PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

PERBANDINGAN KARAKTERISTIK KONDENSOR 13U DAN 12U PADA MESIN PENDINGIN SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh:

ANDRIAN NIM: 115214004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015

i


COMPARISON OF 13U AND 12U CONDENSORS CHARACTERISTIC IN COOLING MACHINE FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

ANDRIAN Student Number: 115214004

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015

ii


iii


iv


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi dengan judul: Perbandingan Karakteristik Kondensor 13U dan 12U Pada Mesin Pendingin 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, 21 Mei 2015 Penulis

Andrian

v


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama

: Andrian

Nomor Mahasiswa

: 115214004

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul: Perbandingan Karakteristik Kondensor 13U dan 12U Pada Mesin Pendingin Beserta perangkat yang diperlukan. 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, 21 Mei 2015 Yang menyatakan

Andrian

vi


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 Kedua Skripsi. 3.

Dr. Drs (Vet). Asan Damanik, sebagai Dosen Pembimbing Pertama Skripsi .

4.

Kedua orang tua, Martono Sutjipto dan Ibu Tjin Moi Khim dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.

5.

Julius Sutawijaya, dan Andi Yudha Juananto yang telah membantu dalam proses pembuatan dan pengambilan data Skripsi.

6.

Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya.

vii


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, 21 Mei 2015

Penulis

viii


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i TITLE PAGE ..................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................ v LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. vi KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR......................................................................................... xi DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv ABSTRAK ....................................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1 1.1

Latar Belakang ....................................................................................... 1

1.2

Rumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3

Batasan Dalam Pembuatan Kulkas 2 Pintu ............................................. 2

1.4

Tujuan Penelitian ................................................................................... 3

1.5

Manfaat Penelitian ................................................................................. 3

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ................................... 4 2.1

Dasar Teori ............................................................................................ 4

2.2

Tinjauan Pustaka .................................................................................. 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 23 3.1

Pembuatan Alat .................................................................................... 23

3.2

Alat dan Bahan..................................................................................... 24

3.3

Peralatan Penunjang Pembuatan Alat dan Penelitian ............................ 28

3.4

Proses Pemvakuman............................................................................. 34

3.5

Proses Pengisian Freon......................................................................... 35

3.6

Proses Uji Coba ................................................................................... 35

3.7

Mesin yang Diteliti............................................................................... 35

3.8

Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti............................................... 36

ix


3.9

Variasi Penelitian ................................................................................. 36

3.10 Alat Bantu Penelitian ........................................................................... 37 3.11 Cara Mendapatkan Data Temperatur dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan ........................................................................ 40 3.12 Cara Mengolah Data ............................................................................ 41 BAB IV HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA, DAN PEMBAHASAN ................................................................................ 42 4.1

Data Hasil Percobaan ........................................................................... 42

4.2

Perhitungan dan Pengolahan Data ........................................................ 44

4.3

Hasil Perhitungan ................................................................................. 49

4.4

Pembahasan ......................................................................................... 51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 59 5.1

Kesimpulan .......................................................................................... 59

5.2

Saran .................................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 61 LAMPIRAN ..................................................................................................... 62

x


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1

Sketsa mesin pendingin yang diteliti ............................................. 4

Gambar 2.2

Kondensor tipe U .......................................................................... 5

Gambar 2.3

Kompresor hermetic ...................................................................... 6

Gambar 2.4

Kompresor semi-hermetic ............................................................. 7

Gambar 2.5

Kompresor open type .................................................................... 7

Gambar 2.6

Kondensor..................................................................................... 8

Gambar 2.7

Filter ............................................................................................. 8

Gambar 2.8

Pipa kapiler ................................................................................... 9

Gambar 2.9

Evaporator AC dan Kulkas 2 pintu .............................................. 10

Gambar 2.10 Kipas .......................................................................................... 10 Gambar 2.11 Refrigeran 134a........................................................................... 11 Gambar 2.12 Couoh kulkas 2 (dua) pintu yang umum terdapat di pasaran ........ 12 Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap ......................................................... 15 Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram ............................................................... 15 Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s ............................................................... 16 Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran 134a ........................................................ 20 Gambar 3.1

Skema langkah penelitian ............................................................ 23

Gambar 3.2

Konstruksi mesin pendingin dengan kondensor 13U dan 12U ..... 24

Gambar 3.3

Kompresor .................................................................................. 25

xi


Gambar 3.4

Kondensor tipe U ........................................................................ 26

Gambar 3.5

Kondensor 12U ........................................................................... 26

Gambar 3.6

Pipa kapiler ................................................................................. 27

Gambar 3.7

Evapoator.................................................................................... 27

Gambar 3.8

Fan ............................................................................................. 28

Gambar 3.9

Filter ........................................................................................... 28

Gambar 3.10 Pemotong pipa (tubbing cutter) ................................................... 29 Gambar 3.11 Pengembang Pipa (flaring tool) ................................................... 30 Gambar 3.12 Tang ........................................................................................... 30 Gambar 3.13 Alat las........................................................................................ 31 Gambar 3.14 Bahan las perak dan borak........................................................... 31 Gambar 3.15 Pompa vakum ............................................................................. 32 Gambar 3.16 Termokopel................................................................................. 32 Gambar 3.17 Clamp Meter ............................................................................... 33 Gambar 3.18 Pressure Guage .......................................................................... 34 Gambar 3.19 Proses Pemvakuman ................................................................... 34 Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R-134a ............................................. 35 Gambar 3.21 Mesin pendingin yang diteliti ...................................................... 36 Gambar 3.22 Skematik mesin pendingin .......................................................... 37 Gambar 3.23 Termokopel dan alat penampil temperatur digital ........................ 38 Gambar 3.24 Pengukur Tekanan ...................................................................... 38

xii


Gambar 3.25 Air (beban pendinginan) .............................................................. 39 Gambar 3.26 Tang Ampere .............................................................................. 39 Gambar 4.1

Hubungan kerja kompresor dengan waktu ................................... 52

Gambar 4.2

Hubungan kalor yang diserap evaporator dengan waktu .............. 53

Gambar 4.3

Hubungan kalor yang dilepas kondensor dengan waktu ............... 54

Gambar 4.4

Hubungan COPaktual dengan waktu .............................................. 55

Gambar 4.5

Hubungan COPideal dengan waktu................................................ 56

Gambar 4.6

Hubungan laju aliran massa dengan waktu .................................. 56

Gambar 4.7

Hubungan efisiensi dengan waktu ............................................... 57

xiii


DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel hasil pengukuran ...................................................................... 40 Tabel 4.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 dan P2), temperatur (T1 dan T3), temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 13U .................. 42 Tabel 4.2 Hasil pengukuran tekanan (P1 an P2), temperatur (T1 dan T3), temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 12U .................. 43 Tabel 4.3 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 13U ........................... 44 Tabel 4.4 Hasil perhitungan Nilai Entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 12U ........................... 45 Tabel 4.5 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U.................................................................................................... 49 Tabel 4.6 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U.................................................................................................... 50

xiv


ABSTRAK Kondensor merupakan salah satu komponen utama mesin pendingin, oleh karena itu pengetahuan tentang karakteristik kondensor mesin pendingin sangat penting diketahui agar unjuk kerja mesin pendingin optimal. Dalam penelitian ini dibuat model mesin pendingin dan dibandingkan karakteristik kondensor 13U dan 12U. Dalam penelitian dihitung kerja kompresor, kalor yang dilepas kondensor, kalor yang diserap evaporator yang kemudian digunakan untuk menghitung nilai COP, efisiensi dan laju aliran massa refrigerant dari mesin pendingin. Dari hasil penelitian diketahui bahwa mesin pendingin berhasil dibuat dan bekerja dengan baik dan bisa mendinginkan air dengan volume sebesar 500 ml secara merata selama 480 menit dengan suhu kerja evaporator – 14,44°C dan suhu kerja kondensor sekitar 46,11°C. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 54,73 kJ/kg dan kondensor 13U 44,25 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 199,12 kJ/kg dan kondensor 13U 190,97 kJ/kg. Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 144,39 kJ/kg dan kondensor 13U 146,72 kJ/kg. Koefisien prestasi aktual ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 2,64 dan kondensor 13U 3,32, dan koefisien prestasi ideal ( ) pada kondensor 12U mempunyai nilai 4,07 dan kondensor 13U 4,27. Efisiensi kulkas dua pintu (%) pada kondensor 12U mempunyai nilai 75% dan kondensor 13U 78%. Laju aliran massa refrigeran pada kondensor 12U mempunyai nilai 0,0033 kg/detik dan kondensor 13U 0,0039 kg/detik. Kata kunci : Siklus kompresi uap, COP, efisiensi.

xv


ABSTRACT The condenser is one of the main components of the cooling machine, therefore knowledge of the characteristics of cooling machine condenser is very important to know the optimal performance of the cooling machine. In this study, we made cooling machine model and compared the characteristics of the cooling machine condenser 13U and 12U. In the study calculated compressor, condenser removed heat, the heat absorbed by the evaporator which is then used to calculate the value of the COP, efficiency and refrigerant mass flow rate of cooling machine. The survey results revealed that the cooling machine successfully created and worked well and could cool the water to a volume of 500 ml evenly for 480 minutes with the working temperature of the evaporator - 14.44 ° C and a working temperature of about 46.11 ° C condenser. Compressor work (Win) on condenser 12U has a value of 54.73 kJ / kg and 13U condenser 44.25 kJ / kg. Heat energy released by the condenser (Qout) on 12U condenser has a value of 199.12 kJ / kg and 13U condenser 190.97 kJ / kg. Heat energy absorbed by the evaporator (Qin) on condenser 12U has a value of 144.39 kJ / kg and 13U condensers 146.72 kJ / kg. The actual achievement coefficient (COPaktual) on condenser 12U has a value of 2.64 and 3.32 13U condenser, and ideal Coeficient of Performance (COPideal) 12U condenser has a value of 4.07 and 13U condenser 4.27. Cooling machine efficiency (%) in the condenser 12U has a value of 75% and 13U condenser 78%. Mass flow rate of refrigerant in the condenser 12U has a value of 0.0033 kg / sec and 13U condenser 0.0039 kg / sec. Key words: vapor compression cycle, COP, efficiency.

xvi


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada zaman sekarang teknologi mesin pendingin sangat dibutuhkan manusia. Kebutuhan manusia terhadap mesin pendingin berawal dari keinginan untuk mengawetkan bahan makanan kemudian berkembang

sehingga fungsi

mesin pendingin dapat digunakan untuk kebutuhan yang lain, seperti untuk membuat es. Sebagian besar dari mesin pendingin menggunakan siklus kompresi uap di dalam bekerjanya. Dalam rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai pengawet makanan dan ada yang digunakan untuk penyejuk ruangan. Mesin pendingin juga digunakan untuk kebutuhan industri, kebutuhan rumah sakit dan kebutuhan rumah tangga. Pada industri mesin pendingin dapat difungsikan untuk sebagai penyejuk ruangan, agar orang yang bekerja pada industri tersebut merasa lebih nyaman dalam bekerja. Mesin pendingin juga dapat difungsikan untuk mengawetkan bahan baku dan hasil produksi (khususnya pada industri makanan dan minuman). Pada rumah sakit selain untuk mengkondisikan udara di dalam ruangan, mesin pendingin juga difungsikan dapat berfungsi untuk mengawetkan jenazah dan obat-obatan. Selain dipergunakan pada industri, rumah sakit dan rumah tangga mesin pendingin juga dapat dipergunakan pada alat transportasi. Pada alat transportasi mesin pendingin berguna untuk mendinginkan suhu udara di dalam kendaraan dan dapat juga untuk mendinginkan peti kemas agar barang yang dibawa tidak rusak dan dapat beku. Contoh mesin pendingin adalah kulkas, freezer, AC, showcase, dll. Mesin pendingin bekerja menggunakan siklus kompresi uap dan memiliki komponen-komponen utama didalam sistemnya. Komponen-komponen tersebut adalah kompresor, kondensor, evaporator, filter, dan pipa kapiler. Di dalam sistem mesin pendingin kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan fluida kerja ke seluruh sistem, kondensor yang berfungsi untuk melepaskan kalor dari fluida

1


kerja, filter sebagai penyaring fluida kerja sebelum masuk ke pipa kapiler. Tekanan dan temperatur fluida kerja yang masuk ke pipa kapiler akan menurun dikarenakan diameter dan luas penampang pipa kapiler yang kecil, setelah itu fluida kerja masuk ke evaporator yang berfungsi untuk menyerap kalor di ruang pendinginan, dan setelah dari evaporator fluida kerja akan kembali ke kompresor. Sebagai variasi perbandingan mesin pendingin, kondensor yang digunakan adalah kondensor tipe U dengan ukuran 12U dan 13U. Yang dimaksud dengan kondensor tipe U adalah bentuk pipa kondensor yang ditekuk berbentuk U, dan angka pada ukuran kondensor seperti 12U atau 13U merupakan jumlah tekukan U yang terdapat pada kondensor. Sehingga perbedaan antara 12U dan 13U adalah panjang pipa kondensor dan jumlah tekukan pipanya. Fluida kerja digunakan pada mesin pendingin ini adalah 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 R134a. Dengan mengingat perkembangan mesin pendingin saat ini dan luasnya penggunaan mesin pendingin, mendorong penulis untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin pendingin. Untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin, khususnya mesin pendingin dengan menghitung parameter Qin, Qout,Win, COP, efisiensi dan laju aliran massa pada kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U dan 13U.

1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah performa mesin pendingin dikaitkan terhadap jenis kondensor yang digunakan pada mesin pendingin tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin yang mempergunakan dua kondensor yang berbeda. Pertama mempergunakan kondensor 12 U dan yang kedua mempergunakan kondensor 13 U.

2


1.3 Batasan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin Batasan-batasan dalam pembuatan mesin pendingin adalah sebagai berikut: a.

Refrigerant yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R-134a.

b.

Komponen utama dalam mesin pendingin adalah kompresor (hermetik

HP,

kondensor 13U dan 12U, filter kulkas 2 (dua) pintu, pipa kapiler (diameter 0,028 inci dengan panjang 1,5 meter), evaporator kulkas 2 (dua) pintu, kipas, dan kotak pendingin

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: a.

Membuat model mesin pendingin.

b.

Menghitung kerja kompresor persatuan massa, kalor yang diserap evaporator persatuan massa, kalor yang dilepas kondensor persatuan massa, COP, aliran massa refrigerant dari kulkas 2 (dua) pintu dan efisiensi.

1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah: a.

Mampu memahami karakteristik mesin pendingin dengan menggunakan 2 kondensor yang berbeda.

b.

Mendapat pengalaman membuat mesin pendingin.

c.

Dapat digunakan sebagai referensi bagi orang lain yang ingin membuat mesin pendingin.

3


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Dasar Teori

2.1.1 Mesin Pendingin yang Diteliti Mesin pendingin yang diteliti menggunakan kondensor tipe U dengan 2 ukuran berbeda, yaitu kondensor 12U dan 13U. Gambar 2.1 menyajikan sketsa mesin pendingin yang diteliti.

Fan/kipas

Kondenser

Evaporator

Kotak Pendingin

Katup pengatur kondenor

Pipa kapiler Kerangka mesin

Kompresor Filter

Gambar 2.1 Sketsa mesin pendingin yang diteliti

4


2.1.1.1 Variasi Kondensor Pada Mesin Pendingin yang Diteliti Kondensor yang digunakan adalah kondensor tipe U dengan 2 ukuran kondensor yang berbeda, yaitu 12U dan 13U. Kondensor tipe U adalah kondensor yang bentuk pipanya ditekuk hingga membentuk huruf U, sedangkan ukuran 12U atau 13U itu ditentukan oleh banyaknya lengkungan yang terdapat pada kondensor tersebut. Misalnya kondensor 12U, berarti kondensor tersebut memiliki lengkungan U sebanyak 12 lengkungan, 13U memiliki lengkungan sebanyak 13 lengkungan, begitu seterusnya. Gambar 2.2 menyajikan contoh foto kondensor tipe U.

Gambar 2.2 Kondensor tipe U Gambar 2.2 menyajikan foto kondensor tipe U dengan ukuran 8U, yang memiliki 16 baris (row). Semakin banyak lekukan U pada kondensor, semakin panjang pipa kondensornya.

2.1.2 Komponen-Komponen Utama Mesin Pendingin Untuk beroperasi dengan sistem kompresi uap, mesin pendingin kulkas memiliki komponen-komponen yang mendukung proses pengoprasiannya, yaitu:

5


a.

Kompresor Kompresor adalah alat yang digunakan untuk mensirkulasikan refrigeran

dengan cara meningkatkan tekanan refrigeran. Cara kerja kompresor adalah menghisap refrigeran lalu mendorongnya dengan piston untuk diteruskan ke pipa yang menuju kondensor. Ada 3 jenis kompresor, yaitu hermetic, semi-hermetic, dan open type. Kompresor hermetic adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya dalam satu casing kompresor. Kompresor semi-hermetic 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.

Gambar 2.3 Kompresor hermetic Keuntungan kompresor hermetic 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 hermetic adalah jika bagian dalam kompresor yang rusak maka harus merusak casingnya, minyak pelumas kompresor hermetic susah diperiksa.

6


Gambar 2.4 Kompresor semi-hermetic Kelebihan kompresor semi-hermetic adalah perawatan lebih mudah dari pada kompresor hermetic, 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-hermetic adalah masih terlalu besar untuk kulkas 2 pintu, dan harganya mahal.

Gambar 2.5 Kompresor open type Kelebihan kompresor open type adalah jika pada motornya rusak dapat diperbaiki motornya saja, kecepatan putar (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, bobotnya paling berat, dan harganya paling mahal dari kompresor jenis lain.

7


b.

Kondensor Kondensor adalah alat untuk melepas kalor dari refrigeran yang masuk

dari kompresor. Pada kondensor terjadi proses penurunan temperatur, 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 temperatur di pendinginan lanjut.

Gambar 2.6 Kondensor 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.

8


Gambar 2.7 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. temperatur refrigeran menurun.

Gambar 2.8 Pipa kapiler Panjang pipa kapiler yang biasa digunakan pada kulkas 2 pintu adalah 1,5 m dengan diameter 0,028 inch. Bahan pipa kapiler terbuat dari tembaga. Sedangkan pada mesin pendingin AC, lebih sering digunakan katub ekpansi.

e.

Evaporator Evaporator adalah alat untuk menyerap kalor yang berasal dari beban

pendinginan di ruang pendinginan. Pada evaporator terjadi perubahan fase refrigeran dari campuran cair jenuh menjadi gas panas lanjut tanpa adanya perubahan temperatur, dan perubahan fase dari gas menjadi gas panas lanjut yang disertai dengan peningkatan temperatur pada pemanasan lanjut.

9


Gambar 2.9 Evaporator AC (kiri) dan kulkas 2 pintu (kanan) 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 (fan) Kipas adalah alat untuk mensirkulasikan udara dingin dari evaporator ke

ruang pendinginan dan ke evaporator lagi. Pada kulkas 2 pintu udara dingin yang dihembuskan yang akan mendinginkan benda-benda yang akan didinginkan atau dibekukan di dalam ruang evaporator.

Gambar 2.10 Kipas

10


g.

Refrigeran 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 kulkas 2 pintu adalah R-134a. Sifat R-134a adalah tidak merusak lapisan ozon, titik didih R-134a -30°C, rumus molekul CH2FCF3.

Gambar 2.11 Refrigeran 134a 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.

11


Secara khusus sifat dari refrigeran R-134a adalah:

-

Tidak mudah terbakar.

-

Tidak merusak lapisan ozon.

-

Tidak beracun, berwarna, dan berbau.

-

Mudah diperoleh.

-

Memiliki kestabilan yang tinggi.

Salah satu aplikasi mesin pendingin adalah kulkas 2 pintu, yang saat ini sangat luas penggunaannya. Pada Gambar 2.21 disajikan contoh mesin pendingin kulkas 2 pintu yang ada di pasaran.

Gambar 2.12 Contoh kulkas 2 (dua) pintu yang umum terdapat di pasaran  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 2100 mm

12


 Kompresor

: Panasonic SF48C10RAX. 220V/50Hz,139W

 Refrigeran

: R-134a, 100 gram

 Temperature Control : Automatic (Adjustable) 2.1.3 Beban Pendinginan Beban pendinginan adalah besarnya kalor yang diserap oleh evaporator. Kalor yang diserap evaporator tersebut berasal dari benda-benda yang akan didinginkan di ruang pendinginan. Jenis beban pendingin dibagi menjadi 2, yaitu (a) beban sensibel dan (b) beban laten a.

Beban sensibel Beban sensibel adalah kalor yang diterima atau dilepaskan suatu benda

akibat perubahan temperatur. Contoh, proses pendinginan air dari 100°C sampai menjadi es 0°C. Kalor yang dilepas air dari 100°C menjadi 0°C (masih air) disebut kalor sensibel (beban sensibel).

b.

Beban laten Kalor laten adalah kalor yang diterima atau dilepaskan suatu benda karena

adanya perubahan fase. Contoh, jika air yang temperaturnya sudah 0°C jika didinginkan lagi akhirnya menjadi es. Pada temperatur 0°C tidak terjadi perubahan temperatur tetapi perubahan fase. Kalor yang diserap disini disebut kalor laten (beban laten). 2.1.4 Perubahan Fase Refrigeran Mesin Pendingin Kulkas 2 Pintu 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 pada refrigeran yang digunakan dalam sistem, yaitu penguapan (cair menjadi gas), dan proses pengembunan (gas menjadi cair). 2.1.4.1 Proses Penguapan (evaporasi)

13


Penguapan berarti perubahan fase dari cair menjadi gas. Pada mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu, proses penguapan refrigeran terjadi di evaporator. Proses penguapan ini memerlukan kalor, dan kalor tersebut diambil dari beban pendinginan. Temperatur beban pendinginan lebih tinggi dari temperatur evaporator. Perpindahan kalor terjadi dari beban pendinginan ke evaporator. 2.1.4.2 Proses Pengembunan (kondensasi) Pengembunan adalah perubahan fase dari gas menjadi cair. Pada mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu proses pengembunan terjadi di kondensor. Proses pengembunan ini terjadi karena ada pelepasan kalor yang terjadi di kondensor sehingga refrigeran mengalami perubahan fasa. 2.1.5 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 refrigeran masuk kondensor untuk membuang panas. Refrigeran kemudian mengalir ke filter untuk disaring kotoran-kotoran yang terbawa refrigeran sebelum memasuki pipa kapiler. Pada pipa kapiler tekanan dan temperatur refrigeran diturunkan. Selanjutnya refrigeran mengalir masuk ke evaporator. Pada evaporator ada udara yang dialirkan fan untuk mendinginkan ruang pendingin. Setelah melewati evaporator refrigeran mengalir lagi masuk ke kompresor. 2.1.6 Siklus Kompresi Uap Dari berbagai jenis sistem refrigerasi, siklus kompresi uap 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 disajikan pada Gambar 2.22, Gambar 2.23, dan Gambar 2.24.

14


Gambar 2.13 Skema siklus kompresi uap

pendinginan lanjut

kondensasi

penurunan temperatur

kompresi isentropis

pemanasan lanjut

h3 = h4

h1

h2

Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut pada p-h diagram

15


Tc

Te

S3

S1 = S2

S4

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

panas lanjut bertekanan rendah masuk kompresor lalu ditekan oleh kompresor sehingga tekanan refrigeran meningkat menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Proses kompresi berlangsung secara isentropic.

b.

Proses 2 - 2a (Proses penurunan temperatur) Proses ini terjadi sebelum masuk kondensor. Pada proses ini refrigeran

berbentuk gas panas lanjut menjadi gas jenuh disertai dengan penurunan temperatur. Penurunan temperatur disebabkan adanya kalor yang keluar ke udara lingkungan di sekitar kondensor. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap.

16


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. Pelepasan kalor dari kondensor dapat berlangsung karena temperatur kondensor lebih tinggi dibandingkan temperatur udara lingkungan. 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 temperatur terjadi pada proses ini. Temperatur refrigeran lebih rendah dari temperatur refrigeran saat mengembunkan di kondensor. e.

Proses 3 - 4 (Proses penurunan tekanan dan penurunan temperatur) 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 temperatur. Proses berlangsung pada entalpi yang konstan. 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. Proses berlangsung pada temperatur dan tekanan konstan. 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

17


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 Win, Qout, Qin, efisiensi, COP dan laju aliran massa.

a.

Kerja kompresor (Win) Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung

dengan Persamaan (2.1). (2.1) Pada Persamaan (2.1) : = Kerja kompresor ( ) = Enthalpy saat masuk kompresor ( ) = Enthalpy saat keluar kompresor ( )

b.

Kalor yang dilepas kondensor (Qout) Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung

dengan Persamaan (2.2). (2.2) Pada Persamaan (2.2) : = Kalor yang dilepas kondensor ( ) = Enthalpy saat keluar kondensor ( ) = Enthalpy saat keluar kondensor ( )

c.

Kalor yang diserap evaporator (Qin) Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung

dengan Persamaan (2.3). (2.3)

18


Pada Persamaan (2.3) : = Kalor yang diserap evaporator ( ) = Enthalpy saat keluar evaporator ( ) = Enthalpy saat masuk evaporator ( )

d.

COP (Coefficient Of Performance) COP dari kulkas 2 pintu dapat dihitung dengan persamaan (2.4) dan (2.5). (2.4)

COP ideal =

(2.5)

Pada Persamaan (2.4) dan (2.5) COP ideal

:

= koefisien prestasi maksimum kulkas 2 pintu = koefisien prestasi aktual kulkas 2 pintu

Te

= temperatur evaporator (K)

Tc

= temperatur 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 (2.6). Efisiensi = f.

(2.6)

Laju aliran massa

19


Laju aliran massa adalah laju massa per satu satuan waktu, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.7). ̇ =

=

(2.7)

Pada Persamaan (2.7) : ̇

: laju aliran massa refrigeran

V

: Voltase kompresor (V)

I

: Arus kompresor (ampere)

P

: Daya kompresor P-h diagram digunakan untuk mengetahui nilai entalphi.. P-h diagram

untuk refrigeran 134a disajikan pada Gambar 2.25.

Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran 134a

20


2.1.7 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 temperatur 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 21


pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan. Penelitian ini dilakukan 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 R22 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.

22


BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1

Pembuatan Alat Langkah pembuatan alat didasarkan pada skema langkah-langkah

penelitian yang tersaji pada Gambar 3.1. Mulai (mempersiapkan alat-alat dan bahan)

Merancang mesin pendingin Persiapan komponen-komponen mesin pendingin Penyambungan komponen-komponen Pemvakuman mesin Pengisian R134a

Uji coba

Tidak baik

Baik Pengambilan data P1, P2, T1, T3, I, Voltase dan Tbenda Penggambaran siklus kompresi uap dan perolehan data h1, h2, h3, h4, Tkompresor dan Tevaporator Perhitungan Qin, Qout, Win, COP, efisiensi dan laju aliran Pembahasan, kesimpulan dan saran Selesai Gambar 3.1 Skema langkah penelitian

23


3.2

Alat dan Bahan Bagian-bagian mesin pendingin dan skematiknya disajikan pada Gambar

3.2.

c d

f a e

b

Fan

d f e

Kondensor 12U

a

c

b

Kondensor 13U

Gambar 3.2 Konstruksi mesin pendingin dengan kondensor 13U dan 12U Keterangan Gambar 3.2 : a. Kompresor b. Kondensor c. Evaporator d. Pipa Kapiler e. Fan

24


f. Filter Mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu memiliki komponen-komponen: (a) Kompresor, (b) Kondensor, (c) Evaporator, (d) Pipa kapiler, (e) Fan, (f) filter. a)

Kompresor Kompresor berfungsi meningkatkan tekanan refrigerant, menghisap dan

menekan refrigerant, sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refrigeran pada sistem mesin pendingin. Pada alat mesin pendingin yang dibuat menggunakan kompresor hermetik merek Toshiba dengan daya

dan Voltase 220 V. Gambar 3.3

menyajikan kompresor yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin.

Gambar 3.3 Kompresor hermetik b)

Kondensor Kondensor berfungsi melepaskan 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 13U. Kondensor 13U pada mesin merupakan kondensor 12U yang ditambah panjang pipanya dengan jenis kondensor yang sama dengan cara disambung dengan las. Gambar 3.4 dan Gambar 3.5 menyajikan gambar dan foto kondensor tipe U yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin.

25


Gambar 3.4 Kondensor tipe U pada mesin

Gambar 3.5 Kondensor 12U

Spesifikasi kondensor 12U dan 13U yang digunakan pada mesin pendingin disajikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi kondensor 12U dan 13U Panjang

Lebar

Diameter

(mm)

(mm)

(mm)

Besi

1150

485

Besi

1250

485

Model

Material

12U 13U

26

Panjang

U-bends

Baris

3

12

24

1160

3

13

26

1260

pipa


c)

Pipa kapiler Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan dan temperatur freon.

Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm dengan diameter 0,7 mm atau 0,028 inch dan bahan yang digunakan tembaga. Gambar 3.5 menyajikan pipa kapiler yang digunakan.

Gambar 3.6 Pipa kapiler d)

Evaporator Evaporator berfungsi menyerap kalor beban pendinginan. Evaporator yang

digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin ini adalah jenis pipa bersirip. Bahan evaporator adalah tembaga, diameter pipa evaporator 5 mm, bahan sirip adalah aluminium dengan tebal 0,5 mm, jarak sirip 1 cm, dengan jumlah sirip 20 buah. Gambar 3.6 menyajikan evaporator yang digunakan dalam pembuatan alat.

Gambar 3.7 Evaporator e)

Kipas (fan) Kipas berfungsi untuk mensirkulasikan udara dari ruang pendinginan ke

evaporator, karena pada kulkas 2(dua) pintu proses pendinginannya menggunakan udara dingin setelah dilewatkan melalui evaporator. Ukuran kipas 120 mm x 120

27


mm x 38 mm, Voltase 220-240 V dan arus 0.14 A. Pada Gambar 3.7 tersaji gambar fan.

Gambar 3.8 Fan f)

Filter Dalam membuat mesin pendingin harus menggunakan filter untuk

menyaring kotoran agar kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler. Filter yang digunakan memiliki dimensi panjang 8,5 cm, diameter 19 mm dan bahan filter terbuat dari tembaga. Terdapat 1 saluran masuk dan 2 saluran keluar. Gambar 3.8 menyajikan 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:

28


a)

Pemotong Pipa (Tubbing cutter) Tubbing cutter fungsinya untuk memotong pipa-pipa pada mesin

pendingin agar potongan yang dihasilkan rata dan kotoran dari tembaga tidak banyak. Untuk memotong pipa dengan Tubbing cutter, pipa dimasukan antara roller dan cutting wheel lalu tangkai dari Tubbing cutter diputar secara terus menerus sampai pipa terpotong. Gambar 3.9 menyajikan gambar alat pemotong pipa.

Gambar 3.10 Pemotong pipa (tubbing cutter)

b)

Pengembang pipa (flaring tool) Flaring tool fungsinya untuk mengembangkan ujung pipa agar dua pipa

berdiameter sama dapat disambung dengan cara diselipkan ke pipa yang diameternya lebih besar.

Flaring tool yang terdiri dari 2 buah blok ini

membentuk lubang diameter dengan bermacam-macam ukuran agar pipa yang diameternya diperbesar dapat diselipkan pipa yang diameternya lebih kecil untuk disambungkan. 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 3.10 menyajikan gambar alat pengembang pipa.

29


Gambar 3.11 Pengembang Pipa (flaring tool) c)

Tang Tang adalah alat yang digunakan untuk mencengkram, memotong, dan

memutar kawat atau kabel. Dalam pembuatan mesin pendingin ini tang berfungsi untuk menjepit pipa pada saat pengelasan. Gambar 3.11 menyajikan gambar tang.

Gambar 3.12 Tang

d)

Alat Las Fungsinya alat las untuk menyambungkan pipa-pipa pada mesin

pendingin. Bila hasil pengelasan kurang bagus bisa berakibat kebocoran dalam sambungan. Gambar 3.12 menyajikan gambar alat las.

30


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. Gambar 3.13 menyajikan gambar bahan las untuk pipa tembaga.

Gambar 3.14 Bahan las perak (kiri) borak (kanan)

f)

Pompa Vakum Pompa vakum fungsinya untuk mengosongkan atau menghilangkan gas-

gas yang tidak perlu seperti udara dan uap air di dalam sistem mesin pendingin. Hal ini dilakukan agar tidak mengganggu kerja mesin pendingin saat dioperasikan. Gambar 3.14 menyajikan gambar pompa vakum.

31


Gambar 3.15 Pompa vakum

g)

Termokopel Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur temperatur. 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, Gambar 3.15 menyajikan gambar termokopel dan penampil temperatur digital.

Gambar 3.16 Termokopel dan penampil temperatur digital

h)

Clamp Meter Clamp meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus.

Penggunaan alat ukur clamp meter dalam pengambilan data yaitu untuk mengukur kuat arus kompresor. Jenis clamp meter yang digunakan adalah model KS-88. 32


Cara menggunakan clamp meter adalah dengan menjepitkan kabel kompresor ke clamp meter tersebut dan sensor akan membaca kuat arus di kabel tersebut dan menampilkannya di layar digital clamp meter. Gambar 3.16 menyajikan gambar clamp meter.

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 dan tersaji pada Gambar 3.17: -

Tekanan 0-220 Psi (dipasang pada pipa masuk kompresor, berwarna biru).

-

Tekanan 0-500 Psi (dipasang pada pipa keluar kompresor, berwarna merah).

33


Gambar 3.18 Pressure Guage 3.4

Proses Pemvakuman Setelah proses penyambungan selesai, sebuah rangkaian kulkas 2 pintu

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 kulkas 2 pintu. 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 kulkas 2 pintu terjadi kebocoran. Gambar 3.18 menyajikan salah satu photo saat pemvakuman.

Gambar 3.19 Proses Pemvakuman

34


3.5

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. Proses pengisian refrigeran melalui selang yang dihubungkan ke dalam dob yang terhubung pada kompresor.

Proses pengisian ini tidak seperti proses

pemvakuman, pada saat proses pengisian tidak menggunakan alat pompa vakum tetapi menggunakan tabung refrigeran. Gambar 3.19 menyajikan photo saat proses pengisian refrigeran .

Gambar 3.20 Proses 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 dan kembali ke proses awal. Jika sudah berhasil dapat memulai pengambilan data P 1, P2, T1, T3, I, Voltase dan Tbenda. 3.7

Mesin yang Diteliti Mesin yang diteliti adalah kulkas 2 (dua) pintu dengan kondensor 12U dan

13U. Mesin pendingin yang dijadikan penelitian menggunakan kompresor

35

HP,


dengan panjang pipa kapiler 150 cm. Gambar 3.20 menyajikan foto mesin yang diteliti.

Gambar 3.21 Mesin pendingin yang diteliti 3.8

Variasi Penelitian Variasi pada penelitian pendingin ini adalah pada kondensornya.

Kondensor yang digunakan adalah kondensor tipe U dengan variasi 12U dan 13U.

3.9

Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti Gambar 4.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam

skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur tekanan (pressure gauge ) pada mesin pendingin.

36


Kondensor 12U

Kondensor 13U

Gambar 3.22 Skematik mesin pendingin kulkas 2 (dua) pintu Keterangan pada Gambar 3.21: 

Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T 1) dan alat ukur tekanan P1



Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P 2



Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel 2 (T3)



Titik 4 : Tempat pemasangan tang ampere

3.10 Alat Bantu Penelitian Proses penelitian kulkas 2 (dua) pintu ini membutuhkan alat-alat yang dipergunakan untuk membantu dalam pengujian kulkas 2 (dua) pintu tersebut. Alat-alat bantu tersebut seperti termokopel dan alat penampilnya, pengukur tekanan, P-h diagram, air. 1.

Termokopel dan Alat Penampil Temperatur Digital Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor temperatur yang digunakan untuk mengubah perbedaan temperatur dalam benda menjadi perubahan dengan listrik. Alat penampil temperatur digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai temperatur yang diukur.

37


Gambar 3.23 Termokopel dan alat penampil temperatur digital 2.

Pengukur Tekanan Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi, sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.

Gambar 3.24 Pengukur Tekanan 3.

P – h diagram P–h diagram (Gambar 2.25) mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan P- h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap titik yang diteliti, temperatur evaporator dan temperatur kondensor.

4.

Air Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin yang dipergunakan dalam penelitian.

38


Gambar 3.25 Air (beban pendinginan) 5. Tang Ampere Tang ampere adalah alat untuk mengukur arus listrik. Cara penggunaannya adalah kabel yang akan diukur di lewatkan pada lubang tang ampere, setelah dilewatkan lobang tang ampere maka digital tang ampere akan membaca arus yang melintas pada kabel.

39


Gambar 3.26 Tang Ampere

3.11 Cara Mendapatkan Data Temperatur dan Tekanan Pengukuran temperatur dan tekanan dilakukan setiap 15 menit. Hasil penelitian disajikan pada tabel seperti pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Tabel untuk hasil pengukuran suhu, tekanan, arus dan voltase No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Waktu 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

P1

P2

T1

40

T3

Tbenda

I

V


13 195 14 210 15 225 16 240 17 255 18 270 19 285 20 300 21 315 22 330 23 345 24 360 25 375 26 390 27 405 28 420 29 435 30 450 31 465 32 480 3.12 Cara Mengolah Data Prosedur pengolahan data : 1.

Setelah semua data temperatur 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 (h1, h2, h3, h4), temperatur evaporator, temperatur kondensor, dan temperatur keluar kompresor.

2.

Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk menghitung besarnya energi kalor per satuan massa yang dilepaskan kondensor, menghitung kerja kompresor per satuan massa refrigeran, menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COP kulkas 2 (dua) pintu, efisiensi, dan laju aliran massa refrigeran.

41


3.

Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada seperti Persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, Persamaan (2.2) untuk menghitung energi kalor yang dilepas kondensor, Persamaan (2.3) untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, Persamaan (2.4) dan (2.5) untuk menghitung COP, Persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi, dan Persamaan (2.7) untuk menghitung laju aliran massa.

4.

Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COP, efisiensi, dan laju aliran massa) kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan pembahasan. Dalam proses pembahasan harus mempertimbangkan hasil-hasil penelitian sebelumnya dan juga tidak lepas dari tujuan penelitian.

42


BAB IV HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA, DAN PEMBAHASAN 4.1

Data Hasil Percobaan

Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigeran (P 1 dan P2) dan temperatur refrigeran (T1 dan T3) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu, ditampilkan pada Tabel 5.1 dan Tabel 5.2. Tabel 4.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 dan P2), temperatur (T1 dan T3), temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 13U No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Waktu (menit) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375

P1 (psia) 26,20 25,45 24,70 27,20 24,45 25,95 24,95 24,95 24,95 24,70 24,70 24,45 24,95 24,45 24,70 25,70 25,20 24,20 24,20 24,20 24,20 24,20 24,70 24,45 24,20

P2 T1 T3 (psia) (°F) (°F) 185,33 27,23 95,18 184,70 23,72 93,29 182,83 22,64 93,25 192,20 21,88 94,96 185,95 22,19 92,57 192,20 23,18 97,12 187,83 22,51 94,69 199,08 20,75 99,32 199,70 21,74 100,36 184,70 21,34 96,22 194,70 28,81 98,51 194,70 19,76 98,11 195,33 19,81 98,92 194,08 20,66 98,24 200,95 20,12 99,91 197,20 21,97 100,36 199,08 21,83 100,36 190,33 22,91 97,48 190,95 21,47 97,30 196,58 22,60 98,92 184,70 24,53 96,17 187,83 24,53 95,95 189,08 25,70 97,39 185,95 23,86 95,05 186,58 23,45 95,09 Tabel 4.1 Lanjutan

43

Tbenda (°F) 28,90 22,60 20,44 19,85 18,10 18,68 16,75 17,06 16,79 16,12 16,39 15,31 17,02 17,24 17,02 15,98 15,58 15,71 16,21 15,98 14,14 15,49 16,93 15,62 16,39

I (A) 0,82 0,81 0,81 0,82 0,81 0,82 0,80 0,81 0,82 0,81 0,81 0,79 0,80 0,80 0,81 0,80 0,80 0,79 0,79 0,81 0,80 0,82 0,81 0,81 0,82

V (V) 220,50 217,25 217,50 219,00 218,00 219,25 216,50 213,75 213,50 213,25 212,25 213,50 215,00 217,75 220,00 219,75 219,50 219,50 216,75 214,00 213,25 211,75 210,75 210,50 211,00


No 26 27 28 29 30 31 32

Waktu (menit) 390 405 420 435 450 465 480

P1 (psia) 24,95 24,20 24,70 24,95 23,95 23,95 24,95

P2 (psia) 182,83 180,33 182,20 182,20 174,70 174,08 187,20

T1 (°F) 25,30 24,04 24,22 23,77 23,81 24,13 21,74

T3 (°F) 94,33 93,83 94,78 93,20 92,39 91,13 95,00

Tbenda (°F) 16,70 15,44 16,61 16,52 17,20 16,25 18,10

I (A) 0,79 0,79 0,79 0,78 0,78 0,78 0,80

V (V) 211,00 212,25 212,75 213,50 215,25 217,00 217,25

Tabel 4.2 Hasil pengukuran tekanan (P1 an P2), temperatur (T1 dan T3), temperatur benda, arus, voltage untuk mesin dengan 12U No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Waktu (menit) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345

P1 (psia) 28,45 28,70 28,20 27,70 27,95 27,70 26,95 26,95 27,20 27,20 27,70 27,45 28,70 27,95 29,20 26,70 27,20 28,20 29,70 31,70 27,70 27,95 27,20

P2 (psia) 205,08 219,45 208,45 207,83 211,58 200,95 207,20 199,08 200,95 206,58 208,45 204,08 210,95 197,83 194,08 197,20 202,20 199,70 214,08 204,08 214,08 208,45 205,95

T1 (°F) 39,65 33,44 32,54 29,62 29,39 29,08 29,21 30,25 31,55 31,64 33,40 32,95 33,08 30,07 30,29 30,83 27,37 28,99 29,89 29,98 30,29 30,07 30,43

44

T3 (°F) 99,73 106,30 102,34 104,32 104,50 98,15 104,50 100,76 100,54 102,38 102,56 99,14 103,78 100,18 100,00 101,80 100,13 101,30 105,22 105,22 105,67 104,32 102,25

Tbenda (°F) 43,70 38,30 33,80 30,16 27,19 24,89 23,23 20,66 21,97 21,47 21,38 20,93 21,74 21,56 22,37 20,08 21,25 22,33 23,45 21,97 21,43 21,49 21,38

I (A) 0,87 0,86 0,86 0,83 0,87 0,88 0,89 0,88 0,83 0,87 0,84 0,83 0,83 0,81 0,83 0,82 0,83 0,83 0,87 0,83 0,87 0,86 0,86

V (V) 218,25 216,75 217,50 216,50 215,75 216,25 214,75 214,25 214,50 213,75 214,75 216,75 217,25 216,75 217,50 216,50 216,75 215,00 212,75 212,00 209,75 209,25 209,25


Tabel 4.2 Lanjutan No 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Waktu (menit) 360 375 390 405 420 435 450 465 480

P1 (psia) 27,20 27,95 27,45 26,70 27,20 26,95 26,95 26,20 26,45

P2 (psia) 202,83 215,95 199,83 201,20 202,83 204,08 210,33 200,58 202,20

T1 (°F) 29,39 28,63 28,90 29,75 30,02 29,80 28,81 27,77 28,22

T3 (°F) 104,00 106,97 99,32 100,40 100,94 101,48 101,17 99,32 100,67

Tbenda (°F) 21,34 21,29 21,07 21,07 20,44 20,57 20,80 19,85 21,34

I (A) 0,86 0,87 0,85 0,85 0,85 0,84 0,85 0,84 0,84

V (V) 210,50 210,50 212,25 212,75 214,75 215,50 216,25 216,75 216,50

Keterangan : -

Pada saat pengambilan data, temperatur kamar sebesar 27oC

-

Media yang didinginkan adalah air dengan volume 500 ml dan temperatur awal 27oC

-

P1

: Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (psia).

-

P2

: Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (psia).

-

T1

: Temperatur refrigeran saat masuk kompresor ( oF).

-

T3

: Temperatur refrigeran saat masuk pipa kapiler ( oF).

4.2

Perhitungan dan Pengolahan Data

Dari data temperatur 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 temperatur kerja kondensor dan temperatur kerja evaporator dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.3 dan Tabel 5.4. Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 13U No 1 2

Waktu (menit) 15 30

h1 ( )

h2 ( )

h3 ( )

267,83 256,18

272,48 88,50 88,50 298,10 97,81 97,81 Tabel 4.3 Lanjutan 45

h4 ( )

Tevap (K)

Tkond (K)

295,78 259,67

299,66 319,11


No 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Waktu (menit) 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390 405 420 435 450 465 480

h1 ( )

h2 ( )

h3 ( )

h4 ( )

Tevap (K)

Tkond (K)

253,85 251,52 253,85 253,85 251,52 246,87 244,54 244,54 251,52 244,54 244,54 244,54 242,21 239,88 244,54 239,88 249,19 249,19 251,52 251,52 249,19 251,52 244,54 244,54 244,54 246,87 246,87 244,54 244,54 242,21

298,10 291,12 302,76 298,10 291,12 288,79 291,12 288,79 298,10 291,12 286,46 288,79 286,46 286,46 291,12 288,79 288,79 288,79 291,12 293,44 295,77 291,12 288,79 291,12 291,12 291,12 295,77 288,79 286,46 286,46

95,49 100,14 97,81 97,81 95,49 100,14 100,14 97,81 100,14 102,47 100,14 100,14 100,14 100,14 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 95,49 95,49 95,49

95,49 100,14 97,81 97,81 95,49 100,14 100,14 97,81 100,14 102,47 100,14 100,14 100,14 100,14 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 97,81 95,49 95,49 95,49

258,00 263,56 258,00 260,22 259,67 260,22 259,67 258,56 259,67 260,22 259,67 260,22 259,11 260,78 260,78 260,22 259,67 258,00 258,00 257,44 259,11 257,44 258,00 257,44 258,00 259,11 258,56 259,11 258,00 258,56

321,89 321,89 320,22 321,89 320,78 324,67 324,67 320,22 321,33 322,44 321,89 321,89 325,78 324,67 326,33 321,89 321,89 321,89 320,22 320,78 321,89 320,78 320,78 320,22 320,22 321,89 320,22 316,33 316,33 319,11

Tabel 4.4 Hasil perhitungan nilai entalpi (h) di titik 1, 2, 3, 4, temperatur kerja kondensor dan evaporator untuk mesin dengan 12U No 1

Waktu (menit) 15

h1 ( )

h2 ( )

h3 ( )

244,54

302,76 100,14 100,14 Tabel 4.4 Lanjutan

46

h4 ( )

Tevap (K)

Tkond (K)

261,89

324,11


No 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Waktu (menit) 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390 405 420 435 450 465 480

h1 ( )

h2 ( )

h3 ( )

h4 ( )

Tevap (K)

Tkond (K)

253,85 251,52 256,18 256,18 253,85 245,70 245,70 256,18 251,52 256,18 256,18 260,84 260,84 244,54 253,85 256,18 251,52 251,52 256,18 256,18 256,18 253,85 256,18 244,54 255,02 249,19 252,69 250,36 251,52 250,36 248,03

307,42 314,40 309,75 313,24 302,76 312,08 300,43 300,43 307,42 316,73 302,76 302,76 302,76 279,47 298,10 305,09 300,43 302,76 314,40 302,76 302,76 312,08 307,42 302,76 306,25 292,28 299,27 302,76 299,27 299,27 302,76

121,10 114,12 109,46 109,46 100,14 100,14 97,81 100,14 100,14 100,14 97,81 102,47 100,14 97,81 100,14 111,79 100,14 102,47 116,45 100,14 111,79 104,80 102,47 110,62 103,64 98,98 108,29 105,97 108,29 103,64 103,64

121,10 114,12 109,46 109,46 100,14 100,14 97,81 100,14 100,14 100,14 97,81 102,47 100,14 97,81 100,14 111,79 100,14 102,47 116,45 100,14 111,79 104,80 102,47 110,62 103,64 98,98 108,29 105,97 108,29 103,64 103,64

263,00 264,11 260,78 260,78 260,78 260,78 260,78 263,00 261,89 260,78 260,78 261,89 261,89 261,89 260,78 260,78 261,89 264,11 265,78 260,78 261,89 259,67 259,67 260,78 260,78 257,44 260,78 260,78 263,00 260,78 260,22

333,56 326,33 324,11 332,44 325,22 326,33 323,00 327,44 331,89 328,56 329,67 327,44 321,89 321,89 321,33 324,11 321,33 331,89 327,44 331,89 331,89 331,33 324,11 331,89 323,00 324,11 326,33 327,44 332,44 326,33 324,11

1) Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran. (Win)

47


Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang dihasilkan oleh mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.1). Pada saat t = 480 menit : Win

= h2-h1

= 286,46 kJ/kg – 242,21 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 (Qout) Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor pada mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.2). Pada saat t = 480 menit Qout

:

= h2-h3

= 286,46 kJ/kg – 95,49 kJ/kg = 190,97 kJ/kg Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 190,97 kJ/kg. 3) Kalor yang diserap evaporator (Qin) Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator pada mesin kulkas 2 pintu, dapat menggunakan Persamaan (2.6). Pada saat t = 480 menit Qin

:

= h1-h4

= 242,21 kJ/kg – 95,49 kJ/kg = 146,72 kJ/kg Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 146,72 kJ/kg.

48


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=

:

=

= = 3,31 COPideal

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 = 0,78 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 Angka 1000 pada Persamaan (2.9) untuk mengonversi satuan watt ke dalam satuan kilowatt. Maka laju aliran massa mesin kulkas 2 pintu sebesar 0,0039 kg/s.

49


4.3

Hasil Perhitungan

Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 15 menit sampai (t) 480 menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin), COPaktual, COPideal, efisiensi, laju aliran massa dari kulkas 2 pintu ditampilkan pada Tabel 5.5 dan 5.6. Tabel 4.5 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U

0,86

Daya Kompresor (kW) 0,18

0,0043

4,32

0,82

0,17

0,0040

3,58

4,04

0,89

0,17

0,0040

190,97

3,82

4,52

0,85

0,17

0,0045

156,04

204,94

3,19

4,15

0,77

0,17

0,0036

44,25

156,04

200,29

3,53

4,22

0,84

0,18

0,0041

105

39,59

156,04

195,63

3,94

4,25

0,93

0,17

0,0044

8

120

41,92

146,72

188,64

3,50

4,04

0,87

0,17

0,0041

9

135

46,58

144,39

190,97

3,10

3,99

0,78

0,17

0,0037

10

150

44,25

146,72

190,97

3,32

4,19

0,79

0,17

0,0039

11

165

46,58

151,38

197,96

3,25

4,21

0,77

0,17

0,0037

12

180

46,58

142,06

188,64

3,05

4,18

0,73

0,16

0,0036

13

195

41,92

144,39

186,31

3,44

4,17

0,83

0,17

0,0041

14

210

44,25

144,39

188,64

3,26

4,22

0,77

0,17

0,0039

15

225

44,25

142,06

186,31

3,21

3,89

0,83

0,17

0,0040

16

240

46,58

139,74

186,31

3,00

4,08

0,73

0,17

0,0038

17

255

46,58

146,72

193,30

3,15

3,98

0,79

0,17

0,0038

18

270

48,91

142,06

190,97

2,90

4,22

0,69

0,17

0,0035

19

285

39,59

151,38

190,97

3,82

4,17

0,92

0,17

0,0043

20

300

39,59

151,38

190,97

3,82

4,04

0,95

0,17

0,0044

21

315

39,59

153,71

193,30

3,88

4,15

0,94

0,17

0,0043

22

330

41,92

153,71

195,63

3,67

4,06

0,90

0,17

0,0041

No

Waktu (menit)

Win ( )

Qin ( )

Qout ( )

COPaktual

COPideal

Efisiensi

1

15

41,92

158,37

200,29

3,78

4,37

2

30

44,25

156,04

200,29

3,53

3

45

44,25

158,37

202,62

4

60

39,59

151,38

5

75

48,91

6

90

7

Tabel 4.5 Lanjutan 50

̇ ( )


̇ ( )

0,79


0,0037

4,37

0,86

0,18

0,0043

3,88

4,06

0,96

0,16

0,0043

190,97

3,32

4,11

0,81

0,17

0,0039

146,72

193,30

3,15

4,10

0,77

0,16

0,0036

46,58

146,72

193,30

3,15

4,15

0,76

0,16

0,0036

435

44,25

149,05

193,30

3,37

4,13

0,82

0,16

0,0038

30

450

48,91

149,05

197,96

3,05

4,19

0,73

0,16

0,0034

31

465

44,25

149,05

193,30

3,37

4,53

0,74

0,16

0,0038

32

480

41,92

149,05

190,97

3,56

4,42

0,80

0,16

0,0040

No

Waktu (menit)

Win ( )

Qin ( )

Qout ( )

COPaktual

COPideal

Efisiensi

23

345

46,58

151,38

197,96

3,25

4,13

24

360

41,92

158,37

200,29

3,78

25

375

39,59

153,71

193,30

26

390

44,25

146,72

27

405

46,58

28

420

29

Tabel 4.6 Hasil perhitungan karakteristik kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U

0,59


0,0032

3,73

0,66

0,19

0,0035

2,19

4,24

0,51

0,19

0,0030

200,29

2,74

4,12

0,67

0,18

0,0034

146,72

203,78

2,57

3,64

0,71

0,19

0,0033

48,91

153,71

202,62

3,14

4,05

0,78

0,19

0,0039

105

66,37

145,56

211,93

2,19

3,98

0,55

0,19

0,0029

8

120

54,73

147,89

202,62

2,70

4,19

0,64

0,19

0,0034

9

135

44,25

156,04

200,29

3,53

4,08

0,86

0,18

0,0040

10

150

55,89

151,38

207,27

2,71

3,74

0,72

0,19

0,0033

11

165

60,55

156,04

216,59

2,58

3,85

0,67

0,18

0,0030

12

180

46,58

158,37

204,94

3,40

3,79

0,90

0,18

0,0039

13

195

41,92

158,37

200,29

3,78

4,11

0,92

0,18

0,0043

14

210

41,92

160,70

202,62

3,83

4,36

0,88

0,18

0,0042

15

225

34,93

146,72

181,66

4,20

4,38

0,96

0,18

0,0052

16

240

44,25

153,71

197,96

3,47

4,31

0,81

0,18

0,0040

17

255

48,91

144,39

193,30

2,95

4,12

0,72

0,18

0,0037

18

270

48,91

151,38

200,29

3,10

4,41

0,70

0,18

0,0036

19

285

51,24

149,05

200,29

2,91

3,90

0,75

0,18

0,0036

20

300

58,22

139,74

197,96

2,40

4,31

0,56

0,18

0,0030

21

315

46,58

156,04

202,62

3,35

3,67

0,91

0,18

0,0039

No

Waktu (menit)

Win ( )

Qin ( )

Qout ( )

COPaktual

COPideal

Efisiensi

1

15

58,22

144,39

202,62

2,48

4,21

2

30

53,57

132,75

186,31

2,48

3

45

62,88

137,41

200,29

4

60

53,57

146,72

5

75

57,06

6

90

7

Tabel 4.6 Lanjutan

51

̇ ( )


̇ ( )

0,83


0,0038

3,62

0,71

0,18

0,0031

3,00

4,03

0,74

0,18

0,0035

192,14

2,30

3,67

0,63

0,18

0,0032

151,38

202,62

2,95

4,19

0,70

0,18

0,0035

43,09

150,22

193,30

3,49

3,86

0,90

0,18

0,0042

420

46,58

144,39

190,97

3,10

3,98

0,78

0,18

0,0039

29

435

52,40

144,39

196,79

2,76

3,91

0,70

0,18

0,0034

30

450

47,74

143,23

190,97

3,00

3,79

0,79

0,18

0,0038

31

465

48,91

146,72

195,63

3,00

3,98

0,75

0,18

0,0037

32

480

54,73

144,39

199,12

2,64

4,07

0,65

0,18

0,0033

No

Waktu (menit)

Win ( )

Qin ( )

Qout ( )

COPaktual

COPideal

Efisiensi

22

330

46,58

144,39

190,97

3,10

3,74

23

345

58,22

149,05

207,27

2,56

24

360

51,24

153,71

204,94

25

375

58,22

133,91

26

390

51,24

27

405

28

4.4

Pembahasan Mesin pendingin kulkas 2 pintu berhasil dibuat dan dapat berjalan secara

normal saat uji coba. Tidak ada kebocoran pada setiap sambungan pipa maupun di setiap komponen. Evaporator dapat bekerja pada temperature sekitar -14,44°C, lebih rendah dari benda yang akan didinginkan. Kondensor dapat bekerja pada temperature sekitar 46,11°C, lebih tinggi dari temperatur udara disekitar kondensor. Hasil data yang diperoleh juga dapat digambarkan pada diagram p-h, dengan hasil siklus kompresi uap yang disertai dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut. Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, COPactual, COPideal, efisiensi, laju aliran massa dari mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari waktu ke waktu memiliki nilai yang berbedabeda. Gambar grafik hasil perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3, Gambar 4.4, Gambar 4.5, Gambar 4.6, Gambar 4.7.

52


100.00 90.00 80.00 Win (kJ/kg)

70.00 60.00 50.00 40.00 30.00

20.00

Kondensor 13U

10.00

Kondensor 12U

0.00 0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.1 Hubungan kerja kompresor dengan waktu Dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa Win rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 44,03 44,25 51,2

, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar

. Win rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar , sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 54,73

. Berdasarkan hasil

penelitian ini menunjukkan penggunaan kondensor dengan 12U pada mesin kulkas 2 pintu menghasilkan nilai Win rata-rata yang lebih tinggi dari mesin yang mempergunakan kondensor 13U. Demikian juga nilai pada saat stabil, mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U juga lebih tinggi dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U. Karena jumlah refrigeran yang masuk ke dalam kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U lebih sedikit dari mesin kulkas 2 pintu dengan 12U sehingga kerja kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U tidak terlalu berat. Pada saat penelitian, chasing kompresor panas. Temperatur chasing kompresor lebih tinggi dibandingkan saat tidak bekerja. Hal ini berarti, ada proses perpindahan kalor dari dalam kompresor keluar (ke udara sekitar). Dengan kata lain proses isentropis di dalam kompresor tidak berlangsung secara isentropis

53


adiabatis. Pada proses isentropis adiabatis tidak terjadi perpindahan energi dari

Qin (kJ/kg)

luar kedalam sistem ataupun dari sistem keluar lingkungan dari sistem.

200.00 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00

Kondensor 13U kondensor 12U

0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.2 Hubungan kalor yang diserap evaporator dengan waktu Dari Gambar 4.2 dapat diketahui bahwa Qin rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 149,41 146,72 148,21


Qin rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar , 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 13U. Jadi nilai Qin yang sedikit berubah-ubah bisa jadi disebabkan oleh tidak menentunya temperatur udara di dalam ruang evaporator dan tidak meratanya temperatur beban pendinginan. Seperti diketahui bahwa proses pendinginan dilakukan oleh udara yang bersirkulasi. Dengan tidak seragamnya temperatur, 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.

54


250.00

Qout (kJ/kg)

200.00 150.00 kondensor 13U

100.00

kondensor 12U 50.00 0.00 0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.3 Hubungan kalor yang dilepas kondensor dengan waktu Dari Gambar 4.3 dapat diketahui bahwa Qout rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 193,45


190,97

. Qout rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U sebesar

199,41

, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 199,12

.

Kondisi kondensor dipengaruhi 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 4.4 dapat diketahui bahwa COPaktual rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 3,41 sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 3,32. COPaktual 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 13U memiliki nilai rata-rata COPaktual lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U, nilai pada saat stabil juga lebih tinggi mesin kulkas 2 pintu dengan 13U dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan 12U.

55


10.00 9.00 8.00

kondensor 13U

COPaktual

7.00

kondensor 12U

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.4 Hubungan COPaktual dengan waktu Kerja kompresor pada mesin kulkas 2 pintu dengan menggunakan kondensor 13U 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 13U lebih baik karena semakin tinggi nilai COP semakin baik pula performa mesin kulkas 2 pintu. Dari Gambar 4.5 dapat diketahui bahwa COPideal rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 4,17, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 4,27. COPideal 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 13U 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 13U dari pada mempergunakan kondensor 12U.

56


10.00

COPideal

9.00 8.00

kondensor 13U

7.00

kondensor 12U

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.5 Hubungan COPideal dengan waktu

laju aliran massa (kg/s)

0.0100 kondensor 13U

0.0080

kondensor 12U 0.0060 0.0040 0.0020 0.0000 0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.6 Hubungan laju aliran massa dengan waktu Dari Gambar 4.6 dapat diketahui bahwa laju aliran massa rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 0,0039 saat stabil sebesar 0,0039

, sedangkan nilai pada

. Laju aliran massa rata-rata pada mesin kulkas 2

pintu dengan kondensor 12U sebesar 0,0036

57

, sedangkan nilai pada saat stabil


sebesar 0,0033

. Berdasarkan hasil penelitian menunjukan mesin kulkas 2 pintu

dengan kondensor 13U memiliki nilai laju aliran massa rata-rata yang lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu yang menggunakan kondensor 12U, sedangkan nilai pada saat stabil juga lebih tinggi menggunakan kondensor 13U 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 13U, membuat laju aliran massa mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U lebih tinggi dari pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondesor 12U.

1.00 0.90 0.80 efisiensi

0.70 0.60 0.50 0.40 0.30

kondensor 13U

0.20

kondensor 12U

0.10 0.00 0

100

200

300

400

500

waktu, t (menit)

Gambar 4.7 Hubungan efisiensi dengan waktu Dari Gambar 4.7 dapat diketahui bahwa efisiensi rata-rata pada mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U sebesar 0,81, sedangkan nilai pada saat stabil sebesar 0,78. 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 13U 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 13U dari pada mempergunakan kondensor 12U karena COPaktual mesin

58


kulkas 2 pintu dengan kondensor 13U lebih tinggi dari mesin kulkas 2 pintu dengan kondensor 12U.

59


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari pengujian mesin pendingin diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1.

Mesin pendingin

berhasil dibuat,

dengan menghasilkan temperatur

evaporator sekitar -14,44°C dan temperatur kerja kondensornya sekitar 46,11°C. Siklus kompresi uap digambarkan pada diagram P-h, disertai dengan proses pemanasan dan pendinginan lanjut. 2.

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) mesin pendingin dengan mempergunakan kondensor 12U dan kondensor 13U pada saat stabil berturutturut bernilai sebesar 54,73 kJ/kg dan 44,25 kJ/kg.

3.

Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) mesin pendingin dengan mempergunakan kondensor 12U dan kondensor 13U pada saat stabil berturut-turut sebesar 144,39 kJ/kg dan 146,72 kJ/kg.

4.

Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Q out) mesin pendingin dengan mempergunakan kondensor 12U dan kondensor 13U, pada saat stabil berturut-turut bernilai 199,12 kJ/kg dan 190,97 kJ/kg.

5.

COPaktual mesin pendingin dengan mempergunakan (a) kondensor 12U dan (b) kondensor 13U pada saat stabil berturut-turut bernilai sebesar 2,64 dan 3,32.

6.

COPideal mesin pendingin dengan mempergunakan

kondensor 12U dan

kondensor 13U, pada saat stabil berturut-turut bernilai sebesar 4,07 dan 4,27. 7.

Efisiensi mesin pendingin dengan mempergunakan kondensor 12U dan kondensor 13U, pada saat stabil berturut-turut bernilai 0,75 dan 0,79.

8.

Laju aliran massa rata-rata mesin pendingin dengan mempergunakan kondensor 12U dan kondensor 13U, saat stabil berturut-turut bernilai sebesar 0,0033 kg/detik dan 0,0039 kg/detik.

9.

Kondensor 13U lebih cepat melepas kalor dibandingkan dengan kondensor 12U.

60


5.2 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 temperatur udara dan angin yang melewati kondensor tidak terlalu berubah-ubah.

2.

Pengambilan data lebih ditekankan 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 membeku agar dapat dilihat perubahan temperaturnya contohnya daging.

61


DAFTAR PUSTAKA Anwar., 2010, Efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin, Jurnal Teknik Mesin, 8, hal 203-204. Handoyo dan Lukito., 2002, Analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin, Jurnal Teknik Mesin, 8, hal 193-195. Wilis., 2013, Penggunaan refrigeran R-22 dan R-134a pada mesin pendingin, Jurnal Teknik Mesin, 8, hal 97-100.

62


LAMPIRAN

63


64


65


66


67


68


69


70


71


72


73


74


75


76


77


78


12 U Data 2

79


80


81


82


83


84


85


86


87


88


89


90


91


92


93


94

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents