KARAKTERISTIK MESIN KULKAS DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 175 CM TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Diajukan Oleh: ALBERTUS WINDYA INDRIYANTO NIM : 095214044 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013 i
THE CHARACTERISTICS OF A REFRIGERATOR MACHINE WITH A 175 CM CAPILLARY PIPE FINAL PROJECT Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By: ALBERTUS WINDYA INDRIYANTO NIM :095214044 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013 ii
iii
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar sarjana di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka. Yogyakarta, 21 November 2013 Penulis Albertus Windya Indriyanto v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : ALBERTUS WINDYA INDRIYANTO Nomor Mahasiswa : 095214044 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul : Karakteristik Mesin Kulkas Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm 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 selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 21 November 2013 Yang menyatakan Albertus Windya Indriyanto vi
ABSTRAK Saat ini kulkas sangat berperan dalam kehidupan masyarakat. Kulkas dipergunakan orang untuk mengawetkan sayur mayur, daging, minuman, buah buahan, telur, dll dengan cara mendinginkannya. Selain itu, kulkas juga dapat dipergunakan untuk membekukan daging dan membuat es. Diharapkan dengan adanya kulkas sayur mayur, daging, telur, buah buahan akan lebih awet atau tidak mudah membusuk. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) membuat kulkas (b) mengetahui kerja kompresor kulkas persatuan massa refrigeran (c) mengetahui energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (d) mengetahui energi kalor yang dilepas kondensor kulkas persatuan massa refrigeran (e) mengetahui COP. Kulkas yang digunakan dalam penelitian merupakan kulkas dengan siklus kompresi uap standar dan dengan panjang pipa kapiler 175cm. Kompresor yang digunakan merupakan kompresor hermetik dengan daya ¼ PK. Data-data yang hasil penelitian adalah data suhu dan tekanan. Nilai-nilai entalpi diambil dari P-h diagram berdasarkan dari data suhu dan tekanan. Untuk perhitungan kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator, kalor yang dilepas kondensor dan COP didasarkan dari nilai-nilai entalpi yang telah diperoleh. Penelitian memberikan hasil (a) kulkas telah dibuat dan dapat bekerja dengan baik serta mampu mendinginkan air sebanyak 1,5 liter dalam waktu 485 menit (b) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran saat mulai stabil sebesar W in = 52 kj/kg pada t =105 menit (c) Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran saat mulai stabil sebesarq in = 126 kj/kg pada t = 145 menit (d) Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran saat mulai stabil sebesar Q out = 177 kj/kg pada saat t= 85 menit (e) Koefisien prestasi (COP)kulkasadalah 2,40 pada waktu t= 105 menit. Kata kunci: kulkas, pipa kapiler, suhu, tekanan, entalpi, COP. vii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih penyertaan-nya, sehingga penulisan Tugas Akhir berjudul Karakreristik Mesin Kulkas Dengan Panjang Pipa Kapiler 175 cm ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat meraih gelar sarjana teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin 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 selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma. 4. Ag.Rony Windaryawan yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas laboratorium untuk keperluan penelitian ini. 5. AG Mulyadi, Yohana Sri Sundari, Robertus Setyo Rintoko, Norbertus Yunendra Isti Wusana, terimakasih atas pengorbanan, doa, dan kesabarannya selama ini. viii
6. Dewi Pramukti yang telah memberikan dorongan, doa dan motivasi untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. AG Dwi, Nugroho, Rio cembing, Ferry yang telah membantu dalam peyelesaian Tugas Akhir ini. 8. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2009. 9. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun sebagai upaya penyempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi mahasiswa teknik mesin dan semua pembaca. Yogyakarta, 21 November 2013 Penulis ix
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 KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 3 1.3. Tujuan... 3 1.4. Batasan Masalah... 3 1.5. Manfaat... 4 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.2. Dasar Teori... 5 2.1.1 Kulkas... 5 x
2.1.2. Contoh Kulkas dan Spesifikasinya... 6 2.1.3. Komponen Utama Kulkas... 10 2.1.4. Perpindahan Kalor... 15 2.1.5. Refrigeran... 17 2.1.6. Beban Pendinginan dan Proses Perubahan Fase... 18 2.1.7. Siklus Kompresi Uap Standar... 20 2.1.8. Perhitungan Untuk Karakteristik Kulkas... 22 2.1.9. Isolator... 25 2.2. Tinjauan Pustaka... 26 BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN... 28 3.1. Pembuatan Alat... 28 3.1.1. Komponen Kulkas... 28 3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas... 31 3.1.3. Pembuatan Alat dan Pemasangan Alat Ukur... 34 3.2. Metodologi Penelitian... 34 3.2.1. Benda Uji dan Beban Pendinginan... 34 3.2.2. Beban Pendinginan... 35 3.2.3. Cara Pengambilan Data... 35 3.2.4. Cara Pengolahan Data... 36 3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan... 37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 38 xi
4.1. Hasil Penelitian... 38 4.2. Perhitungan... 42 4.3. Pembahasan... 45 BAB V KESIMPILAN DAN SARAN... 50 5.1. Kesimpulan... 50 5.2. Saran... 51 DAFTAR PUSTAKA... 52 LAMPIRAN xii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tekanan masuk kompresor (P 1 ) dan tekanan keluar kompresor (P 2 )... 38 Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T 1 ) dan suhu keluar kompresor (T 2 )... 39 Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor... 39 Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator dan suhu evaporator... 40 Tabel 4.5 Nilai entalpi... 41 Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa... 42 Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran... 43 Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran... 43 Tabel 4.9 COP... 44 xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kulkas... 6 Gambar 2.2 Contoh kulkas 1... 7 Gambar 2.3 Contoh kulkas 2... 8 Gambar 2.4 Contoh kulkas 3... 9 Gambar 2.5 Kompresor Hermetik... 11 Gambar 2.6 Kondensor... 12 Gambar 2.7 Evaporator... 13 Gambar 2.8 Pipa kapiler... 14 Gambar 2.9 Filter... 14 Gambar 2.10 Perpindahan kalor konduksi... 15 Gambar 2.11 Perpindahan kalor konveksi... 16 Gambar 2.12 Skematik kulkas dengan siklus kompresi uap... 21 Gambar 2.13 Diagram P-h... 23 Gambar 2.14 Diagram T-S... 23 Gambar 3.1 Kompresor... 28 Gambar 3.2 Kondensor... 29 Gambar 3.3 Pipa Kapiler... 30 Gambar 3.4 Evaporator... 30 Gambar 3.5 Filter... 31 Gambar 3.6 Tube Cutter... 32 Gambar 3.7 Tang Ampere... 32 xiv
Gambar 3.8 Manifold Gauge... 33 Gambar 3.9 Spring Type Tube Bender... 33 Gambar 3.10 Kulkas... 35 Gambar 3.11 Posisi penempatan alat ukur... 36 Gambar 3.12 Penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi... 37 Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massarefrigerant dari t = 5 menit sampai t = 485 menit... 46 Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrigerant dari t = 5 menit sampai t = 485 menit... 47 Gambar 4.3 Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant dari t = 5 menit sampai t = 485 menit... 48 Gambar 4.4 Hubungan COP dengan waktu... 49 xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dewasa ini banyak dijumpai mesin pendingin di berbagai tempat. Mesin pendingin dapat jumpai di dalam rumah tangga, di ruang-ruang kantor, di dalam mobil, di industri dan masih banyak yang lain. Di berbagai tempat, mesin pendingin berfungsi untuk membekukan, mendinginkan, dan bahkan untuk sistem pengkondisian udara. Beberapa contoh mesin pendingin yang mempunyai fungsi untuk mendinginkan dan membekukan adalah kulkas, freezer, ice maker, cold storage, show chase, dan dispenser. AC rumah tangga, AC industri, AC alat transportasi dan lain lain adalah beberapa contoh dari mesin pendingin yang berfungsi untuk sistem pengkondisian udara. Sebagian besar dari mesin-mesin pendingin tersebut mempergunakan mesin pendingin siklus kompresi uap. Untuk mendapatkan kondisi udara yang nyaman di dalam ruangan, meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan kecepatan, orang akan membutuhkan AC untuk memenuhi kenyamanan tersebut. Diharapkan dengan adanya AC di dalam ruangan, orang yang berada di dalamnya akan merasa betah dan dapat bekerja dengan baik. Kulkas dipergunakan orang untuk mengawetkan sayur mayur, daging, minuman, buah buahan, telur, dan makanan lainnya dengan cara mendinginkannya. Selain itu, kulkas juga dapat dipergunakan untuk membekukan daging dan membuat es. Diharapkan dengan adanya kulkas sayur mayur, daging, 1
2 telur, buah buahan akan lebih awet atau tidak mudah membusuk. Karena bahan bahan tersebut mampu bertahan dalam beberapa hari, ibu rumah tangga tidak direpotkan, misalnya untuk pergi ke pasar setiap hari. Dengan adanya kulkas, orang juga dapat menikmati minuman yang dingin dan segar. Mesin Pembeku (freezer, ice maker, cold storage, dll) dipergunakan untuk membekukan bahan bahan yang ada di dalamnya. Dengan adanya mesin pembeku orang dapat membekukan air menjadi es, buah buahan segar menjadi buah buahan beku, daging segar menjadi daging beku, maupun bahan makanan yang lain. Dengan kondisi yang beku, buah buahan dan daging dapat awet dalam waktu yang relatif lama, bahkan sampai beberapa bulan. Hal ini memberi keuntungan dalam pengiriman buah buahan, bahan makanan dan daging dari satu tempat ke tempat lain dalam waktu yang cukup lama. Dengan adanya mesin pembeku orang dapat membuat es dengan kapasitas produksi seperti yang diinginkan. Untuk kapasitas kecil dan cepat orang dapat mempergunakan ice maker. Mesin pendingin juga mempunyai peranan penting dalam pelaksanaan olahraga ice skating. Lantai es yg dipergunakan dalam arena olah raga ice skating adalah hasil pembekuan air oleh mesin pendingin. Dengan adanya mesin pendingin, olahraga ice skating dapat dimungkinkan dilakukan dimana saja dan kapan saja, tidak harus ditempat yang bermusim salju. Mesin pendingin pembuat es juga dapat dipergunakan untuk membuat tempat tempat hiburan/wisata dengan nuansa musim salju.
3 1.2. Perumusan masalah Mengingat peranan kulkas yang sangat penting di saat sekarang ini, penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja kulkas beserta dengan karakteristik kulkas. Kulkas yang akan diteliti adalah kulkas hasil buatan sendiri dengan siklus kompresi uap standar. Kulkas dirancang dengan daya kompresor ¼ PK dan menggunakan panjang pipa kapiler 175 cm. 1.3. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah : a. Membuat kulkas dengan siklus kompresi uap standar yang dipergunakan untuk membuat lapisan bidang datar dari es. b. Mengetahui kerja kompresor kulkas persatuan massa refrigeran dari waktu ke waktu. c. Mengetahui energi kalor yang diserap evaporator kulkas persatuan massa refrigeran dari waktu ke waktu. d. Mengetahui energi kalor yang dilepas kondensor kulkas persatuan massa refrigeran dari waktu ke waktu. e. Mengetahui karakteristik (COP) dari kulkas dari waktu ke waktu. 1.4. Batasan Masalah Batasan batasan yang dipergunakan di dalam pembuatan kulkas adalah : a. Komponen kulkas terdiri komponen utama : kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan tempat untuk membekukan air.
4 b. Jenis kompresor : kompresor hermetik dengan daya ¼ PK c. Jenis evaporator : evaporator plat datar. d. Jenis kondensor : kondensor dengan pendingin udara. e. Penurun tekanan : pipa kapiler dengan panjang 175 cm f. Refrigeran yang dipergunakan dalam kulkas : R134a g. Beban pendinginan yang digunakan adalah air sebanyak 1,5 liter 1.5. Manfaat Manfaat pelaksanaan Tugas Akhir bagi penulis adalah : a. Bagi peneliti mempunyai pengalaman dalam pembuatan kulkas dengan siklus kompresi uap untuk ukuran rumah tangga. b. Bagi peneliti mampu memahami karakteristik kulkas dengan siklus kompresi uap. c. Sebagai bekal untuk memahami kulkas, pembeku dan mesin pengkondisian udara yang mempergunakan siklus kompresi uap. d. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi para peneliti lain yang mengambil topik tentang kulkas.
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Dasar Teori 2.1.1. Kulkas Kulkas adalah mesin pendingin yang umum digunakan dalam rumah tangga. Dalam kehidupan sehari-hari, kulkas digunakan untuk menyimpan bahan makanan atau minuman agar tidak cepat membusuk dengan cara menyerap panas dari bahan-bahan tersebut. Kulkas menyerap panas dari bahan-bahan yang akan didinginkan dengan zat yang disebut refrigeran. Komponen-komponen utama dari kulkas adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator. Kulkas bekerja dengan cara mensirkulasi refrigeran. Kompresor memompa dan memberi tekanan pada refrigeran, sehingga refrigeran yang berwujud gas akan akan menjadi gas yang bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Dengan demikian akan memungkinkan refrigeran mengalir menuju kondensor. Pada kondensor, gas akan melewati titik kondensasi dan akan mengembun sehingga kembali menjadi wujud cair. Refrigeran cair bertekanan tinggi akan mengalir menuju pipa kapiler. Pada pipa kapiler, tekanan refrigeran akan turun sehingga suhu refrigeran juga turun. Setelah itu, refrigeran akan mengalir menuju evaporator. Saat mengalir di dalam evaporator, refrigeran cair akan menguap dan wujudnya kembali menjadi gas yang memiliki tekanan dan suhu yang sangat rendah. Karena suhu yang sangat rendah maka refrigeran dapat menyerap panas dari benda-benda yang diletakkan di dalam evaporator. Panas 5
6 yang diserap refrigeran dipergunakan untuk merubah fase dari cair menjadi gas. Refrigeran kemudian mengalir kembali ke kompresor untuk memulai proses lagi dari awal. Gambar 2.1 Kulkas 2.1.2. Contoh kulkas dan spesifikasinya Dipasaran, banyak ditemukan kulkas dengan berbagai macam fitur, kapasitas dan daya dari ukuran yang kecil sampai dengan ukuran yang besar. Berikut ini adalah contoh contoh kulkas dan spesifikasinyan yang ada di pasaran.
7 a. Contoh kulkas 1 Gambar 2.2Contoh kulkas 1 Fitur :Shelf : 1 : Egg Pocket : 2 : Bottle Pocket : 2 : Adjustable Foot : Yes Kapasitas Gross Konsumsi Daya Jenis evaporator Jenis kompresor Dimensi Berat : Net : 143 liter : 160 liter : 65 watt : evaporator plat : kompresor hermetik : 530 x 513 x 1082 mm (WxDxH) : 34 kg
8 b. Contoh kulkas 2 Gambar 2.3Contoh kulkas 2 Spesifikasi : Model SR-D166SB : Voltage 220 V/50 Hz Fitur : - Semi Auto Defrost - Low Voltage Running - Pre-Coated Metal Konsumsi Daya Kompresor Kondensor Evaporator Dimensi Berat Freon : 70 watt : Hermetik : Jenis U : Plat : 505 x 510 x 1000 mm : 23,5 kg : HFC-134a (Non-CFC)
9 c. Contoh kulkas 3 Gambar 2.4Contoh kulkas 3 Fitur : High Value and elegant 'Diamond Cut' design : Double Rotation Kompresor system [DRC] : Vegerator : Organize+ : RoHS free : PCM Cabinet Kapasitas Kompresor Konsumsi Daya : 160 l (nett) / 164 l (gross) : Hermetik : 79 watt Dimensi : 525 x 510 x 1209 mm (W x D x H) Berat : 27 kg
10 2.1.3. Komponen utama kulkas a. Kompresor. Kompresor merupakan bagian terpenting di dalam kulkas, karena kompresor merupakan alat untuk memompa bahan pendingin agar tetap bersirkulasi di dalam sistem. Fungsi dari kompresor adalah untuk menaikkan tekanan refrigeran sehingga tekanan pada kondensor akan lebih tinggi dari evaporator yang menyebabkan kenaikan suhu dari refrigeran. Selain itu kompresor juga berfungsi untuk menghisap uap refrigeran yang berasal dari evaporator dan menekannya ke kondensor sehingga tekanan dan temperaturnya akan meningkat ke suatu titik dimana uap akan mengembun. Pada umumnya, kulkas menggunakan kompresor hermetik. Kompresor hermetik adalah kompresor dimana motor penggerak kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup. Motor penggerak langsung memutar poros kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor dan jumlah putaran motornya sama. Kelebihan kompresor hermetik : Tidak memakai sil pada porosnya sehingga jarang terjadi kebocoran bahan refrigerasi. Bentuknya kecil, kompak dan tidak memakan tempat. Suara kompresor tidak berisik. Kekurangan kompresor hermetik : Bagian dari kompresor yang rusak tidak dapat diperbaiki sebelum memotong rumah kompresor.
11 Minyak pelumas di dalam kompresor sulit untuk diperiksa. Gambar 2.5 kompresor hermetik b. Kondensor. Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair dan berfungsi untuk membuang kalor dari refrigeran ke udara di sekitar kondensor. Refrigeran yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor, kemudian mengalami proses pengembunan. Dari kondensor refrigeran yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator melalui pipa kapiler. Jenis kondensor yang banyak digunakan pada teknologi kulkas saat ini adalah kondensor dengan pendingin udara.kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat membuang panasnya keluar. Kelebihan kondensor berpendingin udara : Panas yang telah diserap dapat langsung dilepas ke udara lingkungan.
12 Mempunyai bentuk yang tipis sehingga tidak membutuhkan ruangan yang luas. Kekurangan kondensor berpendingin udara : Udara tidak memiliki sifat membawa dan menghantar panas. Hanya dapat digunakan pada siklus refrigerasi yang kecil. Gambar 2.6 Kondensor c. Evaporator. Evaporator adalah alat penguap refrigeran dan berfungsi untuk menyerap panas dari benda benda yang akan didinginkan. Evaporator dibuat dari logam anti karat, yaitu tembaga atau alumunium. Pada umumnya, evaporator yang digunakan pada kulkas adalah evaporator jenis plat datar. Benda yang akan didinginkan dikontakkan langsung dengan plat evaporator.
13 Gambar 2.7 Evaporator d. Pipa kapiler Pipa kapiler adalah pipa yang memiliki ukuran diameter dalam sangat kecil seperti saluran pembuluh dan umumnya terbuat dari bahan tembaga. Pipa kapiler merupakan komponen utama kulkas yang berfungsi menurunkan tekanan refrigerant penurunan tekanan refrigeran disebabkan karena adanya gesekan yang cukup besar ketika refrigeran melewati pipa kapiler. Semakin kecil diameter pipa kapiler semakin besar gesekan yang terjadi, atau semakin besar penurunan tekanan yang dihasilkan. Akibat dari penurunan tekanan refrigeran menyebabkan terjadinya penurunan suhu. Pada bagian inilah refrigeran mencapai suhu terendah. Kelemahan pipa kapiler tidak sensitife terhadap perubahan beban. sangat mudah tertekuk. mudah terjadi penyumbatan Ukuran diameter pipa kapiler yang biasa dipergunakan pada kulkas adalah 0,026 inch dan 0,028 inch. Pipa kapiler rawan akan terjadinya penyumbatan, oleh
14 karenanya refrigeran yang akan mengalir ke pipa kapiler harus benar benar bersih. Gambar 2.8 Pipa Kapiler e. Filter Filter adalah sebuah alat dalam kulkas yang digunakan untuk menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran refrigeran setelah melakukan sirkulasi sehingga kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler dan kompresor. Jika kotoran lolos dari filter dan masuk ke pipa kapiler maka kotoran akan dapat membuntu saluran. Siklus kompresi uap akan terganggu sehingga kulkas tidak dapat bekerja dengan baik. Gambar 2.9 Filter
15 2.1.4. Perpindahan Kalor a. Perpindahan kalor konduksi Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian dari zat itu sendiri. Misalnya pada ujung batang besi yang dipanaskan, maka ujung yang lain akan terasa panas. Perpindahan kalor konduksi dapat berlangsung pada benda padat, cair dan gas. Gambar 2.10 Perpindahan kalor konduksi Persamaan laju perpindahan kalor konduksi :.....(2.1) Pada persamaan (2.1) : q k : Laju perpindahan kalor konduksi, ( W ) k : Konduktivitas termal, (W/m ⁰C) A : Luas permukaan benda yang tegak lurus dengan arah perpindahankalor(m 2 ) T 1 : Suhu permukaan dinding 1, (⁰C )
16 T 2 : Suhu permukaan dinding 2, (⁰C ) ΔX : Tebal benda (m) b. Perpindahan kalor konveksi Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan panas melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya. Perpindahan kalor konveksi terjadi pada fluida yang mengalir ( zat padat dan gas ) dan tidak dapat terjadi pada benda padat. Perpindahan kalor konveksi ada 2 macam, yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Konveksi paksa terjadi karena aliran fluida mengalir dengan adanya peralatan bantu yang memaksa fluida mengalir. Alat bantu yang dipergunakan dapat berupa pompa, blower, kipas angin, atau kompresor. Sedangkan konveksi bebas tidak ada alat bantu untuk mengalirkan fluida. Aliran fluida pada konveksi bebas terjadi karena adanya perbedaan massa jenis, pada umumnya perbedaan massa jenis disebabkan karena adanya perbedaan suhu. Persamaan perpindahan kalor konveksi : Gambar 2.11 Perpindahan kalor konveksi q c = h A ( T s - T ).. (2.2)
17 Pada persamaan (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) 2.1.5 Refrigeran Refrigeran adalah zat yang mengalir didalam kulkas. Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari benda yang akan didinginkan. Kalor dari benda yang didinginkan akan dibawa dan dibuang ke udara lingkungan diluar ruangan yang didinginkan. a. Syarat-syarat refrigeran Refrigeran sebaiknya memiliki karakteristik: 1. Stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, sehingga tidak menyebabkan korosi. 2. Tidak boleh beracun dan berbau merangsang. 3. Tidak boleh mudah terbakar dan meledak. 4. Mudah dideteksi jika terjadi kebocoran. 5. Harganya tidak mahal dan mudah di peroleh. 6. Ramah lingkungan, tidak merusak ozon dan tidak memberikan efek pemanasan global.
18 b. Sifat sifat refrigeran 134a Sifat sifat refrigeran 134a adalah: 1. Merupakan senyawa kimia utama yang stabil untuk membawa panas dan tidak mudah terbakar. 2. Tidak berbau, tidak berwarna, tidak beracun dan tidak bersifat korosif. 3. Tidak merusak lapisan ozon. Dibandingkan dengan R11 dan R22, R134a lebih ramah lingkungan. 2.1.6. 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. 1. Beban Laten Beban laten adalah besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari perubahan fase media yang didinginkan. Persamaan yang dipergunakan untuk menghitung beban laten dinyatakan dengan persamaan (2.3) : Q laten = m. C... (2.3) Pada persamaan (2.3) m : massa media yang didinginkan (kg) C : kalor laten media yang didinginkan (kj/kg)
19 2. Beban Sensibel Beban sensibel adalah besarnya energi yang dihisap evaporator yang berasal dari penurunan suhu media yang didinginkan. Persamaan yang digunakan untuk menghitung beban sensibel dinyatakan dengan persamaan (2.4) : Q sensibel = m.c. ΔT = m.c. (T awal T suhu yg dituju )... (2.4) Pada persamaan (2.4) m : massa media yang didinginkan (kg) c : kalor jenis media yang didinginkan (kj/kgºc) b. Proses Perubahan fase 1. Proses Pengembunan Proses pengembunan atau kondensasi adalah proses perubahan wujud zat dari zat gas menjadi zat cair. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi menjadi cairan dengan cara meningkatkan tekanan. Kondensasi bisa juga terjadi dengan kombinasi dari pendinginan dan kompresi. 2. Proses Penguapan Proses penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan cair dengan spontan menjadi gas. Umumnya penguapan dapat dilihat dari lenyapnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar pada gas dengan volume signifikan. Proses ini adalah kebalikan dari proses kondensasi.
20 2.1.7 Siklus kompresi uap standar a. Macam macam siklus kompresi uap Ada beberapa macam dari siklus kompresi uap, diantaranya adalah siklus refrigerasi carnot, siklus kompresi uap nyata, dan siklus kompresi uap standar. siklus refrigerasi carnot merupakan kebalikan dari mesin kalor. Dimana energi disalurkan dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi. Dengan kata lain siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk dapat bekerja. Proses proses yang membentuk siklus refrigerasi carnot adalah : 1 2 kompresi adiabatic 2 3 pelepasan kalor isothermal 3 4 ekspansi adiabatik 4 1 pemasukan kalor isotermal Siklus kompresi uap nyata adalah siklus yang mengalami pengurangan efisiensi dibanding dengan siklus standar. Perbedaan penting antara siklus nyata dengan siklus standar terletak pada penurunan tekanan di dalam kondensor dan evaporator. Pada siklus nyata terjadi penurunan tekanan pada kondensor dan evaporator karena adanya gesekan. Akibat dari penurunan tekanan ini, kompresi pada titik 1 dan 2 memerlukan lebih banyak kerja disbanding dengan siklus standar. b. Komponen utama kulkas Komponen utama kulkas dengan sistem kompresi uap standar terdiri dari : evaporator, kompresor, kondensor dan pipa kapiler. Skematik kulkas serperti terlihat pada gambar 2.12.
21 Qout Qin Gambar 2.12 Skematik kulkas dengan siklus kompresi uap c. Siklus refrigerasi Siklus refrigerasi tersusun atas beberapa tahapan proses: (a) proses pendidihan refrigeran (b) Proses kompresi (c) Proses kondensasi (d) Proses penurunan tekanan. Proses 4 1 : Proses pendidihan refrigeran Refrigeran yang mengalir di dalam evaporator akan menyerap panas dari udara, air, atau benda lain yang berada di dalam evaporator. Dalam proses ini refrigeran berubah bentuk yang semula cair menjadi gas. Proses 4-1 dikenal dengan proses pendidihan refrigeran. Proses ini berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.
22 Proses 1 2 : Proses kompresi Gas refrigeran dari evaporator dimasukkan ke kompresor dan tekanan refrigeran dinaikkan. Suhu refrigeran juga akan meningkat. Proses kompresi ini berlangsung pada nilai entalpi yang tetap (isentropis). Proses 2 3 : Proses kondensasi Gas panas lanjut refrigeran bertekanan tinggi mengalir dari kompresor menuju kondensor. Pada awal proses, dikondensor bertujuan menurunkan suhu yang panas lanjut sampai pada kondisi uap jenuh, kemudian dilanjutkan proses pengembunan sampai semuanya menjadi bentuk cairan. Proses 3-4 : proses penurunan tekanan Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui pipa kapiler. Karena diameter pipa kapiler kecil, gesekan yang terjadi cukup besar. Akibat adanya gesekan antara fluida dengan permukaan bagian dalam pipa kapiler maka terjadi penurunan tekanan dan penurunan suhu pada fluida. 2.1.8 Perhitungan untuk karakteristik kulkas a. Gambar siklus kompresi uap pada diagram P-h dan T-s Gambar 2.13 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram P-h dan Gambar 2.14 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-s
23 Gambar 2.13 Diagram P-h Gambar 2.14 diagram T-S
24 b. Kerja kompresor persatuan massa. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar kulkas dapat bekerja dapat dihitung dengan persamaan (2.5) W in = h 2 -h 1, kj/kg..(2.5) Pada persamaan (2.5) Win h 2 h 1 : kerja yang dilakukan kompresor, kj/kg : nilai entalpi refrigeran keluar dari kompresor, kj/kg : nilai entalpi refrigeran masuk ke kompresor, kj/kg c. Kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa. Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2.6) Q out = h 2 -h 3, kj/kg...(2.6) Pada persamaan (2.6) h 2 : nilai entalpi refrigeran masuk ke kondensor, kj/kg h 3 : 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 (2.7) Q in = h 1 -h 4 = h 1 -h 3, kj/kg (2.7) Pada persamaan (2.7) h 1 : nilai entalpi refrigeran keluar evaporator dari, kj/kg h 4 : nilai entalpi refrigeran keluar dari katup ekspansi, kj/kg
25 e. Laju aliran massa refrigeran Laju aliran massa yang mengalir di dalam kulkas dapat dihitung dengan persamaan (2.8) m = beban pendinginan/(h 1 -h 4 ) kg/detik....(2.8) f. COP kulkas COP kulkas adalah perbandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP kulkas dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (2.9) COP aktual = Q in /W in = (h 1 -h 4 )/(h 2 -h 1 )...(2.9) Nilai COP lebih besar dari 1.Semakin tinggi nilai COP semakin baik, tetapi nilai COP tidak dapat melebihi nilai COP ideal. 2.1.9. 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 isolator yang tahan terhadap suhu dingin yaitu gabus dengan nilai konduktivitasnya sebesar 0,043 kj/kg.
26 2.2. Tinjauan Pustaka Risza Helmi (2008) meneliti tentang perbandingan COP pada refrigerandengan refrigeranr134a dan R12 untuk panjang pipa kapiler yang berbeda. Hasil penelitian dari kedua refrigeran memperlihatkan bahwa refrigeran R134a memiliki suhu dievaporator lebih dingin dan COP lebih besar dibandingkan dengan refrigeran R12 pada panjang pipa kapiler 2,5 m. Sedangan suhu terendah yang didapat dari refrigeran R12 adalah -14C pada panjang pipa kapiler 1,75 dan suhu terendah r134a adalah -16 C pada panjang pipa kapiler 2,25. Amna Citra Farhani (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh penggantian refrigeran R12 menjadi R22 pada performansi mesin pembeku. Penggunaan R-22 menggantikan R-12 pada mesin pendingin kompresi uap yang sama akan mempengaruhi kinerja komponen mesin pendingin. Efek pendinginan, panas buang condenser dan kerja kompresi yang dihasilkan pada mesin yang menggunakan R22 lebih besar, namun tidak diikuti dengan laju pendinginan yang cepat. Besarnya nilai ketiga parameter ini dikarenakan besarnya laju aliran massa yang terjadi. Suhu evaporasi yang dapat dicapai R22 lebih rendah daripada R12 karena kurangnya kalor serap air sebagai medium pendingin. Galuh Renggani Willis (2013) melakukan penelitian dengan membandingkan dua jenis refrigeran.refrigeran yang digunakan adalah R22 dan R134a. Penelitian dilakukan agar dapat mengetahui refrigeran yang baik dari kedua refrigeran tersebut. Hasil penelitian berupa nilai koefisien prestasi (COP) dan efek refrigerasi.diperoleh kesimpulan bahwa prestasi kerja R22 lebih lebih
27 baik dari R134a. Tetapi telah diketahui bahwa dari segi ramah lingkungan R134a jauh lebih ramah lingkungan dari R22.
BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN 3.1.Pembuatan Alat 3.1.1. Komponen Kulkas Komponen kulkas yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompressor, kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator a. Kompresor : Spesifikasi kompressor yang digunakan adalah sebagai berikut : Gambar 3.1 Kompresor Jenis kompresor Seri kompressor Voltase Arus Daya kompresor : Kompresor hermetik : AE1370BD : 220 volt : 1,35 A : ¼ PK 28
29 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 : 1150 cm : 0,47cm : Baja : Baja : 0,11cm : 0,7cm : 92 buah c. Pipa kapiler : Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan adalah sebagai berikut :
30 Gambar 3.3 Pipa Kapiler Panjang pipa kapiler Diameter pipa kapiler Bahan pipa kapiler : 175cm : 0,028 inch : Tembaga d. Evaporator : Evaporator yang digunakan adalah evaporator buatan pabrik. Evaporator ini berfungsi untuk mengubah refrigeran dari cair menjadi uap. Gambar 3.4 Evaporator
31 Bahan evaporator Jenis evaporator : Alumunium : Plat e. Filter : Filter dipasang sebelum pipa kapiler. Hal ini bertujuan agar kotorankotoran yang terbawa refrigeran tidak dapat masuk kedalam pipa kapiler, karena pipa kapiler memiliki diameter sangat kecil sehingga sangat mudah tersumbat Gambar 3.5 Filter 3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas a. Tube Cutter Tube cutter berfungsi untuk memotong pipa tembaga yang akan digunakan untuk perakitan kulkas.
32 Gambar 3.6 Tube Cutter b. Tang Ampere Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik. Ada berbagai macam alat yang dapat digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakan adalah tang ampere karena alat ini tidak memerlukan pengkabelan dan praktis dapat di gunakan dimana saja. Gambar 3.7 Tang Ampere c. Manifold gauge Manifold gauge adalah alat untuk mengukur tekanan refrigeran. Manifold gauge dapat digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat mesin
33 bekerja maupun pada saat pengisian refrigeran. Pengisian refrigeran akan dihentikan setelah manifold gauge menunjukkan nilai tekanan yang aman dalam pengisian refrigeran. Umumnya pengisian refrigeran dihentikan pada saat manifold gauge menunjukkan nilai tekanan 10 15 psi. Gambar 3.8 Manifold Gauge d. Spring type tube bender Spring type tube bender berfungsi membengkokan pipa tembaga. Alat ini digunakan agar pipa tembaga tidak tertekuk atau rusak yang mengakibatkan pipa tembaga dapat bocor atau mampat. Gambar 3.9 spring type tube bender
34 3.1.3. Pembuatan Kulkas dan Pemasangan Alat Ukur Pembuatan kulkas dan pemasangan alat ukur dilakukan dengan langkah langkah sebagai berikut : 1. Mempersiapkan komponen - komponen kulkas dan pemasangan alat ukur tekanan. 2. Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan kulkas. 3. Proses penyambungan komponen komponen kulkas dan alat ukur tekanan. 4. Proses pemvakuman kulkas. 5. Proses pengisian metil 6. Proses pengisian refrigeran pada kulkas. 7. Proses ujicoba. 3.2.Metodologi Penelitian 3.2.1. Benda Uji dan Beban Pendinginan Benda uji yang dipakai dalam penelitian ini merupakan kulkas dengan siklus kompresi uap hasil rakitan sendiri. Kulkas ini menggunakan komponen komponen utama standart yang ada di pasaran dan menggunakan panjang pipa kapiler 175 cm.
35 Gambar 3.10 kulkas 3.2.2. Beban Pendinginan Dalam melakukan penelitian, kulkas akan diberi beban pendinginan. Beban pendinginan yang digunakan dalam penelitian ini adalah air. Air yang akan digunakan untuk member beban pendinginan pada kulkas mempunyai volume sebanyak 1,5 liter. 3.2.3. Cara Pengambilan Data a. Data suhu dibaca langsung dari alat ukur yang dipakai. Posisi termokopel ditempatkan pada posisi yang diinginkan.
36 Gambar 3.11 Posisi penempatan alat ukur Termokopel diletakkan pada 6 titik pengukuran suhu, yaitu suhu pada evaporator, suhu pada kondensor, suhu masuk evaporator, suhu keluar evaporator, suhu keluar kondensor, dan suhu keluar kompresor. b. Data tekanan diperoleh dari manifold gauge pada kulkas. Nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi dapat dibaca dari alat pengukur tekanan atau manifold gauge. 3.2.4. Cara Pengolahan Data. a. Data suhu dan tekanan yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi dari diagram P-h sesuai dengan posisi pengukuran.
37 Gambar 3.12 Penggunaan P-h diagram untuk mencari entalpi b. Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk menghitung besarnya kerja kondenser, kerja evaporator, kerja kompresor dan COP mesin pendingin. 3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan Dari data yang diperoleh akan diketahui hasil pengolahan data dan pembahasan yang akan digunakan untuk mendapatkan kesimpulan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4. 1. Hasil Penelitian a. Nilai tekanan masuk dan keluar kompresor Data 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 ) Waktu Tekanan (Psi) No (menit) P 1 P 2 1 5 2 178 2 25 3 190 3 45 3 188 4 65 3 185 5 85 3,5 195 6 105 3,5 195 7 125 3,5 185 8 145 3,5 190 9 215 3 180 10 305 3 185 11 395 3 180 12 485 3 180 b. Nilai suhu masuk dan keluar kompresor Data penelitian untuk nilai suhu masuk kompresor dan suhu keluar kompresor disajikan pada Tabel 4.2. 38
39 Tabel 4.2 Suhu masuk kompresor (T 1 ) dan suhu keluar kompresor (T 2 ) No Waktu (menit) T 1 ºC T 2 ºC 1 5-15,5 65,5 2 25-15,8 66,9 3 45-16,3 68,2 4 65-16,2 68,3 5 85-15 68,7 6 105-12,7 67,9 7 125-13,7 66,9 8 145-13,5 66,9 9 215-14,8 65,4 10 305-13,8 66,2 11 395-14,6 65,8 12 485-14,3 65,7 c. Nilai suhu masuk kondensor dan keluar kondensor Data penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor disajikan pada Tabel 4.3. Tabel 4.3 Suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor No Waktu T2 T3 (menit) ºC ºC 1 5 65,5 43,7 2 25 66,9 46,7 3 45 68,2 46,3 4 65 68,3 45,9
40 Tabel 4.3 Lanjutan Waktu T2 T3 No (menit) ºC ºC 5 85 68,7 47,7 6 105 67,9 47,3 7 125 66,9 46 8 145 66,9 46,9 9 215 65,4 44,4 10 305 66,2 45,8 11 395 65,8 43,6 12 485 65,7 43,9 d. Nilai suhu masuk evaporator dan suhu evaporator Data hasil penelitian untuk nilai suhu masuk kondensor dan suhu keluar kondensor disajikan pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 Suhu masuk evaporator dan suhu evaporator No Waktu (menit) T4 ºC T evaporator ºC 1 5-19,6-21,2 2 25-18,1-20,9 3 45-18,5-21,6 4 65-18,4-21,4 5 85-17,5-20,3 6 105-17,4-20 7 125-17,9-20,5 9 215-18,8-21,5 10 305-18,2-20,8
41 Tabel 4.4 Lanjutan No Waktu T4 T evaporator (menit) ºC ºC 11 395-18,9-21,4 12 485-18,8-21,2 e. Nilai entalpi Hasil penelitian untuk nilai entalpi disajikan pada Tabel 4.5. proses penurunan tekanan pada pipa kapiler diasumsikan berlangsung pada entalpi yang konstan, sehingga nilai h3=h4. Nilai entalpi diperoleh dari diagram P-h. Tabel 4.5 Nilai entalpi No Waktu h1 h2 h3 h4 (menit) kj/kg 1 5 401 440 266 266 2 25 400 442 264 264 3 45 392 443 264 264 4 65 391 444 265 265 5 85 390 443 266 266 6 105 391 443 266 266 7 125 391 443 266 266 8 145 391 444 265 265 9 215 390 442 265 265 10 305 390 442 264 264 11 395 390 442 264 264 12 485 390 442 264 264
42 4. 2. Perhitungan a. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa. Perhitungan energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.7) yaitu : Q in = ( h 1 h 4 ), kj/kg. Hasil perhitungan Q in disajikan pada Tabel 4.6. Tabel 4.6 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa Waktu No (menit) Q in (kj/kg) 1 5 135 2 25 136 3 45 128 4 65 126 5 85 124 6 105 125 7 125 125 8 145 126 9 215 125 10 305 126 11 395 126 12 485 126 b. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran Perhitungan kerja kompresor dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.5) yaitu : W in = ( h 2 h 1 ), kj/kg. Hasil perhitungan kerja kompresor disajikan pada Tabel 4.7.
43 Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran Waktu No (menit) W in (kj/kg) 1 5 39 2 25 42 3 45 51 4 65 53 5 85 53 6 105 52 7 125 52 8 145 53 9 215 52 10 305 52 11 395 52 12 485 52 c. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran Perhitungan energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.6) yaitu : Q out = (h 2 h 3 ), kj/kg. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.8. Tabel 4.8 Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran Waktu No (menit) Q out (kj/kg) 1 5 174 2 25 178 3 45 179 4 65 179 5 85 177
44 Tabel 4.8 Lanjutan Waktu No (menit) Q out (kj/kg) 6 105 177 7 125 177 8 145 179 9 215 177 10 305 178 11 395 178 12 485 178 d. Koefisien prestasi (COP) Perhitungan koefisien prestasi (COP) dilakukan dengan menggunakan persamaan (2.9) yaitu : COP = Q in / W in. Hasil perhitungan COP disajikan pada Tabel 4.9. Tabel 4.9 COP No Waktu (menit) COP 1 5 3,46 2 25 3,24 3 45 2,51 4 65 2,38 5 85 2,34 6 105 2,40 7 125 2,40 8 145 2,38 9 215 2,40 10 305 2,42
45 Tabel 4.9 Lanjutan No Waktu (menit) COP 11 395 2,42 12 485 2,42 4. 3. Pembahasan Untuk mengambil data pada mesin pendingin ini dilakukan penelitian selama 485 menit. Pencatatan data meliputi tekanan kompresor, suhu keluar evaporator, suhu keluar kompresor, suhu keluar kondensor, suhu masuk evaporator, suhu kondensor dan suhu evaporator. Grafik hasil pengujian untuk energi kalor yang diserap evaporator dari waktu ke waktu dapat dilihat pada Gambar 4.1. Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa pada menit menit awal, energi kalor yang diserap evaporator tidak tetap. Namun pada menit ke 145, kalor yang diserap evaporator cenderung tetap sampai menit ke 485 dengan nilai 126 kj/kg. Jika nilai Q in dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan Qin = -1x10-11 t 5 + 2x10-8 t 4-1x10-5 t 3 + 0,002t 2 0,313t + 137,5. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
Qin (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 46 138 136 134 132 Qin = -1x10-11 t 5 + 2x10-8 t 4-1x10-5 t 3 + 0,002t 2-0,313t + 137,5 R² = 0,905 130 128 126 124 122 0 100 200 300 400 500 600 waktu t (menit) Gambar 4.1 Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dari t= 5 menit sampai t= 485 menit Grafik hasil penelitian untuk kerja kompresor persatuan massa refrigeran dapat dilihat pada Gambar 4.2. Pada Gambar 4.2 terlihat bahwa kerja kompresor dari menit ke 5 mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu dan selanjutnya nilai kerja kerja kompresor akan tetap pada harga tertentu. Pada penelitian ini kerja kompresor persatuan massa refrigeran mengalami kenaikan dan penurunan nilai dan mulai tetap pada waktu t = 105 menit, dengan harga W in sebesar 52 kj/kg. Jika nilai W in dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan W in = 2x10-11 t 5-3x10-8 t 4 + 2x10-5 t 3 0,003t 2 + 0,425t + 36,07. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
Win (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 47 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 Win = 2x10-11 t 5-3x10-8 t 4 + 2x10-5 t 3-0,003t 2 + 0,425t + 36,07 R² = 0,948 0 100 200 300 400 500 600 Waktu t (menit) Gambar 4.2 Kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t= 5 menit sampai t= 485 menit Grafik hasil penelitian untuk energi kalor yang dilepas kondensor dari waktu ke waktu persatuan massa refrigeran dapat dilihat pada Gambar 4.3. Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa energi kalor yang dilepas kondensor dari t = 5 menit mengalami kenaikan sampai pada waktu tertentu kemudian energi kalor yang dilepas kondensor terlihat tetap pada menit ke 85. Pada penelitian ini nilai energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran pada saat mulai tetap di menit ke 85 dengan harga Qout sebesar 177 kj/kg. Jika nilai Q out dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan Q out = 7x10-12 t 5-1x10-8 t 4 + 5x10-6 t 3 0,001t 2 + 0,112t + 173,6. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
Qout (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 48 184 182 180 178 176 174 172 170 Qout = 7x10-12 t 5-1x10-8 t 4 + 5x10-6 t 3-0,001t 2 + 0,112t + 173,6 R² = 0,770 0 100 200 300 400 500 600 Waktu t (menit) Gambar 4.3 Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dari t= 5 menit sampai t= 485 menit Dari semua pengujian yang telah dilakukan, didapatkan COP atau koefisien prestasi. Koefisien prestasi dari pengujian yang telah dilakukan, hasilnya disajikan pada Gambar 4.4. Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa nilai COP dari menit ke 5 terlihat menurun sampai pada waktu tertentu kemudian terlihat tetap pada menit ke 105 dengan nilai COP sebesar 2.40. Jika nilai COP dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan COP = - 5x10-12 t 5 + 4x10-9 t 4-2x10-6 t 3 + 0,000t 2 0,036t + 3,706. Persamaan ini berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit.
COP PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 49 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 COP = - 5x10-12 t 5 + 4x10-9 t 4-2x10-6 t 3-0,036t + 3,706 R² = 0,952 0.50 0.00 0 100 200 300 400 500 600 Waktu t (menit) Gambar 4,4 Hubungan COP dengan waktu
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan: a. Kulkas telah dibuat dan dapat bekerja dengan baik. b. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran saat mulai tetap sebesar 126 kj/kg pada waktu t = 145menit. Jika nilai Q in dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatan Qin = -1x10-11 t 5 + 2x10-8 t 4-1x10-5 t 3 + 0,002t 2 0,313t + 137,5. c. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran saat mulai tetap sebesar 52 kj/kg pada waktu t =105 menit. Jika nilai W in dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatanw in = 2x10-11 t 5-3x10-8 t 4 + 2x10-5 t 3 0,003t 2 + 0,425t + 36,07. d. Kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrigeran saat mulai tetap sebesar 177 kj/kg pada waktu t =85 menit. Jika nilai Q out dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatanq out = 7x10-12 t 5-1x10-8 t 4 + 5x10-6 t 3 0,001t 2 + 0,112t + 173,6. e. Koefisien prestasi (COP) kulkas adalah 2,40 pada waktu t= 105 menit. Jika nilai COP dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan persamaan pendekatancop = - 5x10-12 t 5 + 4x10-9 t 4-2x10-6 t 3 0,036t + 3,706. 50
51 5.2. Saran Setelah dilakukan pengambilan data dari kulkas tentunya ada banyak kekurangan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin kulkas ini, diantaranya : a. Sebelum proses pengambilan data sebaiknya dilakukan pengecekan beberapa kali, sehingga tidak ada kendala saat proses pengambilan data. b. Penelitian dapat dikembangkan dengan adanya proses pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut..
DAFTAR PUSTAKA Farhani, A. C, 2007, Pengaruh Penggantian Refrigeran R12 menjadi R22, Jakarta. Holman, J. P., 1994, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta. Helmi Risza, 2008, Perbandingan Cop Pada Refrigerator dengan Refrigeran R12 dan R134a, Jakarta. Kreith, 1986, Principle of Heat Transfer (Prinsip Prinsip Perpindahan Panas), Erlangga, Jakarta. Renggani, G.W, 2013, Penggunaan Refrigeran R22 dan R134a pada Mesin Pendingin, Jakarta. http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2117917-pengembunan-atau kondensasi/#ixzz2a25pvdit http://memetmulyadi.blogspot.com/2013/03/perpindahan-kalor-konduksikonveksi-radiasi.html#ixzz2tcldrody http://id.wikipedia.org/wiki/konveksi http://gregoriusagungworldpres.com/2010/12/11/mesin-pendingin-sikluskompresi-uap/ http:/www.google.com/images?q=ph+diagram+r134a 52
. Menit ke 5
Menit ke 25
Menit ke 45
Menit ke 65
Menit ke 85
Menit ke 105
Menit ke 125
Menit ke 145
Menit ke 215
Menit ke 305
Menit ke 395
Menit ke 485