,39 190,97 3,10 3,98 0,78 0,18 0, ,40 144,39 196,79 2,76 3,91 0,70 0,18 0, ,74 143,23 190,97 3,00 3,79 0,79 0,18 0, ,91 146,72 195,63 3,00 3,98 0,75 0,18 0, ,73 144,39 199,12 2,64 4,07 0,65 0,18 0,0033 ( ) 5.4 Pembahasan Mesin pendingin kulkas 2 pintu berhasil dibuat dan dapat berjalan secara normal saat uji coba. Tidak ada kebocoran pada setiap sambungan pipa maupun ditiap komponen. Evaporator dapat bekerja pada suhu -17,22 C, lebih rendah dari benda yang akan didinginkan. Kondensor dapat bekerja pada suhu 48,61 C, lebih tinggi dari suhu udara disekitar kondensor. Hasil data yang diperoleh juga dapat digambarkan pada diagram p-h. Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar W in, Q in, Q out, COP actual, COP ideal, efisiensi, laju aliran massa dari mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.1, Gambar 5.2, Gambar 5.3, Gambar 5.4, Gambar 5.5, Gambar 5.6, Gambar 5.7.

70 W in (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Kondensor 14U Kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.1 Hubungan kerja kompresor dengan waktu Dari Gambar 5.1 dapat diketahui bahwa W in rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 43,78, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 44,25. W in rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 51,2, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 54,73. Berdasarkan hasil penelitian ini menunjukkan penggunaan kondensor dengan 12U pada mesin kulkas 2 pintu menghasilkan nilai W in rata-rata yang lebih tinggi dari mesin yang mempergunakan kondensor 14U. Demikian juga nilai pada saat stabil, mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U juga lebih tinggi dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U. Karena jumlah refrigeran yang masuk ke dalam kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U lebih sedikit dari mesin kulkas 2 pintu dengan 12U sehingga kerja kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U tidak terlalu berat. Pada saat penelitian, casing kompresor panas. Suhu casing kompresor lebih tinggi dibandingkan saat tidak bekerja. Hal ini berarti, ada proses perpindahan energi dari dalam kompresor keluar (ke udara sekitar). Dengan kata lain proses isentropis di dalam kompresor tidak berlangsung secara isentropis adiabatis. Pada proses isentropis adiabatis, tidak terjadi perpindahan energi dari luar kedalam sistem ataupun dari sistem keluar lingkungan dari sistem.

71 Q in (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Kondensor 14U kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.2 Hubungan kalor yang diserap evaporator dengan waktu Dari Gambar 5.2 dapat diketahui bahwa Q in rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 147,27, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 143,23 Q in rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 148,21, sedangkan nilai saat stabil sebesar 144,39. Berdasarkan hasil penelitian ini menunjukan mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan kondensor 12U memiliki nilai rata-rata yang lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U. Jadi nilai Q in yang sedikit berubah-ubah bisa jadi disebabkan oleh tidak menentunya suhu udara di dalam ruang evaporator dan tidak meratanya suhu beban pendinginan. Seperti diketahui bahwa proses pendinginan dilakukan oleh udara yang bersirkulasi. Dengan tidak seragamnya suhu, akan berakibat besarnya kalor yang diserap evaporator berbeda, atau bisa jadi di evaporator terjadi pembekuan uap air menjadi es, sehingga udara dingin yang dihasilkan evaporator menjadi tidak optimal. Dari Gambar 5.3 dapat diketahui bahwa Q out rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 191,04, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 187,48. Q out rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 199,41, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 199,12.

72 Q out (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI kondensor 14U kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.3 Hubungan kalor yang dilepas kondensor dengan waktu Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan kondensor 12U memiliki nilai rata-rata Q out sebesar 199,41 dan kondensor 14U memiliki nilai rata-rata Q out sebesar 191,04, nilai pada saat stabilnya kondensor 12U memiliki nilai Q out sebesar 199,12, dan pada kondensor 14U sebesar 187,48 Kondisi kondensor diperngaruhi oleh kondisi aliran udara yang melewati kondensor. Jika kecepatan aliran udara yang ada di sekitar kondensor berubahubah, maka kondisi kerja kondensor juga berubah. Pada saat dilakukan penelitian mesin berada diluar ruangan, sehingga dimungkinkan kondisi udara yang mendinginkan kondensor berubah. Sebagai akibatnya nilai Q out juga berubah. Dari Gambar 5.4 dapat diketahui bahwa COP aktual rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 3,4 sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 3,24. COP aktual rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 2,96 sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 2,64. Berdasarkan hasil penelitian menunjukan mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U memiliki nilai rata-rata COP aktual lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U, nilai pada saat stabil juga lebih tinggi mesin kulkas 2 pintu dengan 14U dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan 12U.

73 57 COP aktual kondensor 14U kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.4 Hubungan COP aktual dengan waktu Kerja kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan menggunakan kondensor 14U lebih rendah dari kerja kompresor mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U. Dari kerja kompresor yang lebih rendah membuat COP aktual mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U lebih baik karena semakin tinggi nilai COP semakin baik pula performa mesin kulkas 2 pintu. Dari Gambar 5.5 dapat diketahui bahwa COP ideal rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 4,23, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 4,25. COP ideal rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 4, nilai pada saat stabil sebesar 4,07. Berdasarkan hasil penelitian menunjukan mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U memiliki nilai COP ideal rata-rata yang lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U, sedangkan nilai pada saat stabil juga lebih tinggi dengan mempergunakan kondensor 14U dari pada mempergunakan kondensor 12U.

74 laju aliran massa (kg/s) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 58 COP ideal kondensor 14U kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.5 Hubungan COP ideal dengan waktu kondensor 14U kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.6 Hubungan laju aliran massa dengan waktu Dari Gambar 5.6 dapat diketahui bahwa laju aliran massa rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 0,0039, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 0,0039. Laju aliran massa rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 0,0036, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 0,0033. Berdasarkan hasil penelitian menunjukan mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U memiliki nilai laju aliran massa rata-rata yang

75 efisiensi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 59 lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu yang menggunakan kondensor 12U, sedangkan nilai pada saat stabil juga lebih tinggi menggunakan kondensor 14U dari pada menggunakan kondensor 12U karena kerja kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U lebih besar dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U, membuat laju aliran massa mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U lebih tinggi dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondesor 12U kondensor 14U kondensor 12U waktu, t (menit) Gambar 5.7 Hubungan efisiensi dengan waktu Dari Gambar 5.7 dapat diketahui bahwa efisiensi rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U sebesar 0,8, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 0,83. Nilai efisiensi rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar 0,74, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 0,75. Berdasarkan hasil penelitian menunjukan mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U memiliki nilai efisiensi rata-rata yang lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U. Nilai pada saat stabil juga lebih tinggi mempergunakan kondensor 14U dari pada mempergunakan kondensor 12U karena COP aktual mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 14U lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U.

76 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Dari pengujian kulkas 2 pintu untuk mendinginkan air 500 ml dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Mesin pendingin kulkas 2 pintu berhasil dibuat, dengan menghasilkan suhu evaporator -17,22 C dan suhu kerja kondensornya 48,61 C. Siklus kompresi uap juga dapat digambarkan pada diagram P-h. 2. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (W in ) mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 54,73 kj/kg. (b) kondensor 14U sebesar 44,25 kj/kg. 3. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Q in ) mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 144,39 kj/kg. (b) kondensor 14U sebesar 143,23 kj/kg. 4. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Q out ) mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 199,12 kj/kg. (b) kondensor 14U sebesar 187,48 kj/kg. 5. COP aktual mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 2,64. (b) kondensor 14U sebesar 3, COP ideal mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 4,07. (b) kondensor 14U sebesar 4, Laju aliran massa rata-rata mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 0,0033 kg/detik (b) kondensor 14U sebesar 0,0039 kg/detik. 60

77 61 8. Efisiensi mesin kulkas 2 pintu dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 14U, pada saat stabil berturut-turut bernilai (a) kondensor 12U sebesar 0,75. (b) kondensor 14U sebesar 0, Saran Setelah melakukan pengambilan data ada beberapa kekurangan dan kelebihan yang perlu diperhatikan. Untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin ini, antara lain : 1. Mengambil data pada ruang tertutup agar suhu dan angin yang melewati kondensor tidak terlalu berubah-ubah. 2. Pengambilan data lebih di tekankan pada menit-menit awal hingga pertengahan karena terjadi perubahan yang spesifik di menit-menit awal dan pertengahan, menit akhir hanya digunakan untuk pembanding stabilnya. 3. Menggunakan beban pendinginan yang tidak mudah beku agar dapat dilihat perubahan suhunya contohnya refrigeran.

78 DAFTAR PUSTAKA Anwar., 2010, Efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin, Jurnal Teknik Mesin, 8, hal Handoyo dan Lukito., 2002, Analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin, Jurnal Teknik Mesin, 8, hal Wilis., 2013, Penggunaan refrigeran R-22 dan R-134a pada mesin pendingin, Jurnal Teknik Mesin, 8, hal

79 LAMPIRAN 63

80 64

81 65

82 66

83 67

84 68

85 69

86 70

87 71

88 72

89 73

90 74

91 75

92 76

93 77

94 78

95 79

96 80

97 81

98 82

99 83

100 84

101 85

102 86

103 87

104 88

105 89

106 90

107 91

108 92

109 93

110 94

111 95