PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 175 CM TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Diajukan Oleh: BONAVENTURA PRADITTO WIBISONO NIM : JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013 i

2 THE CHARACTERISTICS OF A FREEZER MACHINE WITH A 175 CM CAPILLARY PIPE FINAL PROJECT Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering Study Program By: BONAVENTURA PRADITTO WIBISONO Student Number : DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 vi

7 ABSTRAK Saat ini mesin pendingin sangat penting dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis khususnya Indonesia. Mesin pendingin dapat digunakan untuk pengkondisian udara ataupun mendinginkan bahan makanan dan minuman. Mengingat peran dan pentingnya mesin pendingin secara umum, maka diperlukan pengetahuan tentang pembuatan dan pengembangan mesin pendingin. Mesin pendingin yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan kompresor dan menggunakan listrik sebagai energi penggeraknya. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui karakteristik mesin freezer. Mesin pendingin freezer mempergunakan siklus kompresi uap. Panjang pipa kapiler yang dipergunakan 175 cm. Daya kompresor sebesar 115 W. Evaporator dan kondensor yang digunakan adalah komponen standar dari mesin freezer berdaya 115 W. Data data penelitian yang diambil pada penelitian meliputi suhu dan tekanan pada mesin pendingin. Penelitian memberikan hasil (a) Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik (b) Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran pada saat stabil 142 kj/kg (c) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 57 kj/kg (d) Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 197 kj/kg (e) COP aktual yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 2,58 (f) COP ideal yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 3,93 (g) Efisiensi yang dihasilkan pada saat stabil sebesar 68%. Kata Kunci : Kondensor, Evaporator, Pipa Kapiler, Kompresi uap, Mesin freezer, COP vii

8 ABSTRACT Cooler machine is really important in daily life nowadays, especially in Indonesia which has tropical climate. Cooler machine is also used for air conditioning or for food and drink cooler. Due to the importance of role of cooler machine generally, it is need to be known about the knowledge of making and development of cooler machine. Cooler machine that used for daily life uses compressor and electrical to drive the energy. The purpose of this writing is to explore the characteristics of freezer. Freezer uses vapor compression cycle. The length of capiler pipe is 175cm. The compressor power is 115W. The evaporator and condenser that is used is standard component of freezer which has power of 115W. Data of research which is taken are about the temperature and pressure of the cooler machine. The result of research is (a) The cooler machine is made and work successfully. (b) Heat absorbed by the refrigerant mass unity evaporator at steady is 142 kj/kg. (c) Refrigerant mass unity compressors at steady work for 57 kj/kg.(d) Heat released by the refrigerant mass unity condenser at steady is197 kj. (e) Actual COP result at steady in 2,58. (f) Ideal COP result at steady in 3,93. (g) Efficiency result at steady is 68%. Keys : Condenser, Evaporator, Capiler Pipe, Vapor compression, Freezer, COP viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur atas berkah dan rahmat Tuhan Yang Maha Sempurna, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Penulis merasa bahwa penelitian yang sedang dilakukan merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan langsung cara pembuatan dari awal, pengambilan data, pemahaman tentang prinsip kerja alat, dan solusi yang tepat terhadap masalah yang dihadapi. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Karakteristik Mesin Freezer Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 2. Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sekaligus sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir. 3. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik yang telah membimbing saya selama kuliah. 4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma. ix

10 5. Vincentius Budiman dan Cicilia Widyastuti, orang tua yang selalu memberi dorongan doa dan motivasi kepada penulis. 6. Stella Cynara Putri Anandara, A.md. yang selalu menemani dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 7. Teman-teman teknik mesin angkatan 2009 yang membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 8. Teman-teman kost Patria yang selama empat tahun ini menjadi keluarga selama saya berada di Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Terima kasih. Yogyakarta, Agustus 2013 Penulis x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi ABSTRAK... vii ABSTRACT... vii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GAMBAR... xv xi

12 BAB I. PENDAHULUAN l Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian... 4 BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Dasar Teori Tinjauan Pustaka BAB III. PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN l Pembuatan Alat Metodologi Penelitian Cara Mendapatkan Kesimpulan BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian xii

13 4.2 Perhitungan Pembahasan BAB V. PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Tekanan masuk kompresor ( P 1 ) dan tekanan keluar kompresor ( P 2 ) Tabel 4.2. Suhu masuk kompresor ( T 1 ) dan Suhu keluar kompresor ( T 2 ).. 31 Tabel 4.3. Suhu masuk kondensor ( T 2 ) dan Suhu keluar kondensor ( T 3 ) Tabel 4.4. Suhu masuk evaporator ( T 4 ) dan Suhu evaporator Tabel 4.5. Nilai entalpi Tabel 4.6. Energi yang dihisap evaporator persatuan massa Tabel 4.7. Kerja kompresor Tabel 4.8. Energi yang dilepas kondensor persatuan massa Tabel 4.9. COP aktual Tabel COP ideal Tabel Efisiensi xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Kompresor hermetic... 6 Gambar 2.2. Kondensor... 7 Gambar 2.3. Pipa kapiler... 7 Gambar 2.4. Evaporator... 8 Gambar 2.5. Perpindahan kalor konduksi... 9 Gambar 2.6. Perpindahan kalor konveksi Gambar 2.7. Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap standar Gambar 2.8. P-h diagram Gambar 2.9. T-s diagram Gambar 3.1. Kompresor Gambar 3.2. Kondensor Gambar 3.3. Pipa kapiler Gambar 3.4. Evaporator Gambar 3.5. Filter Gambar 3.6. Tube cutter Gambar 3.7. Tang ampere Gambar 3.8. Manifold gauge Gambar 3.9. Mesin freezer Gambar Posisi penempatan alat ukur xv

16 Gambar Contoh penggunaan P-h diagram Untuk mencari nilai entalpi Gambar 4.1. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit Gambar 4.2. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit Gambar 4.3. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dari t= 30 sampai t= 480 menit Gambar 4.4. Hubungan COP aktual dengan waktu Gambar 4.5. Hubungan COP ideal dengan waktu Gambar 4.6. Hubungan Efisiensi dengan waktu xvi

17 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam kehidupan manusia sekarang ini peranan mesin pendingin sangat penting. Keinginan manusia untuk mengawetkan makanan lalu berkembang untuk kebutuhan yang lainnya. Sekarang ini mesin pendingin dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan kebutuhan industri. Secara umum mesin pendingin menggunakan sistem kompresi uap. Untuk rumah tangga kebutuhan mesin pendingin umumnya digunakan untuk pengawet makanan dan penyejuk ruangan, dalam kebutuhan perkantoran mesin pendingin digunakan untuk penyejuk ruangan agar orang yang bekerja dapat merasa nyaman didalam ruangan tersebut. Dunia tranportasi pun menggunakan mesin pendingin yang merupakan penyejuk ruangan dikendaraan pribadi maupun kendaraan umum. Kebutuhan lain mesin pendingin pada industri, seperti membekukan ice cream dalam jumlah banyak. Proses pendinginan pada mesin pendingin, umunya menggunakan system kompresi uap. Fluida yang digunakan merupakan refrigeran yang mudah diubah bentuk dari cair menjadi gas yang berfungsi mengambil panas dari evaporator dan membuangnya pada kondensor. Di pasaran banyak sekali jenis refrigeran. Pada pertama kali sistem pendingin ditemukan, refrigeran yang digunakan berbasis cholroflourocarbon (CFC) yang dikenal dengan refrigeran R-12. Namun seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, para peneliti akhirnya menemukan bahwa 1

18 2 refrigeran jenis tersebut adalah refrigeran yang mempunyai efek buruk terhadap lingkungan, dimana refrigeran jenis ini mempunyai ODP (Ozon Depleting Potential) yang tinggi yang menyebabkan lapisan ozon yang semakin menipis dikarenakan bahan CFC tersebut mengandung sifat stabil, tidak mudah terbakar, tidak beracun, dan compatible. Dengan adanya efek buruk dari penggunaan refrigeran R-12, maka muncul inisiatif untuk mengganti refrigeran yang ada pada perangkat pendinginan udara tersebut dengan refrigeran yang lebih ramah lingkungan seperti refrigeran R-134a Perumusan Masalah Mengingat pentingnya mesin pendingin dan banyaknya pemakaian mesin pendingin, penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin pendingin. Inilah yang mendorong penulis melakukan penelitian tentang mesin pendingin. Dalam penelitian ini, akan dicari karakteristik mesin pendingin siklus kompresi uap. Mesin pendingin yang akan ditinjau adalah mesin freezer dengan daya 1/6 PK dan menggunakan panjang pipa kapiler 175cm. Mesin pendingin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan mesin pendingin freezer hasil buatan sendiri Tujuan Penelitian Tujuan penelitian di dalam penelitian ini adalah : a. Membuat freezer siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk membekukan air.

19 3 b. Mendapatkan karakteristik freezer yang dibuat : 1) Mendapatkan besarnya energi kalor yang dihisap evaporator dari waktu ke waktu. 2) Mendapatkan besarnya energi kalor yang dilepas kondensor dari waktu ke waktu. 3) Mendapatkan besarnya kerja kompresor dari waktu ke waktu. 4) Mendapatkan nilai COP aktual mesin freezer dari waktu ke waktu. 5) Mendapatkan nilai COP ideal mesin freezer dari waktu ke waktu. 6) Mengetahui efisiensi mesin pendingin dari waktu ke waktu Batasan Masalah Batasan masalah yang di ambil dalam penelitian ini adalah : a. Freezer yang dirancang menggunakan kompresor dengan daya 1/6 PK. b. Freezer yang dirancang menggunakan panjang pipa kapiler 175 cm, diameter standar 2,8 mm. c. Refrigeran yang dipergunakan dalam freezer : R134a. d. Evaporator yang dipergunakan merupakan evaporator jenis plat. e. Kompresor yang dipergunakan dalam penelitian adalah jenis kompresor hermetik.

20 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : a. Mempunyai pengalaman dalam pembuatan freezer dengan siklus kompresi uap ukuran rumah tangga. b. Mampu memahami karakteristik freezer dengan siklus kompresi uap. c. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai sumber referensi bagi para peneliti lain.

21 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Dasar Teori Freezer Freezer bekerja dengan mengambil panas dari kompartemen. Panas yang terus menerus diambil akan menurunkan suhu dan membuat makanan menjadi beku. Freezer menggunakan zat yang disebut refrigeran untuk mengambil panas. Refrigeran yang paling umum digunakan adalah freon. Namun sekarang secara bertahap freon telah digantikan dengan bahan lain yang lebih ramah terhadap lingkungan. Komponen penting lain dari freezer adalah kompresor dan katup ekspansi/pipa kapiler. Komponen-komponen ini bersama dengan termostat dan kumparan membuat sebuah freezer bisa mendinginkan makanan sehingga awet disimpan dalam jangka lama. freezer bekerja dengan membuang panas dari dalam kompartemen. Proses diawali dengan refrigeran dalam bentuk gas masuk ke kompresor sehingga refrigeran menjadi sangat panas. Gas panas bergerak melalui kumparan dan mulai didinginkan. Hal ini menyebabkan gas berubah menjadi cair. Gas dipaksa menuju katup ekspansi dalam bentuk cair. Katup ekspansi memiliki bukaan yang sangat kecil yang ketika refrigeran melalui bukaan itu akan berubah menjadi kabut yang sangat dingin.saat melewati kumparan bawah freezer, kabut refrigeran mulai menguap dan berubah kembali menjadi gas. Suhu kabut bisa mencapai sekitar -27 derajat dan mengambil panas dari kompartemen freezer. Sebagai akibatnya suhu refrigeran akan mulai naik lagi karena membawa keluar 5

22 6 panas. Refrigeran kemudian dikirim kembali ke kompresor untuk memulai proses lagi dari awal Komponen utama Freezer. a. Kompresor Kompresor adalah suatu alat mekanis yang bertugas untuk menghisap uap refrigeran dari evaporator. Kemudian menekannya (mengkompres) dan dengan demikian suhu ditekanan uap tersebut menjadi lebih tinggi. Gambar 2.1 Kompresor hermetik b. Kondensor Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk membuang kalor ke lingkungan, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk kondensor refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondensor refrigeran berupa uap jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti sebelum masuk kondensor.

23 7 Gambar 2.2 Kondensor c. Pipa Kapiler Pipa kapiler merupakan komponen utama yang berfungsi menurunkan tekanan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran menuju evaporator. Pipa kapiler ini adalah pipa yang paling kecil jika di banding dengan pipa lainnya, untuk pipa kapiler suatu frezzer atau dispenser berukuran 0,26" s/d 0,31". Kerusakan pada pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena pipa kapiler ini mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli. Gambar 2.3 Pipa kapiler

24 8 d. Evaporator Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Gambar 2.4 Evaporator Perpindahan Panas a. Perpindahan kalor konduksi Laju perpindahan kalor secara konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah di dalam satu medium yang diam (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung

25 9 Gambar 2.5 Perpindahan kalor konduksi Persamaan laju perpindahan kalor konduksi :..(2.1) q k : Laju perpindahan kalor konduksi, ( W ) k A : Konduktivitas termal, (W/m ⁰C) : Luas permukaan benda yang tegak lurus dengan arah perpindahan kalor (m 2 ) T 1 : Suhu permukaan dinding 1, (⁰C ) T 2 : Suhu permukaan dinding 2, (⁰C ) ΔX : Tebal benda (m)

26 10 b. Perpindahan kalor konveksi Merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. Gambar 2.6 Perpindahan kalor konveksi Persamaan perpindahan kalor konveksi : q c = h A ( T s - T ).(2.2) q c : Perpindahan kalor secara konveksi, ( W ) A : Luas yang bersentuhan dengan fluida, (m 2 ) T s : Suhu permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, (⁰C) T : Suhu fluida yang mengalir di atas benda, (⁰C) h : Koefisien perpindahan panas konveksi, (W/m 2 ⁰C) Laju perpindahan panas kalor konveksi dapat berlangsung dalam 2 cara, yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa :

27 11 Konveksi bebas Perpindahan kalor konveksi bebas terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir tanpa adanya bantuan peralataaan dari luar. Fluida mengalir karena ada perbedaan massa jenis, pada umumnya perbedaan massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu. Konveksi paksa Perpindahan kalor konveksi paksa terjadi ketika fluida yang mengalir pada proses perpindahan kalor mengalir dengan adanya alat bantu yang memaksa fluida untuk mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa, blower, kipas angin, atau kompresor Refrigeran Refrigeran adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran mengalami perubahan temperatur bila menyerap kalor dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan phasa. Anti beku yang banyak digunakan adalah larutan air dan glikol etalin, glikol propelin, ataupun kalsium kloida. Salah satu sifat larutan anti beku yang penting adalah titik pembekuannya Beban Pendinginan dan Proses Perubahan fase a. Beban Pendinginan Besarnya kalor total yang dihisap evaporator dari lingkungannya ketika mesin pendingin bekerja merupakan besar beban pendingin. Beban pendinginan dibedakan atas beban laten dan beban sensibel.

28 12 1) Beban Laten : Besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari perubahan phase media yang didinginkan (proses pembekuan). Persamaan yang dipergunakan : Q laten = m. C...(2.3) Pada persamaan (2.3) : m C : massa zat. : kalor laten zat. 2) Beban Sensibel : Besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari penurunan suhu media yang didinginkan. Q sensibel = m. c. ΔT = m. c. (T awal T suhu yang dituju )......(2.4) Pada persamaan (2.4) : m c : massa zat, Kg : kalor jenis zat, b. Proses Perubahan fase 1) Proses Pengembunan (kondensasi) Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi (yaitu, tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi.

29 13 2) Proses penguapan (evaporasi) Penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan cair (contohnya : air) dengan spontan menjadi gas (contohnya : uap air). Proses ini adalah kebalikan dari kondensasi. Umumnya penguapan dapat dilihat dari lenyapnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar pada gas dengan volume signifikan Siklus kompresi uap standar a. Komponen utama mesin pendingin Komponen utama mesin pendingin dengan sistem kompresi uap terdiri dari : evaporator, kompresor, kondenser dan pipa kapiler. Skematik mesin pendingin serperti terlihat pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap standar Keterangan : a. Evaporator b. Kompresor c. Kondenser d. Filter e. Pipa kapiler

30 14 b. Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 2.7 dan dapat dibagi menjadi tahapan-tahapan berikut: 1 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan. Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan, sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi.

31 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju evaporator Perhitungan untuk karakteristik mesin pendingin a. Gambar siklus kompresi uap pada diagram P-h dan T-s. Gambar 2.8 P-h diagram Gambar 2.9 T-s diagram

32 16 b. Kerja kompresor persatuan massa. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar mesin pendingin dapat bekerja dapat dihitung dengan persamaan : W komp = h 2 -h 1, kj/kg...(2.5) W komp : kerja yang dilakukan kompresor, kj/kg h 2 h 1 : nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, kj/kg : nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, kj/kg c. Energi kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas oleh kondensor. Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan : Q kond = h 2 -h 3, kj/kg (2.6) h 2 h 3 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, kj/kg : nilai entalpi refrigeran keluar dari kondensor, kj/kg d. Kalor yang diserap evaporator per satuan massa Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan : Q evap = h 1 -h 4 = h 1 -h 3, kj/kg (2.7) h 1 h 4 : nilai entalpi refrigeran keluar evaporator, kj/kg : nilai entalpi refrigeran keluar dari pipa kapiler, kj/kg

33 17 e. COP aktual mesin pendingin COP aktual mesin pendingin adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP mesin pendingin dapat dihitung dengan persamaan : COP aktual = Q evap / W komp = (h 1 -h 4 )/(h 2 -h 1 ) (2.8) Nilai COP aktual lebih besar dari 1. Semakin tinggi nilai COP aktual semakin baik, tetapi nilai COP aktual tidak dapat melebihi nilai COP ideal. f. COP ideal mesin pendingin COP ideal mesin pendingin adalah COP maksimum yang dapat dicapai oleh mesin pendingin yang bekerja pada temperatur kerja evaporator sebesar te dan temperatur kerja kondensor sebesar tc. Besarnya COP ideal dapat dihitung dengan persamaan : COP ideal = (273,15 + te) / (tc te)) (2.9) te tc : suhu evaporator, o C : suhu kondensor, o C g. Efisiensi mesin pendingin Efisiensi = COP actual / COP ideal, % (2.10) Isolator Isolator adalah bahan yang dipergunakan untuk mencegah keluarnya kalor dari pipa kapiler menuju evaporator. Sifat dari isolator adalah mempunyai nilai konduktivitas termal yang rendah. Ada isolator yang tahan terhadap suhu dingin dan ada isolator yang tahan terhadap suhu panas. Pada persoalan ini dipilih

34 18 isolator yang tahan terhadap suhu dingin : gabus. Tentukan sifat sifta gabus : massa jenis, kalor jenis, dan nilai konduktivitas termal bahan Tinjauan Pustaka Galuh Renggani Willis melakukan penelitian dengan variasi refrigeran. Refrigeran yang digunakan adalah R22 dan R134a. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui perbandingan antara kedua refrigerant ini mana yang lebih baik. Hasil penelitian berupa nilai koefisien prestasi (COP) dan efek refrigerasi. Diperoleh kesimpulan bahwa prestasi kerja R22 lebih lebih baik dari R134a. Tetapi telah diketahui bahwa dari segi ramah lingkungan R134a jauh lebih ramah lingkungan dari R22. Soegeng Witjahjo dari Politeknik Negeri Sriwijaya pada tahun 2009 melakukan penelitian terhadap penggunaan LPG (liquefied petroleum gas) sebagai fluida kerja pada sistem kompresi uap. Penelitian ini dilakukan mengingat LPG memiliki sifat termodinamika yang mendekati sifat termodinamika R12. Kesimpulan dari penelitian ini adalah LPG dapat digunakan sebagai refrigerant pengganti R12 dengan beban pendinginan sedang. Risza Helmi dari Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma 2008 melakukan penelitian terhadap perbandingan COP pada refrigerator dengan refrigerant R12 dan R134a variasi panjang pipa kapiler : 1,75 m, 2 m, 2,25 m. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui COP yang terbaik dari penggunaan kedua refrigerant R12 dan R134a. Diperoleh hasil penelitian nilai COP tertinggi

35 19 adalah 4,06 dihasilkan dengan mempergunakan refrigerant R134a. Suhu terendah yang dihasilkan sebesar -16⁰C.

36 BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Pembuatan Alat Komponen mesin freezer Komponen mesin pendingin yang digunakan dalam penelitian ini adalah : kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator a. Kompresor : Spesifikasi kompresor yang digunakan adalah sebagai berikut : Gambar 3.1 Kompresor Jenis kompresor Seri kompresor Voltase Arus Daya kompresor : Hermetic Refrigeration : Model BES45H : 220 V : 0,88 A : 1/6 PK 20

37 21 b. Kondensor : Spesifikasi kondensor yang digunakan adalah sebagai berikut : Gambar 3.2 Kondensor Panjang pipa Diameter pipa Bahan pipa Bahan sirip Diameter sirip Jarak antar sirip Jumlah sirip : 900 cm : 0,47 cm : Baja : Baja : 0,2 cm : 0,45 cm : 110 buah

38 22 c. Pipa kapiler : Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan adalah sebagai berikut : Gambar 3.3 Pipa Kapiler Panjang pipa kapiler Diameter pipa kapiler Bahan pipa kapiler : 175 cm : 0,00028 m : Tembaga

39 23 d. Evaporator : Evaporator yang dipergunakan adalah produksi dari pabrik yang diambil dari freezer dengan daya 1/6 PK. Fungsi evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah refrigeran dari bentuk cair menjadi uap. Gambar 3.4 Evaporator Bahan evaporator : Alumunium e. Filter : Filter dipergunakan untuk menyaring kotoran kotoran refrigeran agar ketika refrigeran melewati pipa kapiler, refrigeran dapat mengalir dengan baik. Filter dipasang pada posisi sebelum pipa kapiler. Gambar filter disajikan pada Gambar 3.5.

40 24 Gambar 3.5 Filter Peralatan Pendukung Pembuatan Mesin Pendingin a. Tube cutter Tube cutter berfungsi memotong Pipa tembaga yang akan digunakan untuk sistem pendinginan Gambar 3.6 Tube cutter

41 25 b. Tang ampere Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik ada berbagai macam alat yang digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakan yaitu menggunakan tang ampere karena kita tidak perlu melakukan pengkabelan dan fleksibel bisa di gunakan dimana saja. Gambar 3.7 Tang ampere c. Manifold gauge Manifold gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian refrigeran maupun pada saat beroperasi. Pada saat pengisian refrigeran, penghentian pengisian refrigeran berdasarkan pada nilai tekanan yang ditujukan manifold gauge, umumnya dihentikan pada manifold gauge nilai tekanan Psia (tekanan pada evaporator).

42 26 Gambar 3.8 Manifold Gauge Pembuatan Mesin Pendingin dan pemasangan alat ukur. Langkah langkah dalam membuat mesin pendingin sebagai berikut : a. Mempersiapkan komponen komponen mesin pendingin dan alat ukur tekanan. b. Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan mesin pendingin. c. Proses penyambungan komponen komponen mesin pendingin beserta dengan alat ukur tekanan. d. Proses pengisian refrigeran e. Proses pemvakuman mesin pendingin. f. Proses pengisian refrigeran pada mesin pendingin. g. Pemasangan alat ukur suhu/termokopel. h. Proses uji coba.

43 Metodologi Penelitian Benda Uji dan Beban pendinginan Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini merupakan mesin freezer siklus kompresi uap hasil buatan sendiri dengan menggunakan komponen standart dari mesin freezer yang terdapat dipasaran. Panjang pipa kapiler yang dipergunakan sepanjang 175 cm. Gambar 3.9 Mesin freezer Beban pendinginan Beban pendinginan pada percobaan yang dilakukan menggunakan air. Volume air sebesar 0,5 liter, kondisi awal air mempunyai suhu 27,2 ⁰C.

44 Cara pengambilan data a. Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel ditempatkan pada posisi yang diinginkan. Gambar 3.10 Posisi penempatan alat ukur b. Data tekanan diperoleh dari diagram P-h, berdasarkan suhu yang diperoleh Cara Pengolahan data. a. Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi yang diperoleh dari grafik P-h diagram.

45 29 Gambar 3.11 Contoh penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi b. Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk menghitung besarnya kerja kondensor, kerja evaporator, kerja kompresor dan COP mesin pendingin Cara Mendapatkan Kesimpulan Kesimpulan didapatkan dari hasil penelitian yang didasarkan data-data hasil penelitian dan dari pembahasan yang telah dilakukan dengan cermat, maka suatu kesimpulan yang tepat akan didapatkan dengan mudah.

46 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor Hasil penelitian untuk nilai tekanan masuk kompresor dan tekanan keluar kompresor disajikan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Tekanan masuk kompresor (P 1 ) dan tekanan keluar kompresor (P 2 ) Catatan : No Waktu (Menit) P 1 P 2 bar ,14 11, ,14 11, ,14 11, , ,14 11, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12, ,14 12,03 1 bar = 0.99 atm 1 bar = 100 kpa 1 bar = 750,06 mm Hg 30

47 31 b. Nilai suhu masuk dan keluar kompresor Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk dan suhu keluar kompresor disajikan pada Tabel 4.2 Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T 1 ) dan suhu keluar kompresor (T 2 ) No Waktu (menit) T 1 T 2 ⁰C ,3 59, ,4 66, ,2 71, ,6 71, ,2 73, , ,8 74, ,9 74, ,9 74, ,1 74, ,1 75, , ,8 74, ,5 74, ,2 74, ,8 74,8 c. Nilai suhu masuk kondensor dan keluar kondensor Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor disajikan pada Tabel 4.3.

48 32 Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor (T 2 ) dan suhu keluar kondensor (T 3 ) No Waktu (menit) T 2 T 3 ⁰C ,4 40, ,8 39, ,5 38, ,2 38, ,5 40, ,8 40, ,3 41, ,9 41, ,9 40, ,5 39, , ,9 40, ,3 40, , , ,8 41,2 d. Nilai suhu masuk evaporator dan suhu evaporator Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor disajikan pada Tabel 4.4.

49 33 Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator (T 4 ) dan suhu evaporator No Waktu (menit) T 4 Tevaporator ⁰C ,2-20, ,1-20, ,2-21, ,2-21, ,4-21, ,3-20, ,6-20, ,7-20, ,4-20, ,7-20, ,5-20, ,7-20, ,5-20, ,4-20, ,7-20, ,9-20,3 e. Nilai entalpi Hasil penelitian untuk nilai entalpi disajikan pada Tabel 4.5.

50 34 Tabel 4.5 Nilai entalpi No Waktu (menit) Entalpi ( kj/kg ) h 1 h 2 h 3 h ,5 439,5 258,5 258, Perhitungan a. Energi kalor yang dihisap evaporator persatuan massa. Perhitungan energi kalor yang diserap evaporator dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.7) yaitu : Q evap = ( h 1 h 4 ), kj/kg. Hasil perhitungan Qevap disajikan pada Tabel 4.6.

51 35 Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa No Waktu h 1 h 4 Q evap (menit) kj/kg (kj/kg) b. Kerja kompresor. Perhitungan kerja kompresor dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.5) yaitu : W komp = ( h 2 h 1 ), kj/kg. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.7.

52 36 Tabel 4.7 Kerja kompresor No Waktu h 2 h 1 W komp (menit) kj/kg ( kj/kg ) ,5 400, c. Kalor yang dilepas kondensor persatuan satuan massa. Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6) yaitu : Q kond = (h 2 h 3 ), kj/kg. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.8.

53 37 Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa No Waktu h 2 h 3 Q kond (menit) kj/kg (kj/kg) ,5 258, d. Koefisien prestasi (COP aktual) Perhitungan koefisien prestasi (COP) dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.8) yaitu : COP aktual = Q evap / W komp.

54 38 Tabel 4.9 COP aktual No Waktu Q evap W komp COP (menit) kj/kg aktual , , , , , , , , , , , , , , , ,58 e. Koefisien prestasi (COP ideal) Perhitungan koefisien prestasi (COP ideal) dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.9) yaitu : COP ideal = (273,15 + te) / (tc te)).

55 39 Tabel 4.10 COP ideal No Waktu COP Tkondensor Tevaporator (menit) Ideal f. Efisiensi Perhitungan efisiensi dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.10), yaitu : Efisiensi = COP aktual /COP ideal

56 40 Tabel 4.11 Efisiensi No Waktu COP COP Efisiensi (menit) aktual Ideal (%) % % % % % % % % % % % % % % % % Pembahasan Penelitian dilakukan selama 480 menit dan selama proses pengujian setiap selang 30 menit data penelitian dicatat. Pencatatan data meliputi tekanan kompresor, suhu keluar evaporator, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor, suhu masuk evaporator, suhu kondensor, dan suhu evaporator. Hasil pengujian untuk energi kalor yang diserap evaporator dari waktu ke waktu disajikan pada Gambar 4.1. Dari Gambar 4.1 nampak bahwa pada menit menit awal ( kurang dari 250 menit ) energi kalor yang diserap evaporator tidak tetap. Besarnya energi yang diserap evaporator cenderung turun sampai 240 menit, mengalami kenaikan sampai menit ke 300. Besarnya nilai energi kalor yang diserap evaporator cenderung tetap atau stabil pada t= 390 dengan nilai 142 kj/kg.

57 41 Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran dari t= 30 menit sampai t= 480 menit Hasil penelitian untuk kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari waktu t= 30 menit sampai t= 480 menit disajikan pada Gambar 4.2. Dari Gambar 4.2, pada awal mula nampak bahwa kerja kompresor dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu nilai kerja kompresor persatuan massa refrijeran stabil pada harga tertentu. Pada penelitian ini kerja kompresor persatuan massa refrijeran mulai stabil pada waktu sekitar t= 120 menit, dengan harga W komp sebesar 57 kj/kg. Jika nilai Wkomp dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan Wkomp = t t t 3-0,005t 2 + 0,694t + 21,59 dan R² = 0,915 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).

58 42 Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t= 30 menit sampai t= 480 menit Hasil penelitian untuk energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran dari waktu t= 30 menit sampai t= 480 menit disajikan pada Gambar 4.3. Dari Gambar 4.3, pada awal mula nampak bahwa energi kalor yang dilepas kondensor dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu nilai kalor yang dilepas evaporator stabil pada harga tertentu. Pada penelitian ini nilai kalor yang diserap evaporator mulai stabil pada waktu sekitar t= 330 menit, dengan harga Q kond sebesar 197 kj/kg. Kemungkinan proses kenaikan Q kond pada awal mula disebabkan oleh karena kondensor mendapat pengaruh suhu dari kompresor, dan pada saat itu juga beban pendinginan mengalami proses pendinginan secara bersamaan dengan suhu kerja evaporator.

59 43 Jika nilai Q kond dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan Q kond = t t t t 3-0,015t 2 + 1,39t + 151,4 dan R² = 0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ). Gambar 4.3 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran dari t= 30 menit sampai t= 480 menit Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan koefisien prestasi atau COP aktual. Dapat dilihat pada Gambar 4.4 bahwa COP aktual yang dihasilkan cenderung menurun dan mengalami stabil pada menit ke 120, dengan nilai COP sebesar 2,58. Jika nilai COP aktual dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan COP = t t t 3 +0,000t 2-0,046t+4,958 dan R² = 0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).

60 44 Gambar 4.4 Hubungan COP aktual dengan waktu Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan koefisien prestasi atau COP ideal. Dapat dilihat pada Gambar 4.5 bahwa COP ideal yang dihasilkan cenderung menurun dan mengalami stabil pada menit ke 420, dengan nilai COP ideal sebesar 3,93. Jika nilai COP ideal dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan COP ideal = t t t 2-0,010t + 4,573 dan R² = 0,930 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).

61 45 Gambar 4.5 Hubungan COP ideal dengan waktu Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan efisiensi. Dapat dilihat pada Gambar 4.6 bahwa efisiensi yang dihasilkan cenderung menurun dan mengalami stabil pada menit ke 270, dengan nilai efisiensi sebesar 68%. Jika efisiensi dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan Efisiensi = t t t t 2-0,009t + 1,114 dan R² = 0,931 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ).

62 46 Gambar 4.6 Hubungan Efisiensi dengan waktu

63 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan a. Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan baik. b. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 142 kj/kg. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigerant dari t= 30 menit sampai t= 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Q evap = t 3 + 0,000t 2-0,094t + 152,8 dan R² = 0,697 ( berlaku untuk t= 30 sampai t= 480 menit ). c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 57 kj/kg. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t = 30 menit sampai t = 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan W komp = t t t 3-0,005t 2 + 0,694t + 21,59 dan R² = 0,915 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ). d. Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran pada saat stabil sebesar 197 kj/kg. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant dari t= 30 sampai t= 480 menit dapat dinyatakan dengan persamaan Qkond = t t t t 3-0,015t 2 + 1,39t + 151,4 dan R² = 0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ). 47

64 48 e. COP aktual pada saat stabil sebesar 2,58 dapat dinyatakan dengan persamaan COP aktual = t t t 3 + 0,000t 2-0,046t + 4,958 dan R² = 0,954 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ). f. COP ideal pada saat stabil sebesar 3,93 dapat dinyatakan dengan persamaan COP ideal = t t t 2-0,010t + 4,573 dan R² = 0,930 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ). g. Efisiensi pada saat stabil sebesar 68 % dapat dinyatakan dengan persamaan Efisiensi = t t t t 2-0,009t + 1,114 dan R² = 0,931 ( berlaku untuk t= 30 menit sampai t= 480 menit ) Saran a. Pembuatan mesin pendingin dapat dikembangkan untuk mesin - mesin pendingin yang lain yang mempunyai kapasitas berbeda. b. Pembuatan mesin pendingin dapat dikembangkan untuk mesin-mesin pendingin dengan fungsi yang lain : ice maker, cold storage, water chiller, dan lain-lain.

65 DAFTAR PUSTAKA Stoecker, W. F., 1989, Refrigeran dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta. Frank Kreith Principle of Heat Transfer (Prinsip Prinsip Perpindahan Panas). Erlangga. Jakarta. Holman, J. P., 1994, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta. diakses pada tanggal 31 mei diakses pada tanggal 31 mei diakses pada tanggal 03 Juni diakses pada tanggal 03 Juni

66 LAMPIRAN Grafik P-h diagram untuk menentukan nilai entalpi pada tiap titik yang telah ditentukan. 1. Menit ke 30 50

67 51 2. Menit ke Menit ke 90

68 52 4. Menit ke Menit ke 150

69 53 6. Menit ke Menit ke 210

70 54 8. Menit ke Menit ke 270

71 Menit ke Menit ke 330

72 Menit ke Menit ke 390

73 Menit ke Menit ke 450

74 Menit ke 480