HALAMAN JUDUL. KARAKTERISTIK SHOWCASE MENGGUNAKAN REFRIGERAN R-134a BERDASARKAN VARIASI KECEPATAN KIPAS PENDINGIN KONDENSOR SKRIPSI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

HALAMAN JUDUL

KARAKTERISTIK SHOWCASE MENGGUNAKAN REFRIGERAN R-134a BERDASARKAN VARIASI KECEPATAN KIPAS PENDINGIN KONDENSOR

SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

FALEMON LEONARDO WILANI PUTRA NIM : 135214061

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2017

i


TITLE PAGE CHARACTERISTICS SHOWCASE USING REFRIGERANT R-134a BASED ON VARIATIONS IN CONDENSER COOLING FAN SPEED FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By :

FALEMON LEONARDO WILANI PUTRA Student Number : 135214061

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2017 ii


HALAMAN PENGESAHAN

iii


DAFTAR DEWAN PENGUJI

iv


v


vi


INTISARI Saat ini showcase sangat banyak digunakan untuk berjualan minuman kemasan yang sering dijumpai di supermarket, warung-warung, bahkan di pasarpasar. karena kegunaannya tersebut showcase sering sekali dijumpai pada depan warung-warung, hal ini dimaksudkan agar pembeli mudah melihat bahwa warung tersebut menjual minuman kemasan dingin. Dengan penempatan showcase di luar ruangan, membuat showcase sering bersentuhan dengan angin, terutama kondensor yang merupakan alat pembuang panas dari sistem mesin showcase, dimana penempatan kondensor pada umunya terletak di bagian belakang showcase dan kontak langsung dengan udara luar. Dengan adanya angin yang sering berhembus berpengaruh terhadap proses pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan sekitar. Tujuan dari penelitian ini adalah (a) merakit mesin pendingin showcase dengan siklus kompresi uap, (b) mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase, meliputi : energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondensor, kerja kompresor, nilai COP aktual dan COP ideal, laju aliran refrigeran serta nilai efisiensi mesin pendingin showcase untuk berbagai variasi kecepatan kipas. Penelitian ini menggunakan mesin showcase yang bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen utama Showcase meliputi kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler. Daya kompresor sebesar 115 watt, komponen yang lain menyesuaikan dengan daya kompresor, refrigeran yang dipergunakan adalah R-134a. Variasi yang dilakukan pada penelitian yaitu kecepatan putaran kipas yang mengaliri udara melewati kondensor : (a) Tanpa kipas (b) Kecepatan kipas medium dan (c) Kecepatan kipas high. Daya kipas yang digunakan 35 W dan beban pendinginan 4,8 L air. Pengambilan data setiap 20 menit, suhu maksimal ruang evaporator diatur 4°C. Penelitian ini memberikan hasil (a) Mesin showcase berhasil dirakit dan bekerja dengan baik, dengan tekanan kerja terendah pada evaporator sebesar 1,45 bar dan tekanan terendah pada kondensor sebesar 10 bar (b) Karakteristik mesin showcase terbaik dialiri oleh udara dengan kecepatan high, dengan nilai rata-rata untuk kerja kompresor sebesar 45,43 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor sebesar 212,00 kJ/kg, kalor yang diserap evaporator sebesar 164,43 kJ/kg, COPaktual sebesar 3,64, COPideal sebesar 4,45, laju aliran refrigerant sebesar 0,00447 kg/s, dan efisiensi sebesar 81,35%.

Kata kunci : kondensor, showcase, siklus kompresi uap, kecepatan udara.

vii


ABSTRACT

In this time, the showcase very much to used for sell of beverage packaging, which is often found in supermarket, small shop, even in the markets. Because of its usefulnes, the showcase is often to finded in the front of shops, it’s the mean for easy buyers to see thats the shop for sell cold beverage packaging. With placement the showcase out of the room, make it have exposed to the wind, especially condensers, it’s heat dissipation tool of the showcase engine system, in the general the condensers placement have a located back of the showcase and have direct contach with out air. With the wind has often blowing effect to heat dissipation process from condensers to environment. The purpose from research is (a) assemble the cooling machine showcase with vapor compresion cycle, (b) to know characteristics of the cooling machine showcase, that is : kalor energy have the absorbed by evaporator, kalor energy has removed condensers, compressor work, coefficient of performance (COP), refrigerant flow rate and efficiency value of cooling machine showcase for fan speed variation. This study used the showcase machine that’s worked with vapor compression cycle. The main component the showcase is compressor, evaporator, condensers, and capillary tube. The power of compressor is 115 W, others component have adjust with compressor power,the used refrigerant is R-134a. Variety of research is speed of fan which flowing air and then past the condenser : (a) without fan (b) medium fan speed and (c) high fan speed. The power of fan have to used 35 W and cooling load 4,8 L water. The taked data every 20 minute, maximum temperature evaporator room has setting 4°C. The study give to results (a) the showcase machine got assembled succeed and worked well, with minimum work pressure on the evaporator as big as 1,45 bar and minimum pressure on the condenser as big as 10 bar (b) the best characteristics of showcase machine is flowed by air with high speed, with the average to compressor work as big 45,43 kJ/kg, the heat that condensers released as big as 212,00 kJ/kg, the heat that evaporator absorbed as big as 164,43 kJ/kg, COPaktual as big as 3,64, COPideal as big as 4,45, the refrigerant flow rate as big as 0,00447 kg/s, and efficiency as big as 81,35%.

Keywords : condenser, showcase, vapor compression cycle, air speed.

viii


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang diberikannya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan berjalan lancar sesuai yang diinginkan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib ditempuh untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, skripsi ini dapat selesai tepat waktu. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2.

Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi, sekaligus sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3.

Doddy Purwadianto S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4.

Para Dosen beserta Tenaga Kependidikan di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

5.

Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

6.

Wolhel M. Salim dan A. Y. Sinta selaku orang tua penulis yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.

ix


x


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................................................ i TITLE PAGE .......................................................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii DAFTAR DEWAN PENGUJI............................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................................. v PERSETUJUAN PUBLIKASI .............................................................................. vi INTISARI.............................................................................................................. vii ABSTRACT ......................................................................................................... viii KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvii ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN ........................................................... xviii BAB I ...................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1

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

1.2

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

1.3

Tujuan ....................................................................................................... 3

1.4

Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.5

Manfaat penelitian .................................................................................... 4

BAB II ..................................................................................................................... 5

xi


DASAR TEORI DAN TINJAU PUSTAKA .......................................................... 5 2.1

Dasar Teori ............................................................................................... 5

2.1.1

Pengertian Mesin Pendingin ............................................................. 5

2.1.2

Pengertian Showcase ......................................................................... 5

2.1.3

Prinsip Kerja Showcase ..................................................................... 6

2.1.4

Siklus Kompresi Uap ........................................................................ 7

2.1.4.1 Perhitungan Karakteristik Pada Siklus Kompresi Uap ................ 11 2.1.4.2 Komponen-komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap ....... 14 2.1.4.3 Komponen-komponen Tambahan Mesin Siklus Kompresi Uap . 20 2.1.5 2.2

Refrigeran ........................................................................................ 22

Tinjauan Pustaka .................................................................................... 23

BAB III ................................................................................................................. 27 PEMBUATAN ALAT .......................................................................................... 27 3.1

Persiapan Komponen Utama dan tambahan Mesin Showcase ............... 27

3.2

Peralatan Yang Digunakan Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ..... 31

3.3

Proses Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ...................................... 34

3.3.1

Pembuatan Mesin Pendingin Showcase .......................................... 34

3.3.2

Proses Pemvakuman dan Pemetilan ................................................ 39

3.3.3

Proses Pengisian Refrigeran 134a ................................................... 41

3.3.4

Uji Coba Mesin Pendingin Showcase ............................................. 42

BAB IV ................................................................................................................. 44 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 44 4.1

Objek Penelitian ..................................................................................... 44

xii


4.2

Variasi Penelitian ................................................................................... 45

4.3

Alat Bantu Penelitian .............................................................................. 45

4.4

Alur Penelitian ........................................................................................ 48

4.5

Skema Pengambilan Data ....................................................................... 48

4.6

Cara Mendapatkan Data ......................................................................... 50

4.7

Cara Mengolah Data ............................................................................... 52

4.8

Cara Mencari Nilai Entalpi Menggunakan P-h Diagram ....................... 53

4.9

Cara Mendapatkan Kesimpulan ............................................................. 54

BAB V................................................................................................................... 55 HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN ..................... 55 5.1

Hasil Penelitian....................................................................................... 55

5.2

Perhitungan ............................................................................................. 58

5.3

Pembahasan ............................................................................................ 69

BAB VI ................................................................................................................. 73 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 73 6.1

Kesimpulan ............................................................................................. 73

6.2

Saran ....................................................................................................... 74

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 75 LAMPIRAN .......................................................................................................... 76

xiii


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 : Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap ................. 5 Gambar 2.2 : Mesin showcase .............................................................................. 6 Gambar 2.3 : Skema Showcase ............................................................................. 7 Gambar 2.4 : Siklus kompresi uap pada diagram P-h ........................................... 8 Gambar 2.5 : Siklus kompresi uap pada diagram T-s ........................................... 8 Gambar 2.6 : Kompresor hermatik ..................................................................... 15 Gambar 2.7 : Kompresor semi hermetik ............................................................. 15 Gambar 2.8 : Kompresor open type .................................................................... 15 Gambar 2.9 : kondensor dengan jari-jari penguat ............................................... 16 Gambar 2.10 : kondensor AC mobil ..................................................................... 16 Gambar 2.11 : Pipa kapiler ................................................................................... 18 Gambar 2.12 : Thermostatic exspansion valve ..................................................... 18 Gambar 2.13 : Automatic exspantion valve .......................................................... 18 Gambar 2.14 : Shut off valve dan Pneumatic valve .............................................. 18 Gambar 2.15 : Evaporator permukaan datar ......................................................... 19 Gambar 2.16 : Evaporator pipa bersirip ................................................................ 19 Gambar 2.17 : Thermostat .................................................................................... 20 Gambar 2.18 : filter ............................................................................................... 21 Gambar 2.19 : Motor dan daun kipas pada mesin showcase ................................ 22 Gambar 3.1 : Kompresor hermatik yang digunakan ........................................... 27 Gambar 3.2 : Kondensor jari-jari penguat (8U) yang digunakan........................ 28 Gambar 3.3 : Pipa kapiler yang digunakan ......................................................... 28 xiv


Gambar 3.4 : Evaporator datar yang digunakan.................................................. 29 Gambar 3.5 : Filter yang digunakan .................................................................... 29 Gambar 3.9 : Fan yang digunakan untuk ruang evaporator................................ 31 Gambar 3.11 : pelebar pipa (sumber : Aliexpress.com) ........................................ 32 Gambar 3.12 : Alat las .......................................................................................... 32 Gambar 3.13 : Bahan las ....................................................................................... 33 Gambar 3.14 : Cairan metil ................................................................................... 33 Gambar 3.15 : Pompa vakum ................................................................................ 33 Gambar 3.16 : Pressure gauge .............................................................................. 34 Gambar 3.17 : Kerangka aluminium ..................................................................... 35 Gambar 3.18 : Posisi kompresor sudah terpasang ................................................ 35 Gambar 3.19 : Posisi kondensor yang telah terpasang .......................................... 36 Gambar 3.20 : Posisi evaporator telah terpasang .................................................. 36 Gambar 3.21 : Thermostat yang telah terpasang................................................... 37 Gambar 3.22 : Proses pemotongan pipa tembaga ................................................. 37 Gambar 3.23 : Proses pengelasan pipa dari evaporator ke kompresor ................. 37 Gambar 3.24 : Proses pengelasan pipa dari kompresor ke kondensor .................. 38 Gambar 3.25 : Proses pengelasan sambungan pipa kondensor dengan filter ....... 38 Gambar 3.26 : Proses pengelasan sambungan filter ke pipa kapiler ..................... 38 Gambar 3.27 : Posisi fan pada kondensor telah terpasang .................................... 39 Gambar 3.28 : Posisi fan pada ruang evaporator telah terpasang ......................... 39 Gambar 3.29 : Proses pemvakuman dan pemetilan .............................................. 40 Gambar 3.30 : Proses pengisian refrigerant .......................................................... 42

xv


Gambar 4.1 : Sketsa mesin showcase ................................................................. 44 Gambar 4.2 : Unit mesin showcase ..................................................................... 44 Gambar 4.3 : Pressure gauge ............................................................................... 46 Gambar 4.4 : Thermocauple digital .................................................................... 46 Gambar 4.5 : Tang amper (calmp ampere) ......................................................... 47 Gambar 4.6 : Thermometer ruangan ................................................................... 47 Gambar 4.7 : Stopwatch ...................................................................................... 47 Gambar 4.8 : Alur penelitian............................................................................... 48 Gambar 4.9 : Skema pengambilan data............................................................... 49 Gambar 4.10 : P-h diagram ................................................................................... 54 Gambar 5.1 : Perbandingan kerja kompesor (Win) ............................................ 59 Gambar 5.2 : Perbandingan kalor yang dilepas kondensor (Qout) ....................... 61 Gambar 5.3 : Perbandingan kalor yang diserap oleh ovaporator (Qin) ............... 62 Gambar 5.4 : Perbandingan nilai COPaktual ......................................................... 64 Gambar 5.5 : Perbandingan COPideal ................................................................... 65 Gambar 5.6 : Perbandingan efisiensi showcase .................................................. 67 Gambar 5.7 : Perbandingan laju aliran massa refrigeran (ṁ) ............................. 69

xvi


DAFTAR TABEL Tabel 4.1 : Tabel pengambilan data .................................................................... 52 Tabel 5.1 : Data pengujian tanpa kipas ............................................................... 55 Tabel 5.2 : Data pengujian Kecepatan medium ................................................... 56 Tabel 5.3 : Data kecepatan kecepatan high ......................................................... 56 Tabel 5.4 : Nilai entalpi, TE dan TK tanpa kipas ................................................. 57 Tabel 5.5 : Nilai entalpi, TE dam TK kecepatan kipas medium ........................... 57 Tabel 5.6 : Nilai entalpi, TE dan TK kecepatan kipas high .................................. 58 Tabel 5.7 : Kerja kompresor (Win) ...................................................................... 58 Tabel 5.8 : Kalor yang dilepas kondensor (Qout)................................................. 60 Tabel 5.9 : Kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) ......................................... 61 Tabel 5.10 : Koefisien prestasi (COPaktual) ............................................................ 63 Tabel 5.11 : Koefisien prestasi ideal (COPideal) .................................................... 65 Tabel 5.12 : Efisiensi dari mesin showcase .......................................................... 66 Tabel 5.13 : Laju aliran massa refrigeran (ṁ) ....................................................... 68 Tabel 6.1 : Nilai rata-rata karakteristik showcase ............................................... 73 Tabel 6.2 : Nilai rata-rata COP dan efisiensi ...................................................... 74

xvii


ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN Qin

: Energi kalor yang diserap oleh evaporator …(kJ/kg).

Qout

: Energi kalor yang dilepas kondensor…(kJ/kg)

Win

: Kerja kompresor…(kJ/kg)

TE

: Temperatur kerja evaporator…(°C)

Tk

: Temperatur kerja kondensor…(°C)

P1

: Tekanan refrigeran masuk kompresor…(bar)

P2

: Tekanan refrigeran keluar kompresor…(bar)

T1

: Suhu refrigeran keluar evaporator…(°C)

T2

: Suhu refrigeran keluar kompresor…(°C)

T3

: Suhu refrigeran keluar kondensor…(°C)

h1

: Nilai entalpi masuk kompresor…(kJ/kg)

h2

: Nilai entalpi keluar kompresor…(kJ/kg)

h3

: Nilai entalpi keluar kondensor…(kJ/kg)

h4

: Nilai entalpi masuk evaporator…(kJ/kg)

s

: Nilai entropi …(kJ/kg.K)

h

: Nilai entalpi…(kJ/kg)

ṁ

: Laju aliran massa refrigeran…(kg/s)

ƞ

: Efisiensi (%)

COP

: Coefficient of performance.

xviii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 1

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Saat ini showcase sangat banyak digunakan untuk berjualan minuman

kemasan yang sering dijumpai di supermarket, warung-warung, bahkan di pasarpasar. Showcase tidak hanya digunakan untuk mendinginkan minuman tetapi ada juga yang digunakan untuk mendinginkan bahan makanan. Minuman atau makanan yang didinginkan mengunakan showcase tidak boleh dalam kondisi beku, hal itu dimaksudkan supaya minuman mudah diminum. Secara umum mesin showcase digunakan untuk berjualan, karena kegunaannya tersebut showcase sering sekali dijumpai pada depan warungwarung, hal ini dimaksudkan agar pembeli mudah melihat bahwa warung tersebut menjual minuman kemasan dingin. Selain penempatan showcase di luar atau di depan warung, showcase pada umumnya memiliki pintu yang didesain menggunakan bahan yang transparan, hal itu dimaksudkan agar minuman dalam showcase mudah dilihat dan pembeli dapat memastikan minuman yang diinginkan ada dalam showcase, jika minuman yang diinginkan tidak ada maka pintu showcase tidak perlu dibuka, hal ini membuat beban yang didinginkan tidak terganggu, apa bila pintu showcase sering dibuka maka suhu dalam ruang showcase dapat dengan mudah keluar hal itu berpengaruh terhadap lamanya proses pendingin minuman atau makanan yang ada dalam showcase. Dengan penempatan showcase di luar ruangan, membuat showcase sering bersentuhan dengan angin, terutama kondensor yang merupakan alat pembuang


panas dari sistem mesin showcase, dimana penempatan kondensor pada umunya terletak di bagian belakang showcase dan kontak langsung dengan udara luar. Dengan adanya angin yang sering berhembus berpengaruh terhadap proses pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan sekitar. Menurut Marwan Effendy (2005), Semakin besar kecepatan udara pendingin pada kondensor menyebabkan kenaikan efek refrigerasi, sedangkan kerja kompresi dan daya kompresor ada kecenderungan menurun. Dengan demikian perlu dilakukan pengujian terhadap mesin showcase untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara yang melintasi kondensor terhadap karakteristik mesin showcase serta mengetahui nilai COP dan efisensi dari mesin showcase yang akan diuji. Aliran udara pada penelitian ini menggunkan kipas angin yang dipasang pada kondensor. Melihat latar belakang diatas kebutuhan mesin showcase sangat penting dalam berjualan minuman kemasan dingin dan perlunya diketahui pengaruh penempatan mesin showcase dalam rungan maupun luar rungan. penulis tertarik untuk mendalami tentang mesin showcase menggunakan refrigeran R-134a berdasarkan variasi keceptan kipas pendingin kondensor, dengan melakukan penelitian tentang

mesin showcase. Diharapkan hasil penelitian dapat

memberikan mamfaat bagi para insan akademis dan publik. 1.2

Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, yang menjadi permasalahan dalam

penelitian ini adalah performa mesin pendingin showcase, dikaitkan terhadap pemasangan kipas pendingin pada kondensor. Oleh karena itu diperlukan


pengujian dengan memvariasikan kecepatan kipas untuk mengetahui karekteristik dari mesin pendingin showcase. 1.3

Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah :

a.

Membuat dan merakit mesin pendingin Showcase.

b.

Mengetahui waktu yang dibutuhkan untuk mendinginkan ruang evaporator.

c.

Mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase dengan refrigeran R134a dengan memvariasi kecepatan kipas yang dipergunakan dalam mendinginkan kondensor, meliputi : 1. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) 2. Energi kalor yang dilepas kondensor parsatuan massa refrigeran (Qout) 3. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) 4. COP aktual dan COP ideal showcase 5. Nilai efisiensi showcase 6. Laju aliran massa refrigeran

1.4

Batasan Masalah Batasan permasalahan dalam penelitian ini antara lain :

a.

Dalam unit mesin pendingin terdapat komponen-komponen utama dan tambahan yaitu : kompresor 115 w, kondensor 8U jari-jari penguat, pipa kapiler, filter, evaporator, dan thermostat.

b.

Kipas angin untuk mendinginkan kondensor menggunakan kipas angin merek SAKAI model HFN 950, ukuran 23 cm, daya 35 W, tegangan 220 V (AC), dan frekuensi 50 Hz.


c.

Dalam penelitian ini menggunakan refrigeran R-134a.

d.

Beban pendingin yang dipakai adalah 8 botol air mineral (600 ml/botol).

e.

Karakteristik mesin pendingin yang digunakan

untuk menghitung COP

didasarkan pada kondisi ideal kerja siklus kompresi uap dari mesin pendingin dengan proses kompresi yang berlangsung dengan entropi konstan dan proses penurunan tekanan yang berlangsung dengan nilai entalpi yang konstan. 1.5

Manfaat penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah :

a.

Dapat digunakan sebagai referensi untuk para peneliti lain dengan penelitian sejenis.

b.

Dapat menambah ilmu dan pengetahuan tentang mesin pendingin showcase dengan penambahan kipas pada kondensor, yang dapat di letakan di perpustakaan.

c.

Hasil dan penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi dan menjadi acuan bagi para insan akademis dan publik dalam rangka memilih dan menggunakan mesin pendingin supaya dapat melestarikan lingkungan dan konversi energi.


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAU PUSTAKA

2.1 2.1.1

Dasar Teori Pengertian Mesin Pendingin Mesin pendingin adalah salah satu mesin konversi energi yang digunakan

untuk memindahkan panas dari temperatur rendah menuju temperatur yang lebih tinggi dengan bantuan kerja dari luar. Mesin pendingin yang banyak digunakan pada umumnya menggunakan siklus kompresi uap. Mesin pendingin yang bekerja dengan siklus kompresi uap mempunyai komponen utama yang terdiri dari empat bagian yaitu : evaporator, kompresor, kondensor, dan pipa kaplier/katup ekspansi. Fluida kerja yang digunakan pada siklus kompresi uap disebut refrigeran. Gambar 2.1 memperlihatkan rangkaian komponen utama mesin pendingin pada siklus kompresi uap. Qout

3

FILTER

KONDENSOR

2

PIPA KAPILER

Win

1

KOMPRESOR

EVAPORATOR

4

Qin

Gambar 2.1 : Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap 2.1.2

Pengertian Showcase Showcase adalah mesin pendingin yang digunakan untuk mendinginkan

berbagai jenis makanan dan minuman kemasan. Showcase pada umumnya


memiliki bentuk fisik dan prinsip kerja seperti kulkas, tetapi showcase memiliki pintu yang didesain menggunakan bahan transparan. Suhu kerja pada showcase diatur agar berada pada suhu antara 0°C sampai 10°C. Pengaturan suhu tersebut dilakukan dengan tujuan agar makanan dan minuman yang didinginkan tidak mengalami pembekuan. Pengaturan suhu dilakukan oleh thermostat. Gambar 2.2 memperlihatkan beberapa jenis showcase yang ada di pasaran.

Gambar 2.2 : Mesin showcase (Sumber : www.mesinraya.co.id) 2.1.3

Prinsip Kerja Showcase Ketika kompresor dinyalakan, maka refrigeran akan mengalir kesemua

bagian sistem. Sebelum masuk kompresor, refrigeran dengan kondisi uap jenuh dikompresikan sehingga uap keluar kompresor menjadi uap panas lanjut, lalu uap tersebut mengalir pada bagian kondensor untuk melepas kalor ke lingkungan sehingga terjadi proses kondensasi. Uap berubah menjadi cair jenuh kemudian melewati filter, selanjutnya menuju pipa kapiler dan mengalami penurunan tekanan. Pada bagian evaporator cairan refrigeran akan mengalami evaporasi sehingga berubah menjadi uap jenuh dan masuk kedalam kompresor untuk dikompresikan. Proses itu akan terjadi secara terus menerus hingga mendapat


suhu yang diinginkan. Showcase terdiri dari beberapa bagian komponen utama yang masing-masing dihubungkan menggunakan pipa tembaga sehingga menjadi satu rangkaian. Fluida kerja yang digunakan pada mesin showcase

adalah

refrigeran. Gambar 2.3 menunjukkan skema mesin showcase.

Keterangan : a : Kompresor b : Kondensor c : Thermostat d : Evaporator e : Filter f : Pipa kapiler

Gambar 2.3 : Skema Showcase 2.1.4

Siklus Kompresi Uap Mesin pendingin dengan siklus kompresi uap merupakan mesin yang paling

banyak digunakan pada refrigerasi. Komponen utama dari siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator dan katup ekspansi atau pipa kapiler. Untuk membersihkan kotoran pada refrigeran dalam sistem mesin pedingin siklus kompresi uap, menggunakan filter yang dipasang sebelum pipa kapiler. Proses-proses siklus kompresi uap jika disajikan pada diagram P-h dan diagram T-s ditunjukkan seperti Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.


P Qout

3

P2

2a

2

3a

P1

4

1

1a

Qin

h1

h3=h4

Win

h2

h

Gambar 2.4 : Siklus kompresi uap pada diagram P-h

T 2

3a

Qout

2a

3

Win 1 4

Qin

1a

s

Gambar 2.5 : Siklus kompresi uap pada diagram T-s Pada siklus ini uap ditekan, kemuadian diembunkan menjadi cairan, kemudian tekanan diturunkan agar cairan tersebut dapat menguap kembali. Penyerapan panas pada siklus kompresi uap dilakukan dalam evaporator dengan temperatur dan tekanan rendah. Dalam evaporator, refrigeran berubah dari fase cair menjadi fase gas, lalu masuk ke kompresor. Karena kerja kompresor, refrigeran menjadi gas yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. Untuk melepas panas yang diserap


oleh evaporator, refrigeran diembunkan di dalam kondensor sehingga refrigeran menjadi cair. Sebelum refrigeran memasuki evaporator, refrigeran diekspansikan terlebih dahulu oleh pipa kapiler atau katup ekspansi. Pada alat ini tekanan refrigeran yang masuk ke evaporator diturunkan, penurunan tekanan ini disesuaikan dengan kondisi yang diinginkan. Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap mesin refrigerasi yaitu : a.

Proses 1-2 Proses 1-2 adalah proses kompresi. Proses ini berlangsung secara isentropik

adiabatik (isoentropi atau entropi konstan). Kompresor menghisap refrigeran kemudian mengkompresikan refrigeran menuju kondensor. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap panas lanjut bertekanan rendah. Setelah dikompresi refrigeran menjadi uap panas lanjut bertekanan tinggi. Akibat tekanan naik, suhu refrigeran juga mengalami kenaikan. b.

Proses 2-2a Proses 2-2a adalah proses penurunan suhu atau disebut juga dengan proses

desuper heating. Proses ini berlangsung mulai dari keluar kompresor sampai ke dalam kondensor. Penurunan suhu ini disebabkan karena proses pembuangan kalor dari refrigeran ke udara. Fase refrigeran berubah dari gas panas lanjut ke uap jenuh. Proses penurunan suhu berlangsung pada tekanan kerja kondensor (P2) yang tetap. c.

Proses 2a-3a

Proses 2a-3a adalah proses kondensasi. Proses ini berlangsung dari kondisi refrigeran berupa fase gas jenuh sampai cair jenuh, proses berlangsung pada suhu


dan tekanan yang tetap. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari gas menjadi cair yang mengeluarkan kalor. Kalor yang dibuang ke lingkungan kondensor. Kalor dapat mengalir ke lingkungan karena suhu pada kondensor lebih tinggi dari suhu lingkungan. d.

Proses 3a-3 Proses 3a-3 adalah proses pendinginan lanjut atau disebut dengan subcooling.

Pada proses ini terjadi pelepasan panas dari refrigeran ke udara di luar kondensor setelah refrigeran pada kondisi cair jenuh, sehingga refrigeran yang keluar dari kondensor suhunya lebih rendah dari suhu pengembunan. Fase refrigeran pada keadaan cair lanjut proses ini berlangsung pada tekanan tetap dan tekanan tinggi (P2). Dengan keadaan cair lanjut pada saat keluar kondensor maka refrigeran akan mudah masuk ke dalam pipa kapiler, karena pipa kapiler mempunyai diameter yang sangat kacil. Tujuan proses pendingin lanjut ini agar refrigeran yang masuk ke pipa kapiler benar-benar dalam keadaan cair. e.

Proses 3-4

Proses 3-4 adalah proses ekspansi. Proses ini berlangsung di pipa kapiler secara isoentalpi ( entalpi sama ). Hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan penurunan temperatur. Fase ini berlangsung dari fase cair menjadi fase campuran (cair dan gas). f.

4-1a Proses 4-1a adalah proses evaporasi. Proses ini berlangsung di evaporator

secara isobar (tekanan sama) dan isotermal (suhu sama).


Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan sekitar atau media yang di dinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas jenuh bertekanan rendah. g.

Proses 1a-1 Proses 1a-1 adalah proses pemanasan lanjut. Pada proses ini refrigeran

mengalami kenaikan suhu. Fase refrigeran berubah dari uap jenuh ke uap panas lanjut. Proses ini berlangsung pada tekanan tetap, pada tekanan rendah (P1). Tujuan dari pemanasan lanjut ini supaya refrigeran yang masuk ke kompresor benar-benar dalam keadaan gas. 2.1.4.1 Perhitungan Karakteristik Pada Siklus Kompresi Uap Diagram tekanan entalpi siklus kompresi uap dapat digunakan untuk menganalisa unjuk kerja mesin pendingin yang meliputi kerja kompresor, energi yang dilepas kondensor, energi yang diserap evaporator, Coefficient of performance (COPaktual), COPideal, dan Efisiensi mesin pendingin. a.

Kerja Kompresor (Win) Kerja kompresor persatuan massa refrigeran merupakan perubahan entalpi

pada diagram P-h di titik 1-2 dari siklus kompresi uap dapat di hitung dengan Persamaan (2.1).

Win  h2  h1

. . . . . (2.1)

Win adalah kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg), dan h1 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg). b.

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout)


Energi kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 pada P-h diagram, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).

Qout  h2  h3

. . . . .(2.2)

Qout adalah energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg), dan h3 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg). c.

Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) Energi kalor persatuan massa refrigeran yang diserap oleh evaporator

merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 pada P-h diagram, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.3).

Qin  h1  h4

. . . .(2.3)

Qin adalah energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai pada saat masuk kompresor (kJ/kg), dan h4 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4 sama dengan h3 (kJ/kg). d.

Koefisien prestasi / Coefficient of Performance (COP) Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah perbandingan antara

panas yang dilepas dari ruang yang didinginkan dengan kerja yang disalurkan. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator dibagi kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).


COPaktual 

Qin h1  h4  Win h2  h1

. . . . . (2.4)

COPaktual adalah koefisien prestasi mesin pendingin, Qin adalah kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg), Win adalah kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg), h1 adalah nilai entalpi refrigeran saat keluar evaporator atau sama dengan nilai entalpi pada saat masuk kompresor (kJ/kg), h2 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg), dan h4 adalah nilai entalpi refrigeran saat masuk evaporator atau sama dengan nilai entalpi saat keluar dari pipa kapiler. Karena proses pada pipa kapiler berlangsung pada entalpi yang tetap maka nilai h4 = h3 (kJ/kg). e.

Koefisien prestasi ideal (COPideal) Koefisien prestasi ideal pada siklus kompresi uap standar dapat dihitung

dengan Persamaan (2.5). COPideal 

Tevap T cond Tevap

. . . . . (2.5)

COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin, Tevap adalah suhu evaporator (K) dan Tcond adalah suhu kondensor (K). f.

Efisiensi mesin pendingin (η) Efisiensi mesin pendingin dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).



COPaktual 100% COPideal

. . . . . (2.6)

Dengan COPideal adalah koefisien prestasi maksimum mesin pendingin, dan COPaktual adalah koefisien prestasi mesin pendingin.


g.

Laju aliran massa refrigeran (ṁ) Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung menggunakan persamaan (2.7). 

m

I V Win

. . . . . (2.7)

ṁ adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s), I adalah arus listrik (A), V adalah voltase (watt), dan Win adalah kerja yang dilakukan kompresor (KJ/kg). 2.1.4.2 Komponen-komponen Utama Mesin Siklus Kompresi Uap a.

Kompresor Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigeran dari tekanan rendah

ke tekanan tinggi. Kompresor menghisap kemudian mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi atau perputaran refrigeran yang mengalir dari dalam pipa-pipa mesin pendingin. Jenis kompresor yang sering dipakai pada mesin pendingin adalah kompresor hermetik

yang merupakan kompresor torak

(reciprocating compressor) yang digerakkan oleh motor listrik. Jenis kompresor torak lainnya yaitu kompresor semi hermetik dan kompresor open type. Kompresor

torak

jenis hermetik dapat dilihat pada

Gambar 2.6. Motor

penggerak kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup, bersatu dengan kompresor. Motor penggerak langsung memutarkan poros kompresor, sehingga jumlah putaran kompresor sama dengan jumlah putaran motornya. Kompresor bekerja secara dinamis menghisap dan kemudian mengkompresi refrigeran sehingga terjadi sirkulasi refrigeran yang mengalir dalam pipa-pipa pada mesin pendingin. Fase yang terjadi ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. kondisi gas yang keluar kompresor berupa gas panas lanjut. Suhu gas refrigeran yang keluar kompresor lebih tinggi dari suhu kerja


kondensor. Gambar 2.6 sampai Gambar 2.8 memperlihatkan jenis-jenis kompresor.

Gambar 2.6 : Kompresor hermatik (Sumber : Teachintegration.wordpres.com)

Gambar 2.7 : Kompresor semi hermetik (Sumber : www.electronicglobal.com)

Gambar 2.8 : Kompresor open type (Sumber : www.refrigerasi.com)


b.

Kondensor Kondensor adalah peralatan yang berfungsi sebagai alat pengembunan atau

kondensasi refrigeran.

Gambar 2.9 : kondensor dengan jari-jari penguat ( Sumber : www.edukasielektronika.com)

Gambar 2.10 : kondensor AC mobil (sumber : m.acmobilindonesia.com) Di dalam kondensor berlangsung dua proses yaitu proses penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh (proses desuperheating), proses berikutnya dari gas panas jenuh menuju ke cair jenuh (proses kondensasi) dan proses pendinginan lanjut (subcooling). Proses pengembunan refrigeran dari kondensasi panas jenuh menuju ke cair jenuh berlangsung pada tekanan tetap. Saat ketiga proses itu berlangsung, kondensor membuang kalor dalam bentuk panas ke lingkungan sekitar (udara luar). Jenis kondensor yang sering digunakan dalam sistem mesin pendingin dalam kapasitas kecil adalah kondensor dengan


bentuk jari-jari penguat, pipa dengan plat besi dan pipa bersirip. dua jenis kondensor berdasarkan media pendinginnya, kondensor berpendingin udara (air cooled condenser), kondenser berpendingin air (water cooled condenser). Umumnya kondensor yang dipakai dalam sistem mesin pendingin adalah kondensor dengan pipa jari-jari penguat berpendingin udara, sedangkan mesin AC menggunakan jenis pipa bersirip. Gambar 2.9 memperlihatkan kondensor dengan jari-jari penguat. Gambar 2.9 dan Gambar 2.10 memperlihatkan jenis-jenis kondensor. c.

Pipa Kapiler Pipa kapiler merupakan alat untuk menurunkan tekanan refrigeran. Pipa

kapiler umumnya mempunyai panjang 1 meter hingga 6 meter, dengan diameter dalam 0,5 mm hingga 2 mm. Ketika refrigeran mengalir di dalam pipa kapiler maka akan terjadi penurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam pipa kapiler. Proses penurunan tekanan refrigeran dalam pipa kapiler berlangsung ada entalpi konstan atau tetap. Pada saat refrigeran masuk dalam pipa kapiler, refrigeran dalam bentuk fase cair penuh. Saat refrigeran masuk ke dalam evaporator refrigeran dalam fase cair dan gas. Jenis alat ekspansi lain yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan, yaitu hend valve, TXV (thermostatic exspansion valve), AXV (automatic ekspansion valve). Ketup ekspansi jenis TXV dan AXV bisasanya digunakan pada sistem mesin pendingin yang memiliki kapasitas sedang hinga kapasitas besar. Gambar 2.11 sampai Gambar 2.14 memperlihatkan jenis-jenis pipa kapiler dan alat ekspansi lainnya.


Gambar 2.11 : Pipa kapiler (sumber : www.wartasaranamedia.com)

Gambar 2.12 : Thermostatic exspansion valve (Sumber : www.ac-heatingconnect.com)

Gambar 2.13 : Automatic exspantion valve (Sumber : www.supplyhouse.com)

Gambar 2.14 : Shut off valve dan Pneumatic valve (sumber : www.cruiseac.com dan www.directindustry.com)


d.

Evaporator Evaporator merupakan tempat perubahan fase dari cair menjadi gas, atau

dapat disebut juga sebagai tempat penguapan. Saat perubahan fase, diperlukan energi kalor. Energi kalor tersebut diambil dari lingkungan evaporator yaitu berupa benda-benda yang ada di dalam ruang evaporator. Hal tersebut terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya, sehingga panas dapat mengalir ke refrigeran. Proses penguapan refrigeran di dalam evaporator berlangsung pada tekanan tetap dan suhu tetap. Berbagai jenis evaporator yang sering di gunakan pada mesin pendingin adalah jenis evaporator permukaan datar, dan jenis evaporator dengan pipa bersirip. Gambar 2.15 dan 2.16 memperlihatkan jenis-jenis evaporator.

Gambar 2.15 : Evaporator permukaan datar (sumber : www.bolandref.com)

Gambar 2.16 : Evaporator pipa bersirip (Sumber : www.acrilicac.com)


2.1.4.3 Komponen-komponen Tambahan Mesin Siklus Kompresi Uap a.

Thermostat Thermostat adalah alat yang berfungsi untuk mengatur batas suhu dalam

ruang evaporator, mengatur lama kompresor berhenti dan mengatur kerja kompresor.

Gambar 2.17 : Thermostat (Sumber : www.agamtorik.web.id)

Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah menguap. Tabung tersebut ditempatkan pada ruang mesin pendingin (ruang evaporator) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas. Prinsip kerja thermostat adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku ( dalam evaporator sudah mencapai suhu yang ditentukan), maka cairan dalam tabung thermostat akan beku, cairan yang membeku akan menyusut, dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong, ruang gas akan menjadi kendur, kemudian pegas akan menekannya sehingga kontak sekelar akan membuka dengan demikian hubungan arus listrik akan terputus. Kompresor akan berhenti bekerja dalam waktu yang relatif lama dan apabila ruang pendingin atau evaporator suhunya naik dan tidak pada titik beku. Fluida dalam thermostat akan menjadi cair yang berarti ruang gas memberi tekanan pada sekelar kontak sehingga sekelar menutup dan menghubungkan


kembali

arus

listrik, kompresor

akan

kembali

bekerja.

Gambar

2.17

memperlihatkan thermostat pada mesin pendingin. b.

Filter Filter adalah alat yang digunakan untuk menyaring kotoran yang terbawa saat

proses sirkulasi refrigeran. Dengan adanya filter, bahan pendingin yang membawa kotoran akan tersaring dan kemudian bahan pendingin yang telah melewati filter akan menjadi lebih bersih sehingga proses sirkulasi refrigeran dapat berlangsung dengan maksimal. Selain itu jika tidak ada filter, kotoran akan masuk kedalam pipa kapiler dan dapat membuat pipa tersumbat, dan dapat menyebabkan sistem tidak bekerja. Oleh kerna peran pipa kapiler sangat penting dalam sistem sirkulasi refrigeran dalam mesin pendingin maka filter dipasang sebelum pipa kapiler. Gambar 2.18 memperlihatkan filter.

Gambar 2.18 : filter (sumber : m.indonesia.alibaba.com) c.

Fan Evaporator Fan adalah alat yang didigunakan untuk menyalurkan udara dari evaporator

ke ruang yang akan didinginkan, serta mensirkulasikan udara agar suhu di dalam ruang tetap dalam kondisi yang sama. Gambar 2.19 memperlihatkan motor dan daun kipas yang biasa digunakan pada mesin showcase.


Gambar 2.19 : Motor dan daun kipas pada mesin showcase ( Sumber : Sadhanas.co.ic)

2.1.5

Refrigeran Refrigeran atau bahan pendingin adalah fluida atau zat yang digunakan

dalam mesin pendingin yang berfungsi menghisap panas dari suatu tepat atau suatu benda. Refrigeran pada mesin pendingin berperan penting untuk menyerap panas melalui perubahan fase refrigeran dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran dalam mesin pendingin mengalami perubahan dari cair ke gas kemudian setelah melewati beberapa proses akan kembali lagi pada kondisi awal yaitu cair. Secara umum pemilihan refrigeran untuk suatu keperluan tergantung dari sifat-sifat refrigeran, bukan hanya kemampuannya untuk membuang panas, ada pun sifat-sifat refrigeran yang harus diperhatikan yaitu apakah refrigeran beracun atau tidak beracur, mudah terbakar, densitas, viskositas dan mudah didapat. Sifat refrigeran yang aman adalah syarat utama yang harus diperhatikan saat memilih refrigeran sifat aman yang menjadi acuan adalah tidak mudah dan tidak dapat terbakar, tidak meledak, tidak beracun baik keadaan murni maupun bercampur dengan air. Refrigeran tidak bereaksi dengan oli pelumas, tidak bereaksi dengan material atau komponen-komponen pipa, refrigeran juga tidak bereaksi dengan


uap air pada temperatur rendah,

dan jika terjadi kebocoran refrigeran tidak

berkontaminasi dengan bahan makanan atau produk yang disimpan. Setiap refrigeran memiliki batasan tekanan atau suhu tertentu, batasan ini merupakan titik yang disebut dengan tekanan kritis, lewat dari keadaan kritis refrigeran tetap berbentuk cairan walaupun panas terus menerus diberikan. Setiap refigeran yang diberi temperatur kritis tidak dapat berwujud cair, dan tidak lagi tergantung tekanan yang bekerja pada refrigeran. Jenis golongan refrigeran yang umum digunakan pada masyarakat yaitu : a.

CFC (Cloro Fluoro Farbon), merupakan refrigeran yang paling berbahaya terhadap lapisan luar bumi atau lapisan ozon,

dikarenakan jumlah

kaporitnya sangat tinggi. Golongan refrigeran jenis CFC ini mengandung klorin, fluoro, dan karbon. b.

HFC (Hydro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat digunakan untuk menggantikan freon karena tidak menggunakan atom chlor (C1) yang tidak merusak lapisan luar bumi atau lapisan ozon. Golongan refrigeran jenis ini mengandung hidrogen, flourin dan karbon.

c.

HCFC (Hydro Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat merusak lingkungan karena mengandung jumlah minimal klorin. Golongan refrigeran jenis ini mengandung hidrogen, klorin dan karbon.

2.2

Tinjauan Pustaka Markus (2007) Melakukan penelitian tentang fungsi dan karakterisasi mesin

AC dengan kondensor berpendingin udara dan air. Penelitian bertujuan : (a) mendapatkan kesiapan fungsional mesin AC (b) mengetahui karakteristik mesin


AC dengan kondensor berpendingin udara dan air (c) mengetahui karakteristik komponen-komponen utamanya meliputi : Evaporator, kompresor, kondensor dan katup ekspansi. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah : air, udara, dan preon R-134a. Pengamatan dilakukan pada : (a) komponen-komponen utama peralatan pengujian (b) pengukuran suhu, tekanan, dan laju aliran masingmasing. Alat ukur yang digunakan pada pengamatan ini yaitu : thermometer analog air, thermometer digital, pressure gauge, dan flowmeter. Hasil penelitian menunjukkan : (a) semua komponen-komponen berfungsi dengan baik (a) dengan kondensor berpendingin udara dan air masing-masing suhu yang dapat dicapai adalah 14°C dan 17°C setelah refrigator beroperasi selama 10 menit (c) koefisien prestasi COP masing-masing untuk kondensor berpendingin udara dan air adalah 2,97 dan 3,28. Hasan (2009) Melakukan penelitian tentang efek perubahan suhu aliran massa air pendingin pada kondensor terhadap kinerja mesin refrigerasi. Penelitian bertujuan : (a) mendapatkan pengaruh perubahan laju aliran massa air pendingin pada kondensor terhadap kinerja mesin siklus refrigerasi (b) mendapatkan suatu kondisi optimal dan aman dalam pengoperasian mesin. Hasil penelitian menunjukkan : (a) penambahan laju aliran massa air pendingin menyebabkan temperatur air keluar turun, tetapi kalor yang dilepas ke sekeliling juga naik (b) daya kompresor meningkat (c) nilai COP yang bervariasi (d) Kondisi optimal dan aman untuk pengoperasian mesin dilaboratorium yaitu laju aliran massa air pendingin kondensor 20 gr/s dan dan laju aliran avaporator 30 gr/s dengan koefisien prestasi 6,0.


Puji (2012) Melakukan penelitian tentang analisis pengaruh gangguan heat transfer kondensor terhadap performance air conditioning. Tujuan penelitian adalah : (a) merakit satu unit sistem refrigerasi berupa seperangkat AC windows yang meliputi : kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler, air dryer dan refrigeran yang digunakan adalah R-22 (b) mengetahui kecepatan udara dari fan pendingin kondensor (c) mengetahui tekanan, temperatur, dan laju aliran massa dengan variasi putaran kipas kondensor terhadap kecepatan udara pendingin, variasi kecepatan udara pendingin 1,6 – 3,5 m/s yang dihasilkan dari putaran kipas 600 – 1200 rpm. Hasil penelitian ini menunjukan : (a) semakin cepat putaran kipas maka semakin besar laju aliran massa udara untuk mendinginkan kondensor (b) koefisien prestasi (COP) semakin meningkat. Ubab dan Arsana (2013) Melakukan penelitian tentang pengaruh laju aliran fluida masuk terhadap kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan kawat konveksi bebas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh laju aliran fluida masuk terhadap kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan kawat pada konveksi bebas. Penelitian ini menggunakan alat penukar panas dengan panjang kawat 445 mm, jarak antar kawat 7 mm, diameter kawat 1,2 mm, lebar kawat 431 mm, jarak antar tube 40 mm, diameter tube 5 mm dan lebar tube 476 mm serta pembuluh di buat dalam 12 belitan, fuida kerja yang digunakan minyak (thermo 22). Metode dalam penelitian ini adalah (a) Memasang thermocauple di sembilan titik lokasi pengukuran pada alat penukar panas (b) Pengamatan menggunakan tiga variasi laju aliran fluida masuk yaitu 0,006 kg/s, 0,005 kg/s dan 0,004 kg/s dengan suhu fluida masuk dijaga konstan yaitu 70°C


dan suhu ruangan 30°C. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa laju aliran fluida masuk berpengaruh terhadap kapasitas penukar panas, hal ini terbukti bahwa dengan laju aliran fluida yang tinggi menghasilkan kapasitas penukar panas yang paling baik yaitu sebesar 42,2 watt pada keadaan konveksi bebas. Heroe (2015) Melakukan penelitian tentang analisis kerakteristik unjuk kerja sistem pendingin yang menggunakan freon R-22 berdasarkan pada variasi putaran kipas pendingin kondensor. Penelitian ini bertujuan: (a) mengatur kelembaban, pemanasan dan pendinginan di dalam ruangan tersebut. (b) mendapatkan suhu udara yang sesuai dengan yang diinginkan. Metode yang digunakan dalam penelitian adalah : (a) percobaan menggunakan peralatan dari mesin refrigerasi sistem pendingin udara di laboratorium fluid (b) pengukuran dilakukan terhadap : suhu, tekanan dan perbedaan tekanan di kompresor (c) variasi putaran motor listrik fan kondensor adalah 50 rpm sampai dengan 150 rpm. Dari percobaan ini menunjukkan hasil yaitu : semakin besar laju aliran udara pendingin kondensor maka besarnya koefisien prestasi semakin meningkat (b) karena pelepan kalor yang cepat akan berimbas pada temperatur kondesor yang semakin rendah, sehingga dapat menghasilkan suhu yang lebih rendah lagi pada keluaran evaporator (c) kerja kompresor lebih ringan pada variasi laju pelepasan kalor yang paling besar.


BAB III PEMBUATAN ALAT

3.1

Persiapan Komponen Utama dan Komponen tambahan Mesin

Showcase Pembuatan mesin pendingin showcase pada penelitian ini menggunakan beberapa komponen utama dan komponen tambahan, dimana komponen utama meliputi : Kompresor, Kondensor, Pipa kapiler, Evaporator, sedangkan untuk komponen tambahan meliputi : filter, thermostat, kipas angin, dan Refrigeran. a.

Kompresor Kompresor merupakan komponen utama yang digunakan sebagai alat untuk

menaikan tekanan dan mengalirkan fluida kerja di dalam sistem mesin pendingin showcase, Kompresor yang digunakan adalah kompresor jenis hermetik dengan merek Nipon Compressor, dimana kompresor ini memiliki daya 115 W, Arus 0,88 A dan tegangan 220 V. Gambar 3.1 menunjukkan kompresor hermetik yang digunakan.

Gambar 3.1 : Kompresor hermatik yang digunakan b.

Kondensor Kondensor merupakan komponen utama yang digunakan sebagai alat untuk

membuang panas refrigeran yang ada dalam sistem mesin pendingin Showcase.


Kondensor yang digunakan adalah kondensor dengan jari-jari penguat atau kondensor U, dimana kondensor ini memiliki material pipa yang terbuat dari besi dan sirip terbuat dari baja, kondensor ini memiliki 53 jari-jari penguat dan 8 lekukan pipa atau 8U. Gambar 3.2

menunjukkan kondensor dengan jari-jari

penguat (kondensor U).

Gambar 3.2 : Kondensor jari-jari penguat (8U) yang digunakan c.

Pipa Kapiler Pipa kapiler merupakan alat yang digunakan untuk menurunkan tekanan

refrigeran di dalam sistem mesin pendingin showcase, Pipa kapiler yang digunakan memiliki bahan dari tembaga dengan panjang pipa 150 cm, dan diameter pipa 0,71 mm. Gambar 3.3 menunjukkan pipa kapiler.

Gambar 3.3 : Pipa kapiler yang digunakan d.

Evaporator Evaporator merupakan komponen utama yang digunakan sebagai alat untuk

menguapkan refrigeran sehingga fase refrigeran berubah dari campuran (cair dan


gas) menjadi fase gas. Perubahan fase ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari lingkungan evaporator ke refrigeran. Evaporator yang digunakan pada pembuatan mesin pendingin showcase adalah evaporator datar. Gambar 3.4 menunjukkan evaporator datar yang akan digunakan.

Gambar 3.4 : Evaporator datar yang digunakan e.

Filter Filter merupakan komponen tambahan yang digunakan sebagai alat untuk

menyaring kotoran yang ada pada refrigeran, misalnya kotoran korosi pipa, debudebu sisa pemotongan pipa. Pemasangan filter dengan tujuan agar tidak terjadinya penyumbatan pada pipa kapiler. Filter yang digunakan pada pembuatan mesin pendingin showcase adalah filter berbahan tembaga. Gambar 3.5 menunjukkan filter yang digunakan.

Gambar 3.5 : Filter yang digunakan f.

Pipa Tembaga Pipa tembaga merupakan komponen yang digunakan untuk menyalurkan

refrigeran dalam sistem mesin pendingin siklus kompresi uap, penggunaan pipa tembaga karena lebih fleksibel untuk dipasang, tidak melepas gas beracun, dan


cukup tahan terhadap korosi. Gambar 3.6 menunjukkan pipa tembaga yang digunakan.

Gambar 3.6 : Pipa tembaga yang digunakan g.

Refrigeran Refrigeran merupakan fluida kerja yang digunakan sebagai penghantar

panas dari ruang evaporator menuju kondensor dengan bantuan kompresor. Jenis refrigeran yang digunakan pada mesin pendingin showcase adalah refrigeran 134a. Gambar 3.7 menunjukkan tabung refrigeran 134a yang digunakan.

Gambar 3.7 : refrigeran 134a yang digunakan h.

Fan kondesor Fan merupakan komponen tambahan yang digunakan sebagai alat untuk

mempercepat proses pembuangan panas dari kondensor ke lingkungan. Jenis kipas angin yang digunakan pada mesin pendingin showcase adalah kipas merek sakai model HFN 950 dengan ukuran 23 cm serta memiliki daya 35 w. Gambar 3.8 menunjukkan fan yang digunakan untuk kondensor.


Gambar 3.8 : Fan yang digunakan untuk kondensor i.

Fan evaporator Kipas angin untuk evaporator digunakan untuk mensirkulasikan udara

didalam ruangan evaporator agar suhu disetiap ruang dalam kondisi sama. Kipas yang digunakan adalah kipas model 120x120x38 yang memiliki daya 220V-240V, 50/60 HZ, dan arus 0,14 A. Gambar 3.9 menunjukkan fan yang digunakan untuk evaporator.

Gambar 3.9 : Fan yang digunakan untuk ruang evaporator 3.2

Peralatan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Mesin Pendingin

Showcase Dalam pembuatan mesin pendingin showcase memerlukan alat-alat pendukung sebagai berikut : a.

Pemotong pipa (Tube cutter)

Tube cutter berfungsi untuk memotong pipa-pipa tembaga yang akan digunakan pada mesin pendingin showcase. Gambar 3.10 menunjukkan Tube cutter.


Gambar 3.10 : Pemotong pipa (Tube cutter) b.

Pelebar pipa (Tube expander) Tube expander digunakan untuk melebarkan ujung pipa agar mudah dalam

proses penyambungan pipa. Gambar 3.11 menunjukkan tube expander.

Gambar 3.11 : pelebar pipa (sumber : Aliexpress.com) c.

Alat Las Alat las merupakan alat yang digunakan untuk menyambung dan menambal

pipa-pipa tembaga pada mesin pendingin showcase. Gambar 3.12 menunjukkan alat las.

Gambar 3.12 : Alat las d.

Bahan Las Bahan las merupakan bahan yang digunakan untuk menyambung pipa-pipa

pada mesin pendingin showcase dengan menggunakan bahan tembaga jika


sambungan antar pipa tembaga, dan menggunakan bahan torak jika sambungan pipa tembaga dan besi. Gambar 3.13 menunjukkan bahan las.

Gambar 3.13 : Bahan las e.

Cairan Metil Cairan metil digunakan sebagai cairan untuk membersihkan saluran-saluran

pipa tembaga, pada saat pemvakuman pada sistem mesin pendingin showcase. Gambar 3.14 menunjukkan botol cairan metil merek thawzone yang digunakan.

Gambar 3.14 : Cairan metil f.

Pompa vakum Pompa vakum digunakan sebagai alat untuk mengkondisikan sistem mesin

pendingin agar kondisi dalam sistem berada pada kondisi vakum.

Gambar 3.15 : Pompa vakum


Proses pemvakuman dimaksudkan agar uap air yang berada di dalam sistem mesin pendingin dapat keluar dari sistem. Jika uap air tidak dikeluarkan dari dalam sistem maka membuat air menjadi beku pada saat sitem sedang berjalan dan uap yang membeku akan berkumpul di dalam filter dan refrigeran akan tersumbat. Gambar 3.15 menunjukkan model pompa vakum yang digunakan. g.

Pressuare gauge (pengukur tekanan) Pressre gauge digunakan sebagai alat untuk mengukur tekanan refrigeran

dalam sistem mesin pendingin pada saat pengisian maupun pada saat sistem mesin pendingin beroperasi. Gambar 3.16 menunjukkan pressure gauge yang digunakan.

Gambar 3.16 : Pressure gauge

3.3

Proses Pembuatan Mesin Pendingin Showcase

3.3.1

Pembuatan Mesin Pendingin Showcase Dalam Pembuatan Mesin Pendingin Showcase ada beberapa langkah-

langkah pembuatannya sebagai berikut : a.

Mempersiapkan kerangka aluminium yang digunakan untuk tempat kompresor di bagian bawah dan kotak kaca sebagai ruang evaporator yang terletak di bagian atas dilapisi dengan gabus, pelapisan menggunakan gabus dimaksudkan agar suhu dalam ruang evaporator tidak keluar dan tetap terjaga,


serta tempat kipas dibagian tengah dengan penguat dua plat aluminium. Gambar 3.17 menunjukkan kerangka aluminium yang digunakan.

Gambar 3.17 : Kerangka aluminium b.

Mempersiapkan kompresor dan dipasang pada bagian bawah ruang evaporator dan diperkuat dengan 2 pasang Baut dan mur agar tidak bergerak saat terjadi getaran pada saat kompresor beroperasi. Gambar 3.18 menunjukkan kompresor yang telah terpasang.

Gambar 3.18 : Posisi kompresor sudah terpasang


c.

Mempersiapkan kondensor dan dipasang pada bagian tiang kerangka bagian belakang, dan diperkuat dengan 4 pasang baut dan mur, pemasang di belakang agar panas yang dilepas oleh kondensor tidak terasa oleh pengguna mesin pendingin dan membuat mesin lebih rapi. Gambar 3.19 menunjukkan posisi kondensor yang telah terpasang.

Gambar 3.19 : Posisi kondensor yang telah terpasang d.

Mempersiapkan dan memasang evaporator di dalam kotak kaca, pada setiap bagian kotak sudah dilapisi gabus. Gambar 3.20 menunjukkan gambar posisi evaporator yang telah terpasang.

Gambar 3.20 : Posisi evaporator telah terpasang e.

Mempersiapkan thermostat kemudian pasang thermostat pada sisi kanan bawah kotak kaca dan diperkuat dengan dua sekrup, serta pasang kabel yang


menghubungkan thermostat dengan kompresor dan masukan kabel sensor suhu pada ruang evaporator. Gambar 3.21 menunjukkan posisi thermostat yang telah terpasang.

Gambar 3.21 : Thermostat yang telah terpasang f.

Mempersiapkan pipa tembaga dan memotong pipa menggunakan tube catter sesuai ukuran yang dibutuhkan, serta melebarkan bagian ujung-ujung pipa yang

akan

disambung

menggunakan

tube

expander

agar

mudah

disambungkan dan dilas.

Gambar 3.22 : Proses pemotongan pipa tembaga g.

Menyambungkan dan mengelas pipa tembaga dari evaporator menuju kompresor.

Gambar 3.23 : Proses pengelasan sambungan pipa dari evaporator ke kompresor


h.

Menyambungkan dan mengelas pipa tembaga dari kompresor menuju kondensor.

Gambar 3.24 : Proses pengelasan sambungan pipa dari kompresor ke kondensor i.

Mengelas sambungan pipa antara kondensor dengan filter.

Gambar 3.25 : Proses pengelasan sambungan pipa kondensor dengan filter j.

Mengelas sambungan antara filter dengan pipa kapiler serta sambungan antara pipa kepiler ke pipa menuju evaporator.

Gambar 3.26 : Proses pengelasan sambungan filter ke pipa kapiler k.

Memasang kipas (fan) pendingin kondensor pada bagian bawah kotak kaca dan diperkuat dengan plat aluminium, dan arahkan posisi angin ke kondensor,


serta sambungkan kabel kipas angin ke kabel kompresor, pastikan semua kabel tersambung dengan baik.

Gambar 3.27 : Posisi fan pada kondensor telah terpasang l.

Memasang kipas (fan) dalam ruang evaporator dan sambungkan juga kabel listrik kipas pada kabel kompresor dan pastikan sambungan terpasang dengan rapi dan aman.

Gambar 3.28 : Posisi fan pada ruang evaporator telah terpasang 3.3.2

Proses Pemvakuman dan Pemetilan Proses pemvakuman dan pemetilan pada sistem mesin pendingin diperlukan

agar sistem mesin pendingin dapat digunakan. Proses pemvakuman merupakan proses untuk menghilangkan udara yang terjebak dalam pipa-pipa dalam sistem mesin pendingin, dan proses pemetilan dimana proses ini dilakukan setelah proses pemvakuman dengan cara pemberian cairan metil agar kotoran-kotoran yang ada


dalam pipa-pipa pada sistem mesin pendingin showcase. Adapun langkah-langkah yang dilakukan untuk proses pemvakuman dan proses pemetilan sebagi berikut : a.

Menyiapkan alat-alat dan bahan yang digunakan yaitu : pompa vakum, cairan metil, pressure gauge dan selang.

b.

Memasangkan selang pada pompa vakum dan sambung pada sistem mesin pendingin serta pentil kompresor.

c.

Menyalakan pompa vakum, secara perlahan udara yang terjebak dalam pipapipa pada rangkaian akan keluar melewati potongan pipa kapiler yang telah dilas dengan lubang keluar filter.

d.

Ketika sistem telah mencapai keadaan vakum, maka pada jarum penunjuk pressure gauge akan menunjukan angka negatif.

e.

Memberikan cairan metil kurang lebih satu tutup botol dengan cara menempelkan cairan metil pada potongan pipa kapiler.

f.

Mematikan pompa vakum, agar cairan metil terhisap dan masuk ke dalam sistem mesin showcase.

g.

Kemudian Mengelas ujung potongan pipa kapiler dan pastikan tidak ada kebocoran.

Gambar 3.29 : Proses pemvakuman dan pemetilan


3.3.3

Proses Pengisian Refrigeran 134a

Pengisian refrigeran pada mesin pendingin merupakan tahap terakhir pada proses pembuatan mesin pendingin showcase, agar mesin pendingin bisa beroperasi, ada pun tahap-tahap pengisian refrigeran pada mesin showcase sebagai berikut : a.

Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan yaitu, refrigeran 134a dan pressure gauge serta selangnya.

b.

Memasang pentil dibagian pipa pengisian refrigeran pada kompresor.

c.

Memasang selang pressure gauge pada tabung refrigeran dan memasang ujung selang pressure gauge pada pentil pengisian refrigeran yang ada dikompresor.

d.

Setalah semua selang terpasang dengan baik. Kemudian menyalakan kompresor dan membuka penuh kran pada tabung refrigeran.

e.

Ketika proses pengisian refrigeran tekanan pada sistem harus dibawah 0 bar yang sebelumnya telah divakum terlebih dahulu.

f.

Kemudian mengukur arus pada kompresor menggunakan tang amper, pada umumnya arus yang dikonsumsi kompresor berada dibawah angka arus yang tertera pada name plate kompresor jika belum diisi refrigeran.

g.

Membuka kran pada pressure gauge hingga angka menunjukkan 10 psi dan arus yang terukur kurang lebih yang tertera pada name plate berarti refrigeran sudah selesai diisi dan menutup semua kran pada pressure gauge.


h.

Mengecek pipa yang dekat dengan evaporator jika sudah terbetuk bunga es pada pipa-pipa tersebut maka refrigeran dalam sistem mesin pendingin bekerja dengan baik.

i.

Setelah refrigeran sudah terisi, mematikan kompresor kemudian menutup dan melepas selang pressure gauge dan menutup pentil pada kompresor.

Gambar 3.30 : Proses pengisian refrigerant 3.3.4

Uji Coba Mesin Pendingin Showcase Mesin showcase yang telah selesai dirakit perlu diuji coba guna

mendapatkan informasi apakah mesin showcase benar-benar dapat bekerja dengan baik atau belum. Uji coba dilakukan dengan cara mengoperasikan mesin showcase, kemudian mengukur suhu dan tekanan yang diperlukan agar dapat diketahui berapa suhu kerja yang dihasilkan kondensor dan evaporator. Setelah suhu dan tekanan diketahui dalam jangka waktu yang ditentukan, kemudia olah data yang sudah ada dengan menggunakan P-h diagram agar dapat dilihat hasil yang ingin diketahui. Jika suhu yang dicapai evaporator dan kondensor sesuai dengan yang diinginkan berarti sistem mesin pendingin bekerja dengan baik. Tetapi jika suhu


yang dihasilkan oleh evaporator dan kondensor tidak sesuai dengan yang di nginkan maka mesin pendingin mengalami kerusakan mungkin terjadi kebuntuan atau kebocoran pada sistem.


BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1

Objek Penelitian Objek dari penelitian ini adalah unit mesin pendingin showcase yang dirakit

di Laboratorium Konversi Energi, Universitas Sanata Dharma.

Gambar 4.1 : Sketsa mesin showcase

Gambar 4.2 : Unit mesin showcase


Mesin showcase bekerja dengan siklus kompresi uap. Daya kompresor yang dipergunakan 115 W, dan komponen utama lainya menyesuikan. Sebelum pipa kapiler terpasang filter. Ukuran ruangan evaporator adalah panjang 50 cm, lebar 35, dan tinggi 20 cm. Pada bagian kondensor mesin pendingin showcase dipasang kipas sebagai alat yang dipergunakan untuk mempercepat proses pelepasan panas dari kondensor ke lingkungan. Daya kipas yang dipergunakan 35 W. Pada mesin showcase dilengkapi thermostat sebagai pengatur suhu dalam ruang evaporator. Refrigeran yang dipergunakan R134a, dan beban pendinginan yang dipakai adalah air, sebanyak 8 botol, dengan ukuran 600 ml/botol. Gambar 4.1 menunjukkan sketsa komponen mesin pendingin showcase dan Gambar 4.2 menunjukkan unit mesin pendingin showcase yang sudah dirakit. 4.2

Variasi Penelitian Peneltian dilakukan dengan memvariasikan

kecepatan kipas

yang

dipergunakan untuk mempercepat aliran udara melewati kondensor, variasinya adalah (a) tanpa kipas, (b) kecepatan kipas medium (4,4 m/s), dan (c) kecepatan kipas high (5,1 m/s). 4.3

Alat Bantu Penelitian Pada penelitian unit mesin showcase dibutuhkan beberapa alat bantu ukur

seperti pressure gauge, thermocouple digital, tang amper (calmp meter), thermometer ruangan, dan stopwatch. a.

Pressure gauge Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran yang masuk

dan yang keluar dari kompresor, pada penelitian ini, angka yang ditunjukan oleh


jarum pressure gauge dalam satuan bar. Pressure gauge warna biru menampilkan nilai tekanan yang masuk kompresor, dan pressure gauge warna merah menampilkan nilai tekanan keluar kompresor. Gambar 4.3 memperlihatkan pressure gauge.

Gambar 4.3 : Pressure gauge b.

Thermocouple digital Thermocauple digital digunakan untuk mengukur perubahan suhu pada titik-

titik yang ingin diambil datanya pada mesin pendingin showcase. Prinsip kerja thermocouple digital

adalah dengan menempelkan ujung kawat logam pada

komponen yang akan diukur suhunya. Kemudian nilai suhu yang terbaca oleh kawat logam thermocauple akan ditampilkan pada alat penampil suhu digital. Gambar 4.4 memperlihatkan thermocouple digital.

Gambar 4.4 : Thermocauple digital (sumber : www.hdgate.com) c.

Tang amper (clamp meter) Tang amper digunakan untuk mengukur arus listrik yang dikonsumsi oleh

kompresor. Cara kerja tang ampere adalah dengan menaruh kabel diantara dua


rahang penjepitnya kemudian baca nilai arus tertera pada layar tang amper. Gambar 4.5 memperlihatkan tang amper digital.

Gambar 4.5 : Tang amper (calmp ampere) (sumber : www.kew-ltd.co.jp) d.

Thermometer ruangan Thermometer ruangan di gunakan untuk mengukur suhu ruangan pada saat

pengambilan data penelitian. Gambar 4.6 memperlihatkan thermometer ruangan.

Gambar 4.6 : Thermometer ruangan ( sumber : id.alixpress.com) e.

Stopwacth Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data, jarak data 1

dan 2 ± 20 menit, seperti itu sampai seterusnya hingga mendapatkan suhu yang diinginkan dalam ruang evaporator tercapai (pengaturan suhu ruang evaporator 4°C). Gambar 4.7 memperlihatkan stopwacth.

Gambar 4.7 : Stopwatch ( Sumber : www.saturnstopwatches.co.uk )


4.4

Alur Penelitian Sebelum melakukan pengambilan data pada unit mesin pendingin showcase,

terlebih dahulu membuat alur penelitian agar mempermudah proses pengambilan data. Gambar 4.8 menunjukkan alur penelitian.

Mulai Mempersiapkan komponen dan alat bantu pembuatan mesin Pembuatan mesin dan pemasangan alat ukur

Tidak baik Uji coba Baik Persiapan pengambilan data Pengambilan data dengan memvariasikan kecepatan kipas

Pengolahan data dan pembahasan Membuat kesimpulan dan saran Selesai Gambar 4.8 : Alur penelitian 4.5

Skema Pengambilan Data Pada proses pengambilan data memerlukan beberapa alat akur seperti

thermocouple digital, tang ampere, stopwacth, thermometer ruangan, dan pressure


gauge. Semua alat ukur tersebut memiliki fungsi masing-masing dan dipasang pada titik-titik yang ingin diambil datanya pada penelitian ini. Gambar 4.9 menunjukkan skema pengambilan data.

Gambar 4.9 : Skema pengambilan data a.

Thermocauple digital (T1) Digunakan untuk mengukur suhu yang keluar dari evaporator menuju

kompresor, dalam satuan (°C). b.

Thermocauple digital (T2) Digunakan untuk mengukur suhu yang keluar dari kompresor menuju

kondensor, dalam satuan (°C).


c.

Thermocauple digital (T3) Digunakan untuk mengukur suhu yang keluar dari kondensor menuju pipa

kapiler, dalam satua (°C). d.

Manifold (P1) Digunakan untuk mengukur tekanan yang masuk menuju kompresor, dalam satuan (Bar).

e.

Manifold (P2) Digunakan untuk mengukur tekanan yang keluar dari kompresor, dalam

satuan (Bar). f.

Tang amper Digunakan untuk mengukur arus yang di konsumsi oleh kompresor, dalam

satuan (A). g.

Thermometer ruangan Digunakan untuk mengukur suhu ruangan, dalam satuan (°C).

h.

Stopwacth Digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data, dalam satuan (menit).

4.6

Cara Mendapatkan Data Data-data penelitian diperoleh dari hasil pengukuran yang ditampilkan oleh

alat ukur yang telah dipasang pada titik-titik yang ditentukan pada mesin pendingin showcase. Cara yang dilakukan untuk mendapatkan data pada proses pengambilan data dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : a.

Menyiapkan unit mesin showcase, dan alat ukur serta beban pendingin yang akan digunakan.


b.

Memastikan bahwa alat ukur seperti thermocouple yang digunakan sudah dikalibrasi.

c.

Memasang kabel thermocouple pada ruang evaporator, pipa dari evaporator ke kompresor (T1), pipa dari kompresor ke kondensor (T2), dan pipa dari kondensor ke pipa kapiler (T3).

d.

Memasang tang amper pada kabel listrik yang masuk ke kompresor.

e.

Menyalakan mesin pendingin showcase, setelah langkah a sampai d dilakukan.

f.

Menyalakan kipas pendingin pada kondensor (jika diperlukan)

g.

Pencatatan dalam pengambilan data yaitu : T1 : suhu refrigeran dari evaporator menuju kompresor. (°C) T2 : suhu refrigeran dari kompresor menuju kondensor. (°C) T3 : suhu refrigeran dari kondensor menuju pipa kapiler. (°C) P1 : Tekanan refrigeran masuk kompresor. (Bar) P2 : Tekanan refrigeran keluar kompresor. (Bar) I : Besar arus listrik untuk kerja kompresor. (Amper) Setelah semua alat ukur terpasang dengan baik, dan proses pengambilan

data sudah berjalan, maka data yang terbaca oleh alat ukur dicatat ke dalam tabel. Proses pengambilan data diambil setiap 20 menit dengan 3 variasi data yaitu, data tanpa kipas, kecepatan kipas medium, dan kecepatan kipas high. Pengaturan suhu maksimal dalam ruang evaporator 4°C. Tabel 4.1 dipergunakan untuk pencatatan data.

menyajikan tabel yang


Tabel 4.1. Tabel pengambilan data

No

Waktu ( menit )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

4.7

Tekanan (Bar) P1

P2

Suhu (°C) T1

T2

T3

Ruang Evaporator

Arus (amper)

Cara Mengolah Data Data yang telah tercatat di tabel pengamatan, digunakan untuk menggambar

siklus kompresi uap pada P-h diagram sesuai dengan jenis refrigeran yang digunakan pada mesin pendingin, untuk mencari nilai entalpi, yaitu h1, h2 h3, h4, suhu kondensor dan suhu evaporator. Setelah semua nilai entalpi diketahui, selanjutnya menghitung karakteristik dari mesin pendingin showcase dengan cara menghitung kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout), kalor yang diserap oleh evaporator (Qin), kerja yang dilakukan kompresor (Win), COP serta efisinesi dari mesin pendingin showcase, dengan menggunakan rumus-rumus yang ada pada dasar teori. Gambar 4.10 menunjukkan P-h diagram R134a.


4.8

Cara Mencari Nilai Entalpi Menggunakan P-h Diagram Cara mencari nilai entalpi menggunakan P-h diagram yaitu :

a.

Menyiapkan P-h diagram, penggaris, pensil/pulpen (warna), dan data hasil pengukuran.

b.

Membuat garis lurus secara horizontal dengan acuan nilai tekanan P1 dan P2 (penelitian ini menggunakan satuan bar dan tekanan yang digunakan adalah tekanan absolut). Dari sini akan didapat nilai suhu maksimal kerja dari kondensor (°C) dan evaporator (°C). Suhu maksimal kerja kondensor yaitu garis tekanan P2 (tekanan tinggi) dan suhu maksimal kerja evaporator yaitu tekanan P1 (tekanan rendah).

c.

Setelah garis tekanan sudah didapat, kemudian menggunakan suhu keluar kondensor (T3) yang terukur sebagai titik acuan, dan membuat garis temperatur kearah kiri, sampai memotong garis takanan P2. Setelah titik pertemuan kedua garis didapat (biasanya berada difase cair), selanjutnya membuat garis lurus secara vertikal (entalpi konstan). Dan didapat nilai h3 dan h4 ( kJ/kg).

d.

Kemudian, menggunakan suhu masuk kompresor (T1) yang terukur sebagai acuan. Membuat garis mengikuti garis temperatur kearah kanan sampai garis tekanan P1. Kemudian dari titik pertemuan (biasanya berada difase gas) garis lurus secara vertikal. Dan akan didapat nilai h1 (kJ/kg).

e.

Selanjutnya, membuat garis ke arah atas, mengikuti garis entropy, dengan acuan titik pertemuan, suhu evaporator dengan garis tekanan P1, sampai garis tekanan P2, kemudian setelah titik pertemuan di garis entropy dan tekanan P2


didapat. membuat garis lurus secara vertikal. Dari sini akan didapat nilai h2 (kJ/kg). Jadi nilai-nilai yang didapat dari P-h diagram adalah h1, h2, h3, h4 (dalam satuan kJ/kg), suhu kerja dari evaporator dan kondensor (dalam satuan °C), yang akan digunakan untuk mengetahui karakteristik mesin pendingin showcase.

Gambar 4.10 : P-h diagram 4.9

Cara Mendapatkan Kesimpulan Kesimpulan didapat dari hasil pengolahan data, kemudian hasil pengolahan

data disajikan dalam bentuk grafik agar mempermudah pembahasan, setelah itu melakukan perbandingan hasil perhitungan karakteristik mesin pendingin showcase.


BAB V HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN, DAN PEMBAHASAN

5.1

Hasil Penelitian Hasil dari penelitian yang telah dilakukan terhadap mesin showcase dengan

memvariasikan kecepatan kipas pendingin pada kondensor, diperoleh beberapa nilai hasil pengukuran tekanan refrigeran masuk kompresor (P1), tekanan refrigeran keluar kompresor (P2), suhu refrigeran dari evaporator menuju kompresor (T1), suhu refrigeran dari kompresor menuju kondensor (T2), suhu refrigeran dari kondensor menuju pipa kapiler (T3), besar arus listrik untuk kerja kompresor (I), dan suhu pada ruangan evaporator. Data-data yang diperoleh terdiri dari beberapa variasi kecepatan kipas pada kondensor, yaitu data tanpa kipas, data kecepatan kipas medium, data kecepatan kipas high. Tabel 5.1 menyajikan data tanpa kipas, Tabel 5.2 menyajikan data kecepatan kipas medium, dan Tabel 5.3 menyajikan data kecepatan kipas high. Tabel 5.1. Data pengujian tanpa kipas

No

Waktu (Menit)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Suhu (°C)

Tekanan (Bar) P1

P2

T1

T2

T3

1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8

14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14

18,7 14,9 13,4 12,7 10,5 9,8 9,5 8,4 7,6 5,8 2,8 0,7

59,2 65,4 67,2 70,4 70,5 68,7 72,2 69,5 71,7 68,6 70,1 68,7

47,5 47,3 47,1 45,3 49,3 49,6 49,7 45,2 48,1 47,9 50,4 48,5

Ruang evaporator 17,5 15,6 13,8 12,4 11,5 10,3 9,2 8,1 7,2 6,5 6,4 5,7

I (A) 0,96 0,96 0,96 0,96 1,01 0,95 1,01 1,01 1,01 1,02 1,02 1,02


Tabel 5.2. Data pengujian Kecepatan medium

No

Waktu ( Menit )

1 2 3 4 5 6 7 8

20 40 60 80 100 120 140 160

Suhu (°C)

Tekanan (Bar) P1

P2

T1

T2

T3

1,4 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45

11 11 11 11,1 11,1 11 11 11

19,9 19,7 18,6 16,9 15,2 14,8 13,3 12,7

66 78,5 82,7 84,4 84,9 84,4 83,2 82,3

39,7 40,3 40,4 40 40,5 40,1 38,8 39,1

Ruang evaporator 23 18,9 15,4 12,1 9,8 7,8 6,1 5,4

I (A)

Ruang evaporator 24,2 19,8 15,8 11,9 8,9 6,2 5,1

I (A)

0,96 0,96 0,96 0,95 0,96 0,96 0,98 0,98

Tabel 5.3. Data kecepatan kecepatan high Tekanan (Bar

Suhu (°C)

No

Waktu ( menit )

P1

P2

T1

T2

T3

1 2 3 4 5 6 7

20 40 60 80 100 120 140

1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45

10 10 10 10 10 10 10

21,8 21,7 19,7 19,2 18,2 16,4 16,2

64,8 74,3 81,2 83,7 83,3 81,4 82,7

38,4 38,8 38,5 38,4 37,9 37,6 37,8

0,91 0,92 0,93 0,94 0,92 0,92 0,92

Data hasil penelitian digunakan untuk mencari nilai entalpi pada diagram Ph, nilai entalpi yang diperoleh adalah h1, h2, h3, h4 dalam satuan (kJ/kg) serta suhu kerj pada evaporator (TE) dalam satuan (°C) dan suhu kerja pada kondensor (TK) dalam satuan (°C), nilai-nilai yang diperoleh dari diagram P-h akan digunakan untuk mengetahui karakteristik dari mesin showcase. Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6 menyajikan nilai entalpi (h1, h2, h3, h4) serta suhu kerja dari evaporator (TE) dan kondensor (TK) dari setiap variasi kecepatan kipas.


Tabel 5.4. Nilai entalpi, TE dan TK tanpa kipas

No

Waktu ( Menit)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Entalpi (kJ/kg) h1 415 413 412 411 411 409 409 407 409 408 406 403

h2 475 475 474 474 472 471 469 467 469 466 462 461

h3 269 268 268 263 270 272 273 265 269 269 271 271

Suhu (°C) h4 269 268 268 263 270 272 273 265 269 269 271 271

TE -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73 -12,73

TK 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41 52,41

Tabel 5.5. Nilai entalpi, TE dam TK kecepatan kipas medium

Entalpi (kJ/kg)

Suhu (°C)

No

Waktu ( Menit)

h1

h2

h3

h4

TE

TK

1 2 3 4 5 6 7 8

20 40 60 80 100 120 140 160

422 418 416 415 415 413 412 410

469 469 468 466 465 464 463 462

255 257 257 255 256 255 251 252

255 257 257 255 256 255 251 252

-18,82 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97

42,96 42,96 42,96 42,96 42,96 42,96 42,96 42,96


Tabel 5.6. Nilai entalpi, TE dan TK kecepatan kipas high

No 1 2 3 4 5 6 7

Entalpi (kJ/kg)

Suhu (°C)

Waktu ( Menit)

h1

h2

h3

h4

TE

TK

20 40 60 80 100 120 140

421 418 418 416 415 413 413

468 465 464 461 461 461 460

252 252 251 251 251 250 249

253 252 252 252 251 251 252

-17,97 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97 -17,97

39,38 39,38 39,38 39,38 39,38 39,38 39,38

5.2

Perhitungan

a.

Kerja kompresor (Win) Tabel 5.7. Kerja kompresor (Win)

Waktu ( menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

Win (kJ/kg) Tanpa Kecepatan Kecepatan Kipas Medium High 60 49 47 62 51 46 62 52 45 63 51 45 61 50 45 62 50 45 60 50 45 60 49 60 58 56 58 60,17 50,25 45,43


Kerja kompresor (Win) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1) yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Win diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil dari perhitungan disajikan pada Tabel 5.7. Win = h2 – h1 (kJ/kg) Tanpa kipas

: Win = 472 – 411 = 61 kJ/kg

Kecepatan kipas medium

: Win = 465 – 415 = 50 kJ/kg

Kecepatan kipas high

: Win = 460 – 415 = 45 kJ/kg

Dari hasil perhitungan Win pada Tabel 5.7, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar 5.1 menyajikan grafik perbandingan kerja kompresor (Win) dari waktu ke waktu.

70 65

W in (kJ/kg)

60 55

50 45 Tanpa Kipas

40

Kecepatan Medium

35

Kecepatan high

30 20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Waktu (menit)

Gambar 5.1 : Perbandingan kerja kompesor (Win)


b.

Kalor yang dilepas kondensor (Qout) Kalor yang dilepas kondensor (Qout) dapat dihitung menggunakan

Persamaan (2.2) yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Qout diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil dari perhitungan disajikan pada Tabel 5.8. Qout = h2 – h3 (kJ/kg) Tanpa kipas

: Qout = 472 – 270 = 202 kJ/kg

Kecepatan kipas medium : Qout = 465 – 256 = 209 kJ/kg Kecepatan kipas high : Qout = 461 – 251 = 210 kJ/kg Tabel 5.8. Kalor yang dilepas kondensor (Qout) Waktu ( menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

Tanpa kipas 206 207 206 211 202 199 196 202 200 197 191 190 200,58

Qout (kJ/kg) Kecepatan Kecepatan Medium High 214 216 212 213 211 213 211 210 209 210 209 211 212 211 210

211,00

212,00

Dari hasil perhitungan Qout pada Tabel 5.8, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar


5.2 menyajikan grafik perbandingan Kalor yang dilepas kondensor (Qout) dari waktu ke waktu

260 Tanpa Kipas

250

Kecepatan Medium

Qout (KJ/Kg)

240

Kecepatan High

230 220 210 200

190 180

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Waktu (menit)

Gambar 5.2 : Perbandingan kalor yang dilepas kondensor (Qout) c.

Kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) Tabel 5.9. Kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) Waktu ( menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

Qin (kJ/kg) Tanpa Kecepatan Kecepatan kipas Medium High 146 165 168 145 161 166 144 159 166 148 160 164 141 159 164 137 159 162 136 162 161 142 161 140 139 135 132 140,42 160,75 164,43


Kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3) yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Qin diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil dati perhitungan disajikan pada Tabel 5.9. Qin = h1 – h4 (kJ/kg) Tanpa kipas

: Qin = 411 – 270 = 141 kJ/kg

Kecepatan kipas medium

: Qin = 415 – 256 = 159 kJ/kg

Kecepatan kipas high

: Qin = 415 – 251 = 164 kJ/kg

Dari hasil perhitungan Qin pada Tabel 5.9, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar 5.3 menyajikan grafik perbandingan Kalor yang diserap oleh evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. 210 Tanpa Kipas Kecepatan medium kecepatan high

200 190

Qin (KJ/Kg)

180 170 160 150 140 130

120 20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Waktu (menit)

Gambar 5.3. Perbandingan kalor yang diserap oleh ovaporator (Qin)

260


d.

Koefisien prestasi/Coeffcient of performance (COP) Koefisien prestasi (COPaktual) dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.4)

yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Qin diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil dari perhitungan disajikan pada Tabel 5.10. COPaktual =

Qin h1  h4  Win h2  h1

Tanpa kipas

: COPaktual =

141  2,3 61

Kecepatan medium

: COPaktual =

159  3,18 50

Kecepatan high

: COPaktual =

164  3,64 45

Tabel 5.10. Koefisien prestasi (COPaktual) Waktu ( menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

Tanpa kipas 2,43 2,34 2,32 2,35 2,31 2,21 2,27 2,37 2,33 2,40 2,41 2,28 2,33

COPaktual Kecepatan Kecepatan Medium High 3,37 3,57 3,16 3,61 3,06 3,69 3,14 3,64 3,18 3,64 3,18 3,60 3,24 3,58 3,29

3,20

3,62


Dari hasil perhitungan COPaktual pada Tabel 5.10, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar 5.4 menyajikan grafik perbandingan COPaktual waktu ke waktu.

4,0

Tanpa kipas Kecepatan medium kecepatan high

COP aktual

3,5

3,0 2,5 2,0 1,5 20

40

60

80

100

120 140 160 Waktu (menit)

180

200

220

240

260

Gambar 5.4 : Perbandingan nilai COPaktual e.

Koefisien prestasi ideal (COPideal) Koefisien prestasi ideal (COPideal) dapat dihitung menggunakan Persamaan

(2.5) yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai Qin diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil dari perhitungan disajikan pada Tabel 5.11. COPideal =

TE TK  T E

Tanpa kipas

:

COPideal =

260,42 4 325,56  260,42

Kecepatan medium

:

COPideal =

255,18  4,19 316,11  255,18


Kecepatan high

:

COPideal =

255,18  4,45 312,53  255,28

Tabel 5.11. Koefisien prestasi ideal (COPideal) Waktu ( menit)

Tanpa kipas 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

COPideal Kecepatan Kecepatan Medium High 4,12 4,45 4,19 4,45 4,19 4,45 4,19 4,45 4,19 4,45 4,19 4,45 4,19 4,45 4,19

4,18

4,45

Dari hasil perhitungan COPideal pada Tabel 5.11, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar 5.5 menyajikan grafik perbandingan COPideal dari waktu ke waktu. 4,5

Tanpa kipas Kecepatan medium Kecepatan high

4,4

COP ideal

4,3 4,2 4,1 4,0 3,9 3,8 20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260 Waktu (menit)

Gambar 5.5 : Perbandingan COPideal


f.

Efisiensi (ƞ) mesin showcase Efisiensi mesin showcase dengan siklus kompresi uap dapat dihitung

menggunakan Persamaan (2.6) yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai efisiensi diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil dari perhitungan disajikan pada Tabel 5.12.



COPaktual  100% COPideal

Tanpa kipas :  

2,31  100%  57,82 4

Kecepatan medium :   Kecepatan high :  

3,18  100%  75,93% 4,19

3,64  100%  81,91% 4,45

Tabel 5.12. Efisiensi dari mesin showcase Waktu ( menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

Tanpa kipas 60,87 58,50 58,10 58,76 57,82 55,27 56,70 59,20 58,36 59,95 60,30 56,93 58,40

Efisiensi (ƞ) Kecepatan Kecepatan Medium High 81,80 80,33 75,38 81,10 73,01 82,91 74,91 81,91 75,93 81,91 75,93 80,91 77,36 80,41 78,45

76,60

81,35


Dari hasil perhitungan Efisiensi pada Tabel 5.12, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar 5.6 menyajikan grafik perbandingan Efisiensi dari waktu ke waktu.

100 Tanpa kipas Kecepatan medium

90

Kecepatan high Efisiensi (ƞ)

80 70 60 50 40 20

40

60

80

100

120 140 160 Waktu (menit)

180

200

220

240

260

Gambar 5.6 : Perbandingan efisiensi showcase

g.

Laju aliran massa refrigerant (ṁ) Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.7)

yang tercantum pada dasar teori. Sebagai contoh perhitungan untuk laju aliran massa refrigeran diambil pada data menit ke 100 tanpa kipas, kecepatan kipas medium dan kecepatan kipas high. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 5.13. ṁ=

Daya ( I  V / 1000 )  .........(kg / s) Win Win

Tanpa kipas : ṁ=

(1,01  220 / 1000 )  0,00364 kg / s 61


Kecepatan kipas medium : ṁ=

(0,96  220 / 1000 )  0,00422 kg / s 50

Kecepatan kipas high : ṁ=

(0,92  220 / 1000 )  0,00450 kg / s 45

Tabel 5.13. Laju aliran massa refrigeran (ṁ)

Waktu ( menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Rata-rata

ṁ (Kg/detik) Tanpa Kecepatan Kecepatan kipas Medium High 0,00352 0,00449 0,00426 0,00341 0,00414 0,00440 0,00341 0,00406 0,00455 0,00335 0,00410 0,00460 0,00364 0,00422 0,00450 0,00337 0,00422 0,00450 0,00370 0,00431 0,00450 0,00370 0,00440 0,00370 0,00387 0,00401 0,00387 0,00363 0,00424 0,00447

Dari hasil perhitungan laju aliran massa refrigeran pada Tabel 5.13, dapat disajikan dalam bentuk grafik, agar mudah melihat perbandingan antara variasi kecepatan kipas. Gambar 5.7 menyajikan grafik perbandingan laju aliran massa refrigeran dari waktu ke waktu.


0,00500

0,00450

ṁ (Kg/s)

0,00400

0,00350

0,00300

Tanpa kipas 0,00250

kecepatan medium kecepatan high

0,00200

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260

Waktu (m)

Gambar 5.7 : Perbandingan laju aliran massa refrigeran (ṁ) 5.3

Pembahasan Dari hasil data penelitian terhadap mesin showcase yang disajikan pada

Tabel 5.1, Tabel 5.2, dan Tabel 5.3 memperlihatkan bahwa semakin cepat aliran udara yang melewati kondensor maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu yang diinginkan pada ruang evaporator semakin cepat. Pada penelitian ini pengaturan suhu maksimal dalam ruang evaporator 4°C, dengan adanya penambahan kipas pada kondensor, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu ruang evaporator berturut-turut untuk : tanpa kipas, kecepatan kipas medium, dan kecepatan kipas high sebesar : 240 menit, 160 menit, dan 140 menit. Dari hasil pengolahan data seperti yang disajikan pada Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6, memperlihatkan bahwa penambahan kecepatan aliran udara melintasi kondensor berpengaruh terhadap tekanan kompresor baik itu tekanan masuk maupun tekanan keluar kompresor, semakin tinggi kecepatan aliran udara yang


melewati kondensor maka semakin kecil tekanan masuk dan tekanan keluar kompresor. Hal ini akan mempengaruhi kerja yang dilakukan oleh kondensor dan evaporator. Secara keseluruhan maka tekanan, suhu, dan entalpi akan berubah. Dengan demikian kerja yang dilakukan kompresor (Win), kalor yang dilepas kondensor (Qout), kalor yang diserap evaporator (Qin), COPaktual,,COPideal, laju aliran massa refrigeran (ṁ) dan efisiensi (ƞ) pada mesin showcase dengan siklus kompresi uap akan menyesuaikan perubahan yang terjadi. Dengan adanya peningkatan kecepatan kipas pendingin kondensor, maka suhu kerja dari kondensor cenderung menurun. Suhu kerja kondensor yang menurun disebabkan oleh jumlah kalor yang dilepas kondensor ke lingkungan semakin meningkat. Hal ini dibuktikan dengan hasil perhitungan yang disajikan pada Tabel 5.8, dan dilengkapi grafik pada Gambar 5.2. Rata-rata kalor yang dilepas kondensor berturut-turut untuk : tanpa kipas, kecepatan kipas medium, dan kecepatan kipas high sebesar : 200,58 kJ/kg, 211,00 kJ/kg, dan 212,00 kJ/kg. Dengan meningkatnya kalor yang dilepas oleh kondensor karena pengaruh dari penambahan kecepatan aliran udara melintasi kondensor akan menyebabkan semakin meningkatnya kalor yang diserap oleh evaporator karena suhu evaporator ikut berubah. Pada penelitian ini menunjukan bahwa semakin tinggi kecepatan kipas pendingin pada kondensor, maka semakin tinggi pula kalor yang diserap oleh evaporator. Tabel 5.9 dan dilengkapi dengan grafik perbandingan pada Gambar 5.3, dengan rata-rata nilai kalor yang diserap evaporator berturut-turut untuk : tanpa kipas, kecepatan medium, dan kecepatan high sebesar : 140,42 kJ/kg, 160,75 kJ/kg, dan 164,43 kJ/kg.


Penurunan tekanan masuk

kondensor, karena adanya penambahan

kecepatan aliran udara melewati kondensor menyebabkan penurunan tekanan yang keluar dari evaporator. Penurunan tekanan ini berdampak pada kerja yang dilakukan oleh kompresor pada sistem mesin showcase. Pada penelitian ini menunjukan bahwa semakin tinggi kecepatan kipas pendingin pada kondensor maka semakin kecil kerja yang dilakukan kompresor seperti yang disajikan pada Tabel 5.7 dan dilengkapi grafik perbandingan pada Gambar 5.1, dengan rata-rata nilai kerja yang dilakukan oleh kompresor berturut-turut untuk : tanpa kipas, kecepatan medium, dan kecepatan high sebesar : 60,17 kJ/kg, 50,25 kJ,kg, dan 45,43 kJ/kg. Pada penelitian ini penurunan kerja kompresor berbanding terbalik pada besarnya aliran refrigeran di dalam sistem mesin showcase dengan siklus kompresi uap menggunakan refrigeran R134a, hal ini lah yang membuat waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu ruang evaporator yang diinginkan lebih cepat (lihat hasil penelitian pada Tabel 5.1 sampai Tabel 5.3) . Pada hasil ini tegangan pada kompresor dianggap sama. Hasil dari perhitungan terhadap laju aliran refrigeran diperlihatkan pada Tabel 5.13 dan dilengkapi dengan grafik perbandingan pada Gambar 5.7, dengan nilai rata-rata laju aliran refrigeran berturut-turut untuk : tanpa kipas, kecepatan medium, dan kecepatan high sebesar : 0,00363 kg/s, 0,00424 kg/s, dan 0,00447 kg/s. Dengan perubahan jumlah kalor yang diserap evaporator, dan jumlah kalor yang dilepas oleh kondensor, serta menurunya kerja dari kompresor pada sistem mesin pendingin siklus kompresi uap karena adanya penambahan kecepatan aliran


udara yang melintasi kondensor akan berpengarus pada COPaktual dan COPideal yang mampu dicapai oleh sistem mesin showcase. Pada penelitian ini menunjukan bahwa semakin tinggi kecepatan aliran udara yang melintasi kondensor maka semakin meningkat nilai COPaktual dan COPideal yang mampu dicapai oleh sistem mesin Showcase dengan siklus kompresi uap. Hasil dari perhitungan yang tersaji pada tabel 5.10 dan tabel 5.11 dan dilengkapi dengan grafik perbandingan pada gambar 5.4 dan gambar 5.5, dengan nilai rata-rata pada COPaktual dan COPideal berturut-turut untuk : tanpa kipas, kecepatan medium, dan kecepatan high, untuk COPaktual sebesar : 2,33, 3,20, dan 3,62. Untuk COPideal sebesar : 4, 4,18 dan 4,45. Perubahan pada nilai COPaktual dan COPideal, karena adanya penambahan kecepatan aliran udara melintasi kondensor, berpengaruh terhadap nilai efisiensi pada mesin showcase dangan siklus kompresi uap. Pada penelitian ini menunjukan bahwa semakin tinggi kecepatan aliran yang melintasi kondensor maka efisiensi dari mesin showcase akan semakin meningkat, seperti yang tersaji pada Tabel 5.12 dan dilengkapi dengan grafik perbandingan pada Gambar 5.6, dengan nilai rata-rata efisiensi berturut-turut untuk: tanpa kipas, kecepatan medium, dan kecepatan high sebesar : 58,40%, 76,60%, dan 81,35%. Secara keseluruhan penambahan kecepatan aliran udara yang melintasi kondensor sangat mempengaruhi kinerja dari mesin pendingin showcase dengan siklus kompresi uap. Hal itu dibuktikan berubahnya nilai kalor yang diserap evaporator, kalor yang dilepas kondensor, kerja yang dilakukan kompresor, COPaktual, COPideal, laju aliran refrigeran dan efisiensi dari mesin showcase.


BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1

Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan diperoleh bebrapa kesimpulan :

a.

Unit mesin showcase berhasil dirakit dan bekerja dengan baik seperti yang diharapkan.

b.

Dengan adanya penambahan kecepatan aliran udara melewati kondensor waktu yang dibutuhkan untuk mendinginkan ruang evaporator lebih cepat. Untuk tanpa kipas 240 menit, kecepatan kipas medium 160 menit, dan kecepatan kipas high 140 menit.

c.

Adanya penambahan kipas pada kondensor

berpengaruh terhadap

karateristik dari mesin showcase. Tabel 6.1 menyajikan rata-rata nilai karakteristik showcase. Tabel 6.1. Nilai rata-rata karakteristik showcase

Variasi kecepatan

d.

Karakteristik showcase Win (kJ/kg) Qin (kJ/kg) Qout (kJ/kg)

Tanpa kipas

60,17

140,42

200,58

Kecepatan medium (4,4 m/s)

50,25

160,75

211

Kecepatan high (5,1 m/s)

45,43

164,43

212

Dengan berubahnya nilai karakteristik mesin showcase, maka nilai COP dan efisinesi akan ikut berubah. Tabel 6.2 menyajikan rata-rata nilai COP dan efisiensi pada mesin showcase.


Tabel 6.2. Nilai rata-rata COP dan efisiensi

Karakteristik showcase COPideal COPaktual Efisinesi Tanpa kipas 4 2,33 58,4 Kecepatan medium (4,4 m/s) 4,18 3,2 76,6 Kecepatan high (5,1 m/s) 4,45 3,62 81,35 Variasi kecepatan

e.

Adanya kipas pada kondensor laju aliran massa refrigrean cenderung meningkat. Dengan nilai rata-rata yang didapat, berturut-turut untuk tanpa kipas, kecepatan kipas medium, dan kecepatan kipas high. Sebesar 0,00363 kg/s, 0,00424 kg/s dan 0,00447 kg/s.

6.2

Saran Dari proses penelitian yang telah dilakukan terhadap mesin showcase,

adapun beberapa saran yang dapat diberikan yaitu : a.

Gunakan kondensor dengan bahan yang memiliki penghantar panas yang baik.

b.

Gunakan material yang mempunyai sifat isolator agar proses pendinginan berjalan dengan baik.

c.

Pintu showcase sebaiknya diberi karet mengelilingi pinggiran pintu, supaya pintu tertutup rapat dengan bagian utama showcase, dan sebagai peredam suara saat pintu ditutup, serta menjaga suhu dalam showcase terjaga.

d.

Tambahkan magnet pada pintu agar pintu pada showcase semakin rapat dan menempel pada bagian utama, tetapi tidak sulit untuk dibuka dan ditutup.


DAFTAR PUSTAKA Wood, B.D., 1989, Penerapan Termodinamika Jilid 1, Terj. Harapan, Z., Jakarta, Penerbit Erlangga Moran, M. J., Shapiro, H. N., 2004, Fundamentals Of Engineering Thermodynamics, 4th Edition, Joohn Wiley & Sons, Inc. USA Sumanto, M.A., 2004, Dasar-dasar Mesin Pendingin, Yogyakarta, Penerbit Andi Effendy M, 2005, Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor Terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning, Jurnal Teknik Gelagar, Vol 16, No 01, April, 51-58 Saksono P, 2012, Analisis Pengaruh Gangguan Heat Transfer Kondensor Terhadap Performensi Air Conditioning, Proton, Vol 4, No 1, 39-43 Arsana, I. M., Fikri, U. K., 2013, Pengaruh Laju Aliran Fluida Masuk Terhadap Kapasitas Penukar Panas Jenis Pembuluh dan Kawat Pada Konveksi Bebas, JTM, Vol 01, No 02, 71-79 Willis, G. R., 2013, Prestasi Kerja Refrigeran R22 dengan R134a Pada Mesin Pendingin, Jurnal Teknik Mesin. Heroe P, 2015, Analisis Karateristik Unjuk Kerja Sistem Pendingin AC Menggunakan Freon R-22 Berdasarkan pada Pariasi Putaran Kipas Pendingin Kondensor, Jurnal Teknik Permesinan Kapal, Vol 12 , Januari


LAMPIRAN

Lampiran 1 : Nilai hasil penelitian dengan tekanan terukur. Data data pengujian tanpa kipas : No

Waktu (Menit)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Suhu (°C)

Tekanan (Bar) P1

P2

T1

T2

T3

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13

29,1 18,7 14,9 13,4 12,7 10,5 9,8 9,5 8,4 7,6 5,8 2,8 0,7

28,8 59,2 65,4 67,2 70,4 70,5 68,7 72,2 69,5 71,7 68,6 70,1 68,7

28,9 47,5 47,3 47,1 45,3 49,3 49,6 49,7 45,2 48,1 47,9 50,4 48,5

Ruang evaporator 25,7 17,5 15,6 13,8 12,4 11,5 10,3 9,2 8,1 7,2 6,5 6,4 5,7

I (A) 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 1,01 0,95 1,01 1,01 1,01 1,02 1,02 1,02

Data pengujian kecepatan kipas medium (4,4 m/s) : Waktu No ( Menit ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Suhu (°C)

Tekanan (Bar) P1

P2

T1

T2

T3

0,4 0,4 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45

10 10 10 10 10,1 10,1 10 10 10

30,7 19,9 19,7 18,6 16,9 15,2 14,8 13,3 12,7

29,7 66 78,5 82,7 84,4 84,9 84,4 83,2 82,3

29,7 39,7 40,3 40,4 40 40,5 40,1 38,8 39,1

Ruang evaporator 29,7 23 18,9 15,4 12,1 9,8 7,8 6,1 5,4

I (A) 0,96 0,96 0,96 0,96 0,95 0,96 0,96 0,98 0,98


Data pengujian kecepatan kipas high (5,1 m/s) :

No 1 2 3 4 5 6 7 8

Waktu ( menit ) 0 20 40 60 80 100 120 140

Tekanan (Bar

Suhu (°C)

P1

P2

T1

T2

T3

0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45

9 9 9 9 9 9 9 9

30,5 21,8 21,7 19,7 19,2 18,2 16,4 16,2

29,6 64,8 74,3 81,2 83,7 83,3 81,4 82,7

29,7 38,4 38,8 38,5 38,4 37,9 37,6 37,8

Ruang evaporator 29 24,2 19,8 15,8 11,9 8,9 6,2 5,1

I (A) 0,91 0,91 0,92 0,93 0,94 0,92 0,92 0,92

Dari hasil pengukuran digunakan untuk mencari nilai entapi pada P-h diagram, tetapi tekanan (P1 dan P2) diubah kedalam tekanan absolut yaitu tekanan terukur ditambah tekanan atmosfer. 1 atmosfer = 1,013 bar. Untuk data dengan tekanan absolut bisa dilihat pada bab 5. Untuk data tanpa kipas, data kecepatan kipas medium, maupun data kecepatan kipas high. Lampiran 2 : Membuktikan nilai suhu TE dan TK. Nilai suhu dari TK dan TE didapat dari P-h diagram, dengan acuan takanan absolut (P1 dan P2), tetapi nilai yang didapat tidak akurat pengaruh kesalahan pembuatan garis, bahkan mata tidak jelas melihat angka yang ada dalam P-h diagram, hal itu bisa dibenarkan dengan menggunakan metode interpolasi linier. dengan tebel temperature (Saturated refrigerant 134a).


Rumus interpolasi linier :

( x  x1 ) ( y  y1 )  ( x 2  x1 ) ( y 2  y1 )

y  y1 

( x  x1 ) ( y 2  y1 ) ( x2  x1 )

Contoh mencari nilai TE

x  x1 

( y  y1 ) ( x2  x1 ) ( y 2  y1 )

pada tekanan masuk kompresor (P1) dengan nilai

tekanan 1,8 bar.

1,8 bar → 0,18 MPa Pressure 0,15784 0,18 0,1854

Temperature -16 TE…? -12

TE  (16) 0,18  0,157484   16  (12) 0,154  0,15784 TE  16 0,02252  4 0,02792

TE  16  (4  0,8065) TE  16  3,260  12,734 °C Sedangkan untuk nilai tekanan yang lain bisa menggunkan cara yang sama, supaya nilai dari TE dan TK benar dan sesuai dengan tekanan yang didapat.


Lampiran 3 : Tabel temperature refrigeran R-134a


Lampiran 4 : Nilai Te dan Tc untuk mencari nilai COPideal. Untuk mencari COPideal nilai TE dan TK harus dalam satuan kelvin. Jadi nilai Te dan Tc yang didapat dari P-h diagram dalam satuan celcius haris diubah ke satuan kelvin. 0 celcius = 273,15 kelvin Berikut nilai Te dan Tc dalam satuan Celcius : No

Waktu ( menit)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Tanpa kipas Te Tc -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41 -12,73 52,41

Suhu (°C) Kecepatan Te Tc -18,82 42,96 -18,82 42,96 -17,97 42,96 -17,97 42,96 -17,97 42,96 -17,97 42,96 -17,97 42,96 -17,97 42,96 -17,97 42,96

Kecepatan High Te Tc -17,97 39,38 -17,97 39,38 -17,97 39,38 -17,97 39,38 -17,97 39,38 -17,97 39,38 -17,97 39,38 -17,97 39,38

Berikut nilai Te dan Tc dalam satuan kelvin :

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Waktu ( menit) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Tanpa kipas TE 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42 260,42

TK 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56 325,56

Suhu (kelvin) Kecepatan Medium TE TK 254,33 316,11 254,33 316,11 255,18 316,11 255,18 316,11 255,18 316,11 255,18 316,11 255,18 316,11 255,18 316,11 255,18 316,11

Kecepatan High TE 255,18 255,18 255,18 255,18 255,18 255,18 255,18 255,18

TK 312,53 312,53 312,53 312,53 312,53 312,53 312,53 312,53


Lampiran 5 : mencari nilai entalpi, Te dan Tc pada P-h diagram. Menit 20 tanpa kipas :


Menit 100 tanpa kipas :


Menit 20 kecepatan kipas medium :


Menit 100 kecepatan kipas medium :


Menit 20 kecepatan kipas high :


Menit 100 kecepatan kipas high :

HALAMAN JUDUL. KARAKTERISTIK SHOWCASE MENGGUNAKAN REFRIGERAN R-134a BERDASARKAN VARIASI KECEPATAN KIPAS PENDINGIN KONDENSOR SKRIPSI

Recommend Documents