Embed Size (px)
Citation preview
I
CHEST FREEZER DENGAN DAYA KOMPRESOR 0,2 PK
DAN PANJANG PIPA KAPILER 1,4 METER
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1TeknikMesin
Diajukan oleh :
SAMUEL THEODORUS BLEGUR
NIM : 12521405
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2014
II
CHEST FREEZER WITH 0,2 PK COMPRESSOR CAPACITY
AND 1,4 METER LENGTH OF CAPILLARY PIPE
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the SarjanaTeknik degree in Mechanical Engineering
By
SAMUEL THEODORUS BLEGUR
Student Number : 125214050
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2014
III
IV
V
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 26 November 2014
Samuel Theodorus Blegur
VI
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma :
Nama : Samuel Theodorus Blegur
Nomor Mahasiswa : 125214050
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul.
Chest Freezer dengan daya kompresor 0,2 PK dan panjang pipa kapiler 1,4
meter.
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan
kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,
mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media
lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun
memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 26 November 2014
Yang menyatakan,
Samuel Theodorus Blegur
VII
INTISARI
Indonesia merupakan negara beriklim tropis, sehingga mesin pendingin
banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Hampir di setiap tempat, banyak
di temukan mesin-mesin pendingin. Mesin pendingin siklus kompresi uap adalah
mesin pendingin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin (refrigeran)
sehingga menghasilkan perubahan panas dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah
a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap. b)
Mengetahui karakteristik chest freezer meliputi COPaktual dan COPideal chest
freezer, kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator per satuan massa., kalor
yang dilepas kondensor per satuan massa., efisiensi dan laju aliran massa dari
mesin pendingin
Metode yang digunakan adalah dengan metode eksperimental. Beban
pendingin dipilih air 240 ml di dalam ruang pendingin. Lalu proses pengambilan
data dilakukan pada mesin pendingin selama 150 menit. Setelah pengambilan data
pada mesin, lalu data tersebut dianalisis secara teoritis dengan menetukan kondisi
refrigeran pada setiap titik siklus, kapasitas refrigerasi dan COP sistem.
Hasil penelitian memberikan kesimpulan Kalor persatuan massa terendah
yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang
dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang
dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual terendah chest freezer sebesar
3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3 dan COP aktual rata-rata chest
freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi
chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata chest freezer sebesar 4,14, Kalor
persatuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg, kalor
persatuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg dan kalor
persatuan massa rata-rata yang dilepas evaporator sebesar 256 kJ/kg, COPaktual
terendah chest freezer sebesar 3.08, COPaktual tertinggi chest freezer sebesar 3.3
dan COP aktual rata-rata chest freezer sebesar 3.17, COPideal terendah chest freezer
sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer sebesar 4,2 dan COP ideal rata-rata
chest freezer sebesar 4,14, Kalor persatuan massa terendah yang diserap
evaporator sebesar 179 kJ/kg, kalor persatuan massa tertinggi yang diserap
evaporator sebesar 179 kJ/kg dan kalor persatuan massa rata-rata yang diserap
evaporator sebesar 179 kJ/kg, Efisiensi terendah chest freezer sebesar 75%,
efisiensi tertinggi chest freezer sebesar 80% dan efisiensi rata-rata chest freezer
sebesar 77%, Laju aliran massa terendah chest freezer adalah 0,0041 kg/s, laju
aliran massa tertinggi chest freezer sebesar 0,0043 kg/s dan laju aliran massa rata-
rata chest freezer sebesar 0,00418 kg/s.
VIII
Abstract
Indonesia is a country with tropic climate,thus refrigerator has been
used in our daily life nowadays. Almost in every places,lots of refrigerator can be
found. Steam compression cycle of refrigerator is a refrigerator which the inside
of it,happens a cycle from the matter of refrigerator (refrigerant) the result with
that cycle create changing of heat and pressure.The purpose of this research are a)
making chest freezer that works with steam compression cycle. b) understand the
characteristic of chest freezer include COP actual and COP ideal chest
freezer,compressor works,the heat which been absorbed by evaporator / mass,the
heat which been released by the condenser / mass,the efficiency and flow speed of
mass from the refrigerator.
The method that has been used is an experimental method. The
load of the cooler is 240ml of water inside of the refrigerator. Then the
interpretation data process taken on refrigerator for 150 minutes. After taken the
interpretation data on machine,then the data must be analyzed theoretical with
determine the condition of the refrigerant on every cycle point,the capacity of
refrigeration,and COP system
The result of this research giving some conclusion. The lowest of
the heat/mass which released by the evaporator is 232 kJ/kg,the highest of the
heat/mass which released by the evaporator is 273 kJ/kg,and the average of the
heat/mass which released by the evaporator is 256 kJ/kg, the lowest COP actual of
chest freezer is 3.08,the highest COP actual of chest freezer is 3.3,and the average
of COP actual of chest freezer is 3.17, the lowest COP ideal of chest freezer is
4.1,the highest COP ideal of chest freezer is 4.2,and the average of COP actual of
chest freezer is 4.14, The lowest of the heat/mass which released by the
evaporator is 232 kJ/kg,the highest of the heat/mass which released by the
evaporator is 273 kJ/kg,and the average of the heat/mass which released by the
evaporator is 256 kJ/kg, the lowest COP actual of chest freezer is 3.08,the highest
COP actual of chest freezer is 3.3,and the average of COP actual of chest freezer
is 3.17, the lowest COP ideal of chest freezer is 4.1,the highest COP ideal of chest
freezer is 4.2,and the average of COP actual of chest freezer is 4.14. The lowest of
the heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg,the highest of the
heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg,and the average of the
heat/mass which released by the evaporator is 179 kJ/kg. The lowest efficiency of
chest freezer is 75%,the highest efficiency of chest freezer is 80%,and the average
efficiency of chest freezer is 77%. The lowest flow speed of mass of chest freezer
is 0.0041 kg/s, The highest flow speed of mass of chest freezer is 0.0043 kg/s and
The average flow speed of mass of chest freezer is 0.00418 kg/s
IX
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat
yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya dapat berjalan
dengan lancar dan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat mahasiswa untuk mendapatkan
gelar sarjana S-1 pada Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, Skripsi ini dapat
terselesaikan. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis
menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Dr. Drs. Vet Asan Damanik., selaku Dosen Pembimbing Akademik
4. Agus Blegur dan Maria selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang
tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi
semangat penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi
penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna
bagi kita semua.
Yogyakarta, 26 November 2014
Penulis
X
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ I
TITLE PAGE ...................................................................................................... II
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................... III
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... IV
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................... V
HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA .......................... VI
INTISARI ......................................................................................................... VII
ABSTRACT .................................................................................................... VIII
KATA PENGANTAR ....................................................................................... IX
DAFTAR ISI ...................................................................................................... X
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ XII
DAFTAR TABEL ............................................................................................ XV
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... XVI
BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1
1.3 Tujuan ............................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ................................................................................ 3
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................. 4
BAB II. DASAR TEORI TINJAUAN PUSTAKA ............................................... 5
2.1 Dasar Teori ........................................................................................ 5
2.2 Tinjauan Pustaka .............................................................................. 28
BAB III. PEMBUATAN ALAT ........................................................................ 24
3.1 Komponen ....................................................................................... 24
3.2 Persiapan Alat dan Bahan................................................................. 38
3.3 Langkah-langkah pembuatan Chest Freezer..................................... 38
XI
BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 44
4.1 Mesin Chest Freezer yang Diteliti .................................................... 44
4.2 Skematik Mesin Chest Freezer ......................................................... 45
4.3 Alur Pembuatan Mesin Chest Freezer dan Penelitian ....................... 45
4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan ..................................... 48
4.5 Cara Mengolah Data dan Melakukan Pembahasan ........................... 47
4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan ........................................................ 49
BAB V. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ..................................... 50
5.1 Hasil Penelitian ................................................................................ 50
5.2 Perhitungan dan Pengolahan Data .................................................... 51
5.3 Hasil Perhitungan ............................................................................ 56
5.4 Pembahasan ..................................................................................... 57
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 65
6.1 Kesimpulan ...................................................................................... 65
6.2 Saran ................................................................................................ 66
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 67
LAMPIRAN ...................................................................................................... 68
XII
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Chest freezer untuk bahan makanan ................................................. 2
Gambar 1.2 Chest freezer untuk Rumah Sakit ..................................................... 3
Gambar 2.1 Chest Freezer .................................................................................. 4
Gambar 2.2 Kompresor jenis hermatik ................................................................ 7
Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermetik .............................................................. 7
Gambar 2.4 Kompresor Rotari ............................................................................ 8
Gambar 2.5 Kondensor berpendingin udara dan berpendingin air ........................ 9
Gambar 2.6 Kondensor berpendingin air dan udara.dan kondensor 11 U ........... 10
Gambar 2.7 Evaporator Pelat dan Evaporator Pipa ............................................ 10
Gambar 2.8 Evaporator pipa dengan sirip ......................................................... 10
Gambar 2.9 Pipa Kapiler ................................................................................... 11
Gambar 2.10 Filter ............................................................................................. 12
Gambar 2.11 Skema siklus kompresi uap ........................................................... 15
Gambar 2.12 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut
dan pendinginan lanjut pada diagram P-h ...................................... 15
Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut
dan pendinginan lanjut pada diagram T-s ...................................... 16
Gambar 2.14. Grafik P-h untuk refrigeran R134a ............................................... 21
Gambar 2.15 Perpindahan kalor konduksi .......................................................... 23
Gambar 2.16 Perpindahan Kalor Konveksi ........................................................ 24
Gambar 3.1 Kompresor .................................................................................... 31
Gambar 3.2 Kondensor .................................................................................... 32
Gambar 3.3 Pipa kapiler................................................................................... 33
Gambar 3.4 Filter ............................................................................................. 33
XIII
Gambar 3.5 Evaporator .................................................................................... 34
Gambar 3.6 Tabung berisi refrigeran R134a ..................................................... 34
Gambar 3.7 Pemotong pipa .............................................................................. 35
Gambar 3.8 Pompa vakum ............................................................................... 35
Gambar 3.9 Manifold gauge.............................................................................. 36
Gambar 3.11 Termostat ..................................................................................... 37
Gambar 3.12 Sterofoam .................................................................................... 37
Gambar 3.13 Pembuatan rangka Chest Freezer ................................................. 38
Gambar 3.14 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor.......................... 39
Gambar 3.15 Proses pengelasan kondensor dengan filter .................................. 40
Gambar 3.16 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler ................................ 40
Gambar 3.17 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator ....................... 41
Gambar 3.18 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor ......................... 41
Gambar 3.19 Proses pemvakuman .................................................................... 42
Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R134a ............................................... 42
Gambar 3.21 Proses pengujian alat ................................................................... 43
Gambar 3.22 Tekanan normal pada pengujian alat ............................................ 43
Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (chest freezer) ................................................ 44
Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin chest freezer ....................................... 45
Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital .................................. 46
Gambar 4.4 Pengukur Tekanan ....................................................................... 46
Gambar 4.5 P – h diagram ............................................................................... 47
Gambar 4.6 Air (beban pendinginan) .............................................................. 47
Gambar 4.7 Kabel Roll ................................................................................... 45
Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeranR 134a
diambil dari data menit (t) ke 60 ................................................. 53
Gambar 5.3 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran
XIV
dan waktu ................................................................................... 58
Gambar 5.4 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran
yang diserap evaporator .............................................................. 59
Gambar 5.5 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran
yang dilepas kondensor dan waktu .............................................. 60
Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu..................... 61
Gambar 5.7 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu...................... 61
Gambar 5.8 Gambar 5.11 Hubungan efisiensi dan waktu ............................... 62
XV
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pencatatan Hasil Pengukuran Suhu dan Tekanan ............................. 48
Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1& P2) dan suhu (T1& T3) .................... 50
Tabel 5.2 Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb ............................... 51
Tabel 5.3 Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg................................ 52
Tabel 5.4 Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer ................................. 57
Tabel 5.5 Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer ................................. 57
XVI
DAFTAR LAMPIRAN
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 1 (menit 30) ........................................ 68
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 2 (menit 60) ....................................... 68
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 3 (menit 90) ........................................ 68
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 4 (menit 120) ...................................... 69
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut
pada diagram P-h. Data 5 (menit 150) ...................................... 70
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini khususnya di Indonesia yang memiliki iklim tropis, sangat
membutuhkan mesin pendingin sebagai tempat penyimpanan makanan. Mesin
pendingin tempat penyimpanan bahan makanan seperti chest freezer dapat
dijumpai di pertokoan dan pasar swalayan. Chest freezer dapat digunakan untuk
menyimpan daging ayam, daging sapi, ikan, sosis, kentangdan sejenisnya. Mini
market juga menggunakan chest freezer untuk menjual es krim.
Seiring dengan berkembangnya jumlah penduduk, maka kebutuhan akan
bahan makanan siap olah pun terus mengalami peningkatan. Chest Freezer yang
memiliki suhu kerja antara -15oC sampai -30
oC berfungsi sebagai mesin
pendingin dan penyimpan bahan makanan seperti agar tidak kadaluwarsa dalam
waktu tertentu dan tetap segar untuk memenuhi kebutuhan pasar..
Selain tetap segar, bahan makanan juga memerlukan tempat penyimpanan
agar tetap beku seperti ice cream. Kebutuhan lain diluar penyimpanan makanan
dan ice cream, seperti penyimpanan vaksin, virus dan darah di Rumah Sakit juga
memerlukan mesin pendingin.
Dari latar belakang diatas penulis tertarik untuk melakukan penelitian
mesin pendingin chest freezer.
Dengan penelitian terhadap chest freezer maka mesin pendingin lain yang
bekerja dengan siklus kompresi uap dapat dipahami juga. Beberapa contoh mesin
2
pendingin mempergunakan siklus kompresi uap, misalnya : freezer, kulkas, ice
maker,showchase, dispenser, chest freezer,dan cold storage.
Gambar 1.1. Chest freezer untuk bahan makanan.
(Sumber : http://showcasecoolerdast.com)
3
Gambar 1.2. Chest freezer untuk Rumah Sakit
(Sumber : http://thermoking.freezer.com)
1.2 Tujuan
Tujuan pengujian ini adalah :
a) Membuat chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap dengan
panjang pipa kapiler 1,4 meter dan daya kompresor 0,2 Pk
b) Mengetahui karakteristik chest freezer yang dibuat meliputi :
Kerja kompresor persatuan massa refrigeran.
Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran.
Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran.
COPaktual dan COP ideal.
Efisiensi.
Laju alira massa.
1.3 Batasan
Batasan- batasan di dalam pembuatan chest freezer ini adalah:
4
a) Refrigeran yang digunakan dalam mesin pendingin adalah R134a.
b) Komponen mesin pendingin terdiri dari komponen utama seperti : kompresor
0,2 PK, kondensor 11 U, pipa kapiler sepanjang 1,4 meter, filter, evaporator,
dan tempat untuk membekukan air.
c) Kondensor dan evaporator yang dipergunakan adalah kondensor dan
evaporator yang dipergunakan pada mesin chest freezer standart berdaya 0,2
PK.
d) Pipa kapiler yang dipergunakan dari bahan tembaga berdiameter 0,028 in.
1.4 Manfaat
Manfaat dalam pengujian :
a) Bagi penulis mempunyai pengalaman dalam pembuatan chest freezer.
b) Bagi penulis mampu memahami karakteristik chest freezer dan mesin
pendingin yang menggunakan siklus kompresi uap.
c) Hasil pengujian, dapat dipergunakan sebagai referensi bagi penulis lain yang
ingin membuat chest freezer.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1 Definisi Chest Freezer
Chest freezer adalah mesin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan
pendingin sehingga terjadi perubahan panas dan tekanan. Chest freezer
menggunakan bahan pendingin (refrigeran) yang bersirkulasi menyerap panas dan
melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah menjadi tekanan tinggi.
Sirkulasi tersebut berulang secara terus menerus. Dalam sistem chest freezer,
jumlah refrigeran yang digunakan adalah tetap, yang berubah adalah bentuknya.
Chest freezer digunakan untuk mendinginkan sayur, buah, ice cream dan bahan
makanan lainnya. Suhu pendinginannya antara -150C sampai -30
0C
Dalam penulisan skripsi ini penulis menggunakan chest freezer siklus
kompresi uap dengan panjang pipa kapiler sepanjang 1,4 m.
Gambar 2.1 Chest Freezer
(sumber : http://chestfreezer.yolasite.com)
6
2.1.2. Chest freezer menggunakan Siklus Kompresi Uap
Chest freezer dengan siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang
sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari karena memiliki nilai COP yang
tinggi. Jenis chest freezer dengan siklus kompresi uap menggunakan kompresor
sebagai komponen utama untuk menaikkan tekanan dan mensirkulasikan
refigeran, pipa kapiler yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refigeran,
evaporator yang berfungsi untuk menyerap panas, kondensor yang berfungsi
untuk membuang panas.
Demikian dijelaskan komponen utama dari chest freezer dengan siklus
kompresi uap.
2.1.2.1. Kompresor
Kompresor adalah suatu alat dalam chest freezer yang cara kerjanya
dinamis atau bergerak. Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan freon (dari
tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor bekerja menghisap sekaligus
memompa refigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refigeran yang
mengalir ke pipa‐pipa chest freezer. Kompresor yang sering dipakai pada chest
freezer adalah jenis hermetik. Konstruksi dari kompresor jenis ini menempatkan
motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah.Keuntungan dari
kompresor hermetik adalah tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang
terjadi kebocoran bahan refrigerasi, berukuran kecil dan harganya lebih murah,
tidak memakai tenaga penggerak dari luar, suaranya lebih tenang dan getaranya
kecil. Kerugian kompresor ini adalah bagian yang rusak di dalam rumah
7
kompresor tidak dapat diperbaiki sebelum rumah kompresor dipotong dan minyak
pelumas di dalam kompresor hermetik susah diperiksa.
Gambar 2.2 Kompresor jenis hermatik
(sumber : http://www.emsteknik.com)
Selain kompresor hermetik terdapat juga kompresor semi-hermetik dan
rotari yang biasa digunakan dalam mesin pendingin. Kompresor semi-hermetik
adalah kompresor dimana motor serta kompresornya berada di dalam satu tempat
atau rumah, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor
digerakan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak. Kompresor ini
sering pula disebut kompresor jenis baut atau “Bolted type Hermetic”.
Gambar 2.3 Kompresor Semi-Hermetik.
(sumber : http://www.emsteknik.com)
Sedangkan kompresor rotari, gerakan rotor di dalam stator kompresor
akan menghisap dan menekan zat pendingin (1) dan (4). Cara kerja dari
kompresor rotari dimulai dari rotor. Rotor adalah bagian yang berputar di dalam
8
stator. Rotor terdiri dari dua baling – baling. Langkah hisap terjadi saat pintu
masuk (2) mulai terbuka dan berakhir setelah pintu masuk tertutup, pada waktu
pintu masuk sudah tertutup dimulai langkah tekan, sampai katup pengeluaran (5)
membuka, sedangkan pada pintu masuk secara bersamaan sudah terjadi langkah
hisap demikian seterusnya.
Keuntungan kompresor rotari adalah sebagai berikut. Karena setiap
putaran menghasilkan langkah – langkah hisap dan tekan secara bersamaan, maka
momen putar lebih merata akibatnya getaran/kejutan lebih kecil. Ukuran
dimensinya dapat dibuat lebih kecil & menghemat tempat. Kerugiannya adalah
sampai saat ini hanya dipakai untuk sistem AC yang kecil saja sebab pada volume
yang besar, rumah dan rotornya harus besar pula dan kipas pada rotor tidak cukup
kuat menahan gesekan.
Gambar 2.4 Kompresor Rotari.
(sumber : http://www.emsteknik.com)
Kompresor bekerja secara dinamis atau bergerak. Pergerakanya dengan
menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi (perputaran)
udara yang mengalir dari pipa‐pipa chest freezer. Fase refrigeran ketika masuk
dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas
9
lanjut. Suhu gas refrigeran keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja
kondensor, demikian pula dengan nilai tekananya. Pada penelitian ini, kompresor
yang digunakan adalah 0,2 PK.
2.1.2.2. Kondensor
Kondenser adalah alat yang befungsi sebagai tempat kondensasi atau
pengembunan freon. Pada kondenser berlangsung dua proses utama yaitu proses
penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan proses dari gas
jenuh ke cair jenuh. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas jenuh ke cair
jenuh berlangsung pada suhu yang tetap. Saat kedua proses berlangsung,
kondensor mengeluarkan kalor dan pada tekanan yang tetap. Kalor yang
dilepaskan kondensor dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Berdasrkan
media pendinginannya, kondensor dibagi menjadi 3 macam, yaitu kondensor
berpendingin air, kondensor berpendingin udara dan kondensor berpendingin air
serta udara.
Kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin kapasitas kecil
adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, pipa dengan pelat besi dan pipa-pipa
dengan sirip-sirip. Pada umumnya jenis kondensor yang sering dipakai pada chest
freezer adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat. Dan pada penelitian ini,
kondensor yang digunakan adalah kondensor 11 U.
Gambar 2.5 Kondensor berpendingin udara dan berpendingin air.
(sumber : http://idkf.bogor.net)
10
Gambar 2.6 Kondensor berpendingin air dan udara.dan kondensor 11 U.
(sumber : http://idkf.bogor.net)
2.1.2.3. Evaporator
Evaporator adalah tempat terjadinya perubahan fase refrigeran dari cair
menjadi gas (penguapan). Pada saat proses perubahan fase, diperlukan energi
kalor. Energi kalor diambil dari lingkungan evaporator (benda-benda padat atau
pun cair yang ada di dalam evaporator chest freezer). Proses penguapan freon di
evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator yang
banyak digunakan pada chest freezer adalah jenis permukaan datar, pipa-pipa dan
pipa dengan sirip-sirip.
Gambar 2.7 Evaporator Pelat dan Evaporator Pipa
(sumber : http://www.diytrade.com)
11
Gambar 2.8 Evaporator pipa dengan sirip.
(sumber : http://www.diytrade.com)
2.1.2.4. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini mempunyai
dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk
mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler merupakan suatu pipa pada
chest freezer yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan
dengan pipa‐pipa lainnya. Dan dalam penulisan skripsi ini, menggunakan pipa
kapiler sepanjang 1,4 m dengan diameter 0,
028 in. Fungsi pipa kapiler yaitu menurunkan tekanan bahan pendingin
cair yang mengalir di dalam pipa. Proses penurunan tekanan dalam pipa kapiler
diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan (proses yang ideal ). Kerusakan
chest freezer paling banyak dijumpai pada pipa kapiler yaitu terjadi bocor dan
tersumbat.
Gambar 2.9 Pipa Kapiler
(sumber : http://www.bloganton.info)
12
2.1.2.5. Filter
Filter adalah alat yang berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran yang
melewati sebuah sistem chest freezer. Dengan adanya filter maka kotoran tidak
dapat melewatinya. Selain itu, filter juga berfungsi untuk menangkap uap air yang
akan masuk ke dalam sistem. Apabila sebuah sistem terdapat kotoran yang masuk
ke dalam pipa kapiler tanpa melalui penyaring atau filter, maka sistem menjadi
buntudan tidak dapat bekerja. Demikian juga dengan uap air, adanya uap air
dalamsebuah sistem membuat air dapat beku di dalam pipa kapiler dan berakibat
tertutupnya sebuah sistem. Bentuk umum dari filter berupa tabung kecil dengan
diameter antara 12 - 15 mm, sedangkan panjangnya antara dari 14 - 15 cm.
Gambar 2.10 Filter
(sumber : http://parma-teknik.blogspot.com)
2.1.3. Bahan Pendingin (Refrigeran)
Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang
mudah diubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Bahan pendingin
ini disebut refrigeran. Refrigeran yaitu fluida atau zat pendingin yang memegang
peranan penting dalam sistem pendingin. Refrigeran digunakan untuk menyerap
13
panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas
melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran dapat dikatakan
sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin. Refrigeran mengalami beberapa
proses atau perubahan fase (cair dan uap), yaitu refrigeran yang mula-mula pada
keadaan awal (cair) setelah melalui beberapa proses akan kembali ke keadaan
awalnya. Berikut beberapa contoh refrigeran yang ada di lapangan.
2.1.3.1. Udara
Penggunaan udara sebagai refrigeran umumnya dipergunakan di pesawat
terbang, sistem pendingin menggunakan refigeran udara menghasilkan COP yang
rendah tetapi aman.
2.1.3.2. Amoniak (NH3)
Amonia adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok fluorocarbon
yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun amoniak (NH3) beracun dan
kadang-kadang mudah terbakar atau meledak pada kondisi tertentu, namun
ammonia (NH3) biasa digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada
industri besar.
2.1.3.3. Karbondioksida (CO2 )
Karbondioksida merupakan refrigeran pertama dipakai seperti halnya
amonia. Refrigeran ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan cara
sentuhan langsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya yang
tinggi membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu rendah, untuk suhu
tinggi digunakan refrigeran lain. Pada mobil produksi baru, beberapa jenis mobil
menggunakan CO2 untuk refigeran mesin pendingin udaranya.
14
2.1.3.4. Refrigeran-12
Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia
CCl2 F2(Dichloro Difluoro Methane). Refrigeran jenis ini dilarang digunakan
pada saat ini karena tidak ramah lingkungan. R-12 mempunyai titik didih -21,6 F
(-29,8 C). Untuk melayani refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian
udara kendaraan otomotif.
2.1.3.5. Refrigeran-22
Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia
CHClF2 . R-22 mempunyai titik didih 41,4 F (5,22 C). Refrigeran ini telah banyak
digunakan untuk menggantikan R-12, tetapi pada saat ini penggunaan refigeran
jenis ini dilarang untuk digunakan karena kurang ramah lingkungan.
2.1.3.6. HFC (Hydro Fluoro Carbon)
Refigeran jenis ini yang saat ini paling sering digunakan karena memiliki
sifat yang ramah lingkungan sehingga tidak merusak lapizan ozon.
Pada saat ini penulis memilih menggunakan jenis refrigeran yang aman
dipergunakan dalam sistem pendingin. Sehingga refrigeran yang dipilih adalah
refrigeran jenis HFC (hydro fluoro carbon) atau R-134a. Freon 134a ataupun
HFC-134a adalah refrigeran haloalkana yang tidak menyebabkan penipisan ozon
dan memiliki sifat-sifat yang mirip dengan R-12 (diklorodiflorometana). R134a
mempunyai rumus molekul CH2FCF3 dan titik didih pada−26,3 °C (−15,34 °F).
Secara khusus sifat dari refrigeran 134a adalah sebagai tidak mudah terbakar,
tidak merusak lapisan ozon, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau,
15
relatif mudah diperoleh, memiliki kestabilan yang tinggi, umur hidup atmosfer
pendek
2.1.4. Siklus Kompresi Uap
Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor,
evaporator, kondensor dan pipa kapiler. Gambar 2.11. adalah skema alir siklus
kompresi uap.
Gambar 2.11 Skema siklus kompresi uap
2.1.5. Tahapan Siklus Kompresi Uap
Untuk mengetahui tahapan siklus kompresi uap pada chest freezer,
digunakan diagram P-h. Dengan adanya diagram P-h, dapat diketahui proses-
proses yang terjadi dalam suatu siklus kompresi uap pada chest freezer. Siklus
kompresi uap disajikan pada Gambar 2.12.
16
Gambar 2.12 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan
lanjut pada diagram P-h.
Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan
lanjut pada diagram T-s.
Keterangan proses-proses pada Gambar 2.12 adalah sebagai berikut :
Proses 1-2 (Proses Kompresi)
Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk
ke dalam kompresor adalah uap panas lanjut bertekanan rendah, setelah
mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena
proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor
punmeningkat. Proses 1 - 2 adalah kompresi adiabatik dan reversible dari uap
jenuh menuju tekanan kondensor.
17
Proses 2-2’ (Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut)
Proses ini adalah proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung di kondensor.
Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluar dari kompresor
membuang kalor di kondensor sehingga fasanya berubah dari gas panas lanjut
menjadi cair. Di kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan
udara, kalor berpindah dari refrigeran ke udara yang ada sekitar kondensor
sehingga refrigeran mengembun menjadi cair. Proses berlangsung pada tekanan
tetap.
Proses 2’-3’ (Proses Pengembunan)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi
dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor
sehingga fasanya berubah dari uap jenuh menjadi cair jenuh. Hal ini berarti bahwa
di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan
lingkungannya. Proses ini berlangsung pada suhu tetap dan tekanan tetap.
Proses 3’-3 (Proses Pendinginan Lanjut)
Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan
lanjut membuat membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar
dalam keadaan cair. Hal ini membuat refrigeran lebih mudah mengalir melalui
pipa-pipa kapiler dalam sebuah sistem pendingin. Proses ini terjadi pada tekanan
tetap.
Proses 3-4 (Proses Penurunan Tekanan)
Proses proses penurunan tekanan ini berlangsung di dalam pipa kapiler. Proses
ini berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.
18
Proses 3 - 4 adalah penurunan tekanan tidak reversible atau isentalpi pada entalpi
konstan, dan cairan jenuh menuju tekanan evaporator.
Proses 4-1’(Proses Pendidihan)
Proses ini berlangsung didalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan
diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah
fasa menjadi uap bertekanan rendah. Proses berlangsung pada secara isobaris dan
isothermis.
Proses 1’-1 (Proses Pemanasan Lanjut)
Pada proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Dengan adanya
pemanasan lanjut, refrigeran yang akan masuk ke dalam kompresor benar-benar
dalam kondisi gas. Hal ini membuat kompresor bekerja lebih ringan dan aman.
Proses berlangsung pada tekanan tetap.
2.1.6 Rumus-Rumus Perhitungan Karakteristik Untuk Mesin Pendingin.
Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan
perhitungan, antara lain seperti, kerja kompresor, kalor yang dilepas evaporator
per satuan masa refrigeran, kalor yang diserap evaporator per satuan massa
refrigeran, COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran massa.
a) Kerja Kompresor.
Besar kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan (2.1).
Win = h2– h1 (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
o Win : besar kerja kompresor (kJ/kg)
19
o h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b) Kalor yang dilepas kondensor
Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dinyatakan
menggunakan Persamaan (2.2)
Qout = h2 – h3 (2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
o Qout : besar kalor yang dilepas kondensor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
o h3 : entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
c) Kalor yang diserap evaporator
Besar kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator dinyatakan
menggunakan Persamaan (2.3)
Qin = h1 – h4 (2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
o Qin : besar kalor yang diserap evaporator (kJ/kg)
o h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
o h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
d) COP aktual (Coefficient Of Performance)
COP dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari siklus
refrigerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin pendingin maka
akan semakin baik mesin pendingin tersebut. COP tidak mempunyai satuan
20
karena merupakan perbandingan antara dampak refrigerasi (h1-h4) dengan kerja
spesifik kompresor (h2-h1) dinyatakan dalam Persamaan (2.4)
COP aktual = (2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
o COP aktual : koefisien prestasi chest freezer aktual
o h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
o h4 : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
e) COP ideal (Coefficient Of Performance).
Besarnya koefisien yang menyatakan performance dalam posisi ideal pada
siklus kompresi uap standar dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)
COP ideal = (2.5)
Pada Persamaan (2.5) :
o COP ideal : koefisien prestasi maksimum chest freezer,
o Te : suhu evaporator (oK)
o Tc : suhu kondensor (oK)
f) Efisiensi Chest freezer
Besarnya efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2.6)
Efisiensi = (2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
21
o COPideal : koefisien prestasi maksimum chest freezer
o COPaktual : koefisien prestasi chest freezer
g) Laju liran massa refrigeran.
Besarnya laju aliran massa refrigerant
dapat dihitung dengan Persamaan (2.7)
m = = (2.7)
Catatan :
1 watt = 1 J/s
Pada Persamaan (2.7) :
o m : laju aliran massa refrigeran (kg/s),
o V : Voltase kompresor (v)
o I : Arus kompresor (ampere)
o P : Daya kompresor (kJ/s)
o Win : kalor besar kerja kompresor (kJ/kg)
Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, besaran yang penting
sepertikerja kompresor, kerja kondensor, kerja evaporator dan COP dalam siklus
kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat diketahui.
Dalam penggunaan diagram entalpi-tekanan tergantung jenis bahan
pendingin(refrigeran) yang dipakai. Untuk diagram tekanan-entalpi pada jenis
refrigeran134a disajikan pada Gambar 2.14.
22
Gambar 2.14. Grafik P-h untuk refrigeran R134a
(sumber : http://www.engr.siu.edu)
2.1.7. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor (heat transfer) terjadi karena adanya perbedaan
temperatur antara kedua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada
kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang
berpindah biasanya disebut dengan istilah kalor (heat). Kalor (heat) akan selalu
bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Proses ini akan berlangsung
secara terus menerus sampai tidak ada perubahan temperatur diantara kedua
medium tersebut. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan berbagai cara seperti
perpindahan kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi dan radiasi. Namun
dalam mesin pendingin perpindahan panas terjadi hanya melalui perpindahan
panas secara konduksi dan konveksi.
a. Perpindahan Kalor Konduksi
Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai bagian-
bagian zat perantaranya. Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung
23
pada benda padat,cair dan gas. . Untuk zat cair dan gas, kondisi zat cair dan gas
harus dalam keadaan diam atau tidak bergerak. Contoh perpindahan kalor secara
konduksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan sebatang besi yang ujungnya
dipanasi dengan api, sehingga ujung satunya akan ikut menjadi panas.
Gambar 2.15 memperlihatkan perpindahan kalor secara konduksi yang dapat
dirumuskan sebagai pesamaan laju umum untuk perpindahan kalor konduksi atau
sering dikenal dengan hukum fourier seperti pada Persamaan (2.8)
Gambar 2.15 Perpindahan kalor konduksi.
q = - k A. = - kA. ( 2.8)
Pada Persamaan (2.8) :
q : laju perpindahan panas,
k : konduktifitas thermal bahan,
. = gradien suhu perpindahan kalor,
: tebal dinding,
: perubahan suhu,
: suhu dinding 1
: suhu dinding 2
A : luas penampang benda.
24
Pada persamaan (2.8) menunjukan bahwa laju perpindahan kalor bernilai
minus (-) karena kalor akan selalu berpindah ketemperatur yang lebih rendah
b. Perpindahan Kalor Konveksi
Kalor konveksi adalah perpindahan kalor dengan disertai perpindahan molekul
molekul atau zat perantaranya. Dengan kata lain, perpindahan kalor konveksi
membutuhkan media (fluida atau gas) untuk mengalirkan kalor. Contoh
perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah saat proses
merebus air.
Gambar 2.16 Perpindahan Kalor Konveksi
Gambar 2.16 memperlihatkan perpindahan kalor secara konveksi atau sering
dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan seperti
pada Persamaan 2.9.
q = hA(Ts −T∞) (2.9)
Pada persamaan (2.9) :
q : laju perpindahan panas
h : koefisien perpindahan panas konveksi
A : luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida
Ts : temperatur permukaan
25
T∞ : temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan.
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir
(zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung pada
benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi
paksa dan konveksi bebas. Berikut penjelasan dan contoh dari keduanya:
a) Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection)
Konveksi bebas adalah konveksi yang disebabkan oleh beda suhu dan
perbedaan massa jenis dan tanpa peralatan bantu penggerak dari luar yang
mendorongnya. Jadi aliran fluida atau udara pada konveksi bebas terjadi karena
adanya perbedaan kerapatan. Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar
tanpa ada sumber gerakan dari luar yang menggerakkan udara.
b) Konveksi paksa (forced convection)
Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa
perpindahan panas aliran gas atau fluida disebabkan adanya tenaga atau peralatan
bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara dengan blower.
2.1.8 Beban Pendinginan
Beban pendinginan adalah beban yang diterima suatu sistem untuk
mendinginkan sesuatu. Pada evaporator, beban pendinginan adalah besarnya
aliran kalor yang dihisap evaporator. Unit pendingin selalu menerima beban
pendinginan karena harus menjaga temperatur dan kelembaban tertentu yang
umumnya berada di bawah temperatur dan kelembaban lingkungan di luarnya.
Beban pendinginan biasanya berupa aliran energi berbentuk panas. Beban
pendingin dapat dibagi menjadi dua bagian khusus seperti.
26
a) Beban laten
Beban laten adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena
adanya perubahan wujud (fase). Sebagai contoh air yang sudah didinginkan
sampai 0°C kemudian didinginkan lagi sampai menjadi es pada suhu 0°C. Pada
proses ini tidak terjadi perubahan suhu melainkan perubahan wujud (fase). Beban
pendinginan disini disebut beban laten dan panas yang diserap disebut dengan
panas laten.
b) Beban sensible
Beban sensible adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena
adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu 100°C didinginkan menjadi
0°C (masih dalam keadaan cair). Beban yang diterima dalam proses itu disebut
beban sensible. Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C menjadi
0°C disebut panas sensible.
2.1.9 Proses Perubahan Fase
Secara umum proses perubahan fase dapat berlangsung karena adanya
pengaruh temperatur. Perubahan fase banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari.
Misalnya perubahan cair ke padat, gas ke cair, padat ke gas dan lain sebagainya.
Namun dalam suatu sistem mesin pendingin hanya berlangsung dua perubahan
fase yaitu pengembunan ( gas ke cair) dan penguapan (cair ke gas).
a) Proses Pengembunan (kondensasi).
Proses pengembunan atau kondensasi adalah adalah proses perubahan wujud
dari zat gas (uap) menjadi zat cair. Proses pengembunan merupakan proses
perubahan zat yang melepaskan kalor/panas (eksothermik). Kondensasi terjadi
27
ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap
dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari
pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut
kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi
cairan disebut kondensor. Pada meisn pendingin, proses pengembunan atau
kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah
kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refigeran dibuang keluar
dari kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar
kondensor adalah udara. Karenanya udara di sekitar memiliki suhu yang lebih
tinggi dibandingkan suhu kondensor.
b) Proses Penguapan (evaporasi)
Proses penguapan adalah proses perubahan bentuk zat dari cair menjadi uap /
gas. Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat
refigeran mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refigeran berubah fase dari cair
menjadi gas. Proses penguapan memerlukan kalor. Kalor diambil dari lingkungan
sekitar dimana evaporator itu ditempatkan. Pada mesin pendingin air, kalor
diambil dari lingkungan sekitar evaporator yang berupa air sehingga air dapat
berubah suhunya menjadi rendah dan berubah wujud menjadi es.
2.1.10 Contoh Spesifikasi Chest Freezer
Salah satu contoh spesifikasi chest freezer yang ada di pasaran adalah
sebagai berikut :
28
(Sumber : http://showcasecoolerdast.com)
Dimensi 1080x625x840
Inner box, alumunium emboss plate 0,36mm
Evaporator, Aluminium pipe OD8 x t 1,0 mm x 22663 mm
Accumulator, Copper
Capilary pipe, OD 1.8 x ID 0.7 x 2500mm
Cabinet Box PCM 0.4 mm
Condensor, Steel Pipe D 4. 0 x t 0.71 x 21000 mm
Kompresor, Panasonic SF48C10RAX. 220V/50Hz,139W
Refrigeran R-134a, 100 gram
Drier, Silica gel = 10 gr
29
2.2 Tinjauan Pustaka
Anwar, K (2010) telah melakukan penelitian tentang efek beban
pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian tersebut
bertujuan: (a) membahas efek beban pendinginan terhadap kinerja sistem mesin
pendingin meliputi kapasitas refrigerasi (b) menghitung koefisien prestasi mesin
pendingin (c) waktu pendinginan yang ideal pada mesin ini. Penelitian ini
dilakukan dengan batasan -batasan sebagai berikut: (a) beban pendinginan
menempatkan bola lampu 60, 100, 200,300 dan 400 watt di dalam ruang
pendingin (b) data dianalisi secara teoritis berdasarkan data eksperimen dengan
focus model 802 (c) data dianalisis secara teoritis berdasarkan data eksperimen
dengan menentukan kondisi refrigeran pada setiap titik siklus. Dari hasil
penelitian didapatkan : (a) peningkatan beban pendinginan menyebabkan
koefisien prestasi sistem pendingin akan membentuk kurva parabola (b) performa
optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt
dengan cop sebes ar 2,64 (c) waktu pendinginan diperoleh paling lama pada beban
pendingin yang paling tinggi (bola lampu 400 watt).
Handoyo, EA dan Lukito, A (2002) telah melakukan penelitian tentang
analisa pengaruh pipa kapiler yang dililitkan pada line suction terhadap
performansi mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a) membahas
pengaruh usaha melilitkan pipa kapiler pada line suction (b) menghitung
performansi mesin pendingin tersebut (c) menghitung waktu pendinginan.
Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) mesin
pendingin yang digunakan adalah chest freezer (b) beban pendinginan yang
30
digunakan air. Dari hasil penelitian didapatkan (a) pipa kapiler yang dililitkan
pada line suction dapat meningkatkan nilai COP chestfreezer (b) waktu
pendinginan tidak banyak perubahan.
Wilis, GR (2013) telah melakukan penelitian tentang penggunaan refrigeran
P.22 dan R134a pada mesin pendingin. Penelitian tersebut bertujuan: (a)
menghitung prestasi kerja refrigeran M2 yang dibandingkan dengan refrigeran
R134a (b) membahas refrigeran yang lebih ramah lingkungan antara R22 dengan
R134a. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a)
refrigeran yang digunakan U2 dan R134a (b) menggunakan mesin pengkondisian
udara dengan motor penggerak kompresor berkapasitas 2 HP. Dari hasil penelitian
didapatkan: (a) refrigeran R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari Rl34a,
tetapi tidak ramah lingkungan (b) refrigeran Rl34a lebih ramah lingkungan, tetapi
prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.
31
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1. Komponen-komponen mesin pendingin
Komponen utama Chest Freezer yang dipergunakan dalam penelitian ini
adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan fluida kerja
refrigeran R134a.
a) Kompresor
Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Gambar 3.1. Kompresor
(sumber : http://www.emsteknik.com)
Jenis kompresor : Hermetik
Seri kompresor : AE 150 FK -932
Voltase : 220 Volt
Daya kompresor : 0,2 PK (name plate)
32
b) Kondensor
Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Jenis : Kondensor Tipe U, dengan jumlah U = 11
Diameter pipa : 4.7 mm
Bahan pipa : Besi
Bahan sirip : Besi
Jarak sirip : 5 mm
Diameter sirip : 0.14 mm
Gambar 3.2. Kondensor
c) Pipa kapiler
Spesifikasi pipa kapiler yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut:
Panjang pipa kapiler : 1,4 meter
33
Diameter pipa kapiler : 0,028 inchi
Bahan pipa kapiler : tembaga
Gambar 3.3. Pipa kapiler
d) Filter
Spesifikasi filter yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.4. Filter
Panjang filter : 100 mm
Bahan : tembaga
Diameter : 20 mm
e) Evaporator
34
Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai
berikut :
Bahan pipa evaporator : tembaga
Bahan plat evaporator : alumunium
Gambar 3.5 Evaporator
(sumber : http://www.diytrade.com)
f) Refrigeran R134a
Refrigeran R134a dipergunakan sebagai fluida kerja Chest Freezer yang
dibuat. Dalam penelitian ini dipergunakan refrigeran R134a karena lebih ramah
lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigeran lain yang tersedia dipasaran.
Gambar 3.6 Tabung berisi refrigeran R134a
(sumber : http://www.indotrading.com
35
3.1.1. Peralatan pendukung pembuatan chest freezer
a. Alat pemotong pipa
Alat pemotong pipa adalah alat yang mempunyai fungsi untuk memotong
pipa, agar hasil potongan menjadi rapi.
Gambar 3.7 Pemotong pipa
(sumber : http://www.directindustry.com)
b. Pompa vakum
Pompa vakum adalah alat yang mempunyai fungsi untuk proses atau untuk
mengeluarkan udara dari dalam sistem mesin Chest Freezer sebelum diisi freon
sebagai fluida kerja Chest Freezer.
Gambar 3.8 Pompa vakum
(sumber : http://www.indonetwork.co.id)
36
c. Manifold gauge
Manifold gauge adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengukur tekanan
refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat Chest Freezer bekerja.
Gambar 3.9 Manifold gauge
(sumber : http://www.friogasrefrigeracao.com.br)
d. Alat las
Alat las adalah alat yang mempunyai fungsi untuk menyambung pipa-pipa
tembaga pada Chest Freezer agar sistem dapat bekerja.
Gambar 3.10 Alat las dan bahan tambahan las (perak dan tembaga)
(sumber : http://tungkulogam.wordpress.com)
37
e. Termostat
Termostat adalah alat yang mempunyai fungsi sebagai pengatur suhu pada
evaporator, jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai kebutuhan maka alat ini
akan memutus arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.
Gambar 3.11 Termostat
f. Sterofoam
Sterofoam mempunyai fungsi sebagai tempat diletakan evaporator agar
evaporator dapat tertutup rapat.
Gambar 3.12 Sterofoam
38
3.2. Persiapan Alat dan Bahan
Persiapan komponen harus dilakukan sebelum memulai tahap proses
pembuatan chest freezer. Komponen yang harus dipersiapkan berupa komponen-
komponen utama chest freezer (Kompresor, Evaporator, Pipa Kapiler dan
Kondensor) dan alat bantu yang diperlukan dalam pembuatan chest freezer. Hal
ini sangat perlu dilakukan karena akan mempercepat dan mempermudah proses
selanjutnya dalam pembuatan chest freezer.
Setelah semua komponen-komponen disiapkan, maka akan dilanjutkan
pada proses penyambungan komponen-komponen chest freezer.
3.3 Langkah-Langkah Pembuatan Chest Freezer
Langkah-langkah pembuatan Chest Freezer dapat diketahui sebagai berikut ini :
a. Proses pembuatan rangka Chest Freezer.
Pada proses ini diperlukan alat sebagai berikut alat potong plat baja
mempunyai fungsi untuk memotong plat sesuai ukuran panjang, lebar dan tinggi
yang sudah ditentukan sebelumnya, alat las mempunyai fungsi untuk
menyambung plat baja yang sudah dipotong sebelumnya. Alat ukur mempunyai
fungsi untuk menentukan ukuran plat baja.
Gambar 3.13 Pembuatan rangka Chest Freezer
39
b. Proses penyambungan dengan las antara kompresor dengan kondensor.
Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara
kompresor dengan kondensor. Dalam proses penyambung terdapat perbedaan
material yang akan disambung pipa output kompresor terbuat dari besi sedangkan
kondensor terbuat dari tembaga. Proses penyambungan komponen ini
membutuhkan bahan bantu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam
proses pengelasan karena perbedaan karakteristik material dan agar pipa saluran
keluar kompresor dan pipa saluran masuk kondensor tersambung dengan baik dan
tidak bocor. Bahan yang digunakan pada pengelasan atau penyambungan ini
menggunakan bahan perak dan kuningan.
Gambar 3.14 Proses pengelasan kompresor dengan kondensor
c. Proses penyambungan dengan las antara kondensor dengan filter,.
Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung antara pipa
output kondensor dengan input filter. Proses penyambungan menggunakan las
yang menggunakan bahan perak dan kuningan. Diperlukan borak sebagai perekat
dalam proses pengelasan karena terdapat perbedaan material antara kondensor
dengan filter. Alat bantu yang diperlukan adalah tang yang mempunyai fungsi
untuk menahan pipa tembaga pada saat penyambungan dengan las.
40
Gambar 3.15 Proses pengelasan kondensor dengan filter
d. Proses penyambungan dengan las antara filter dengan pipa kapiler.
Dalam proses ini diperlukan alat las yang mempunyai fungsi untuk
menyambung output filter dengan pipa input pada pipa kapiler. Proses
penyambungan menggunakan alat las dengan bahan perak dan kuningan sebagai
penyambungnya. Tang adalah alat bantu yang mempunyai fungsi sebagai penahan
pada sat proses pengelasan dilakukan.
Gambar 3.16 Proses pengelasan filter dengan pipa kapiler
e. Proses penyambungan dengan las antara pipa kapiler dengan evaporator.
Dalam proses ini diperlukan alat las yang berfungsi untuk menyambung
saluran keluar pipa kapiler dengan saluran pipa masuk evaporator. Proses
41
penyambungan menggunakan las dengna bahan perak dan kuningan. Tang
mempunyai fungsi menahan pada saat proses pengelasan dan juga memipihkan
diameter pipa saluran masuk evaporator supaya pipa kapiler dapat tersambung
dengan baik.
Gambar 3.17 Proses pengelasan pipa kapiler dengan evaporator
f. Proses penyambungan dengan las antara evaporator dengan kompresor.
Dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai pipa penghubung
evaporator dengan kompresor. Proses penyambungan komponen tersebut
menggunakan alat las dengan bahan kuningan dan perak.
Gambar 3.18 Proses pengelasan evaporator dengan kompresor
42
g. Proses pemvakuman Chest Freezer.
Dalam proses pemvakuman diperlukan pompa vakum yang mempunyai fungsi
untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini bertujuan untuk mengeluarkan
udara-udara yang masih terjebak dalam saluran-saluran pipa di Chest Freezer agar
siklus dalam Chest Freezer dapat bekerja dengan maksimal.
Gambar 3.19 Proses pemvakuman
h. Proses pengisian refrigeran R134a.
Dalam proses ini diperlukan refrigeran R134a sebagai fluida kerja Chest
Freezer. Tekanan refrigeran yang akan dimasukan dalam siklus Chest Freezer
harus sesuai dengan standar kerja Chest Freezer agar dapat bekerja dengan
maksimal.
Gambar 3.20 Proses pengisian refrigeran R134a
43
i. Proses pengujian Chest Freezer
Dalam proses ini kita nyalakan kompresor dan tunggu selama kira-kira 30-60
menit. Bila terjadi bunga es pada evaporator dan pipa tembaga yang
menghubungkan antara evaporator dan pipa kapiler, serta tekanan pada manifold
gauge cenderung konstan, maka chest freezer siap untuk digunakan untuk
mengambil data.
Gambar 3.21 Proses pengujian alat.
Gambar 3.22 Tekanan normal pada pengujian alat.
44
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Mesin yang Diteliti
Mesin yang diteliti adalah chest freezer dengan siklus kompresi uap hasil
rangkaian sendiri dengan komponen standar dari chest freezer yang tersedia
dipasaran. Chest freezer yang dirangkai bekerja dengan siklus kompresi uap yang
disertai dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut berdaya 0,2 Pk, dengan
panjang pipa kapiler 140 cm. Proses pendinginan yang terjadi dalam chest freezer
ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan benda yang ada di dalam
ruangan evaporator. Gambar 4.1 menyajikan mesin yang diteliti.
Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (chest freezer)
(sumber : http://chestfreezer.yolasite.com)
45
4.2 Skematik Mesin Pendingin yang Diteliti
Gambar 4.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam
skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur
tekanan (manifold gauge) pada chest freezer.
Gambar 4.2 Skematik mesin pendingin chest freezer
Keterangan pada Gambar :
Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T1) dan alat ukur tekanan P1
Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2
Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel T3
4.3 Alat Bantu Penelitian
Proses penelitian freezer ini membutuhkan alat-alat yang dipergunakan untuk
membantu dalam pengujian freezer tersebut. Alat-alat bantu tersebut seperti
termokopel dan alat penampilnya, pengukur tekanan, P-h diagram, air.
46
a) Termokopel dan Alat penampilnya
Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk
mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan dengan listrik. Alat
penampil suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai
suhu yang diukur.
Gambar 4.3 Termokopel dan alat penampil suhu digital
(sumber : http://elektronikautis.blogspot.com)
b) Pengukur Tekanan
Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan
refrigeran. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi,
sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.
Gambar 4.4 Pengukur Tekanan
(sumber : http://www.friogasrefrigeracao.com.br)
47
c) P – h diagram
P – h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap
mesin pendingin. Dengan P - h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap
titik yang diteliti.
Gambar 4.5 P – h diagram
d) Air
Air mempunyai fungsi sebagai beban pendinginan pada mesin pendingin yang
dipergunakan dalam penelitian.
Gambar 4.6 Air (beban pendinginan)
(sumber : https://plus.google.com)
48
4.4 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang
Sudah Ditentukan
Untuk mendapatkan data – data hasil penelitian dipergunakan alat ukur
termokopel dan alat ukur tekanan. Pengukuran suhu dan tekanan dilakukan setiap
30 menit. Hasil penelitian disajikan pada tabel seperti pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan.
No Waktu
(menit)
T1
(oC)
T3
(oC)
T evap
(oC)
T kond
(oC)
P1
(psia)
P2
(psia)
1 30
2 60
3 90
4 120
5 150
4.5 Cara Mengolah Data
Prosedur pengolahan data :
a) Setelah semua data suhu dan tekanan pada setiap titik diperoleh maka
langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada
P – h diagram. Dengan menggambarkan dalam P – h diagram dapat diketahui
nilai entalpi (h1, h2, h3, h4).
49
b) Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk
menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepaskan
kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor
persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COP ideal, nilai COP actual chest
freezer dan efisiensi, serta laju aliran massa refrigeran.
c) Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang
ada seperti persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, persamaan
(2.2) untuk menghitung energi kalor yang dilepaskon densor, persamaan (2.3)
untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, persamaan (2.4) untuk
menghitung COP aktual, persamaan (2.5) untuk menghitung COP ideal,
persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi chest freezer dan persamaan (2.7)
untuk menghitung laju aliran massa refrigeran.
d) Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COP aktual, COP ideal, Efisiensi, Laju
aliran massa) kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan
pembahasan. Dalam proses pembahasan harus mempertimbangkan hasil-hasil
penelitian sebelumnya dan juga tidak lepas dari tujuan penelitian.
50
BAB V
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
5.1. Data Hasil Percobaan
Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigeran (P1& P2) dan suhu
refrigeran (T1& T3) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu,
disajikan pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1& P2) dan suhu (T1& T3)
No Waktu
(menit)
T1
(oC)
T3
(oC)
t evap
(oC)
t kond
(oC)
P1
(psia)
P2
(psia)
1 30 25,48 33,02 -23,9 35 16,5 130,4
2 60 25,4 33,22 -23,9 35 16,7 130,4
3 90 24,04 32,67 -25 35 15,3 130,2
4 120 25,04 32,84 -25 35 15,3 130,7
5 150 25,04 33,27 -25 35 15,3 130,7
Keterangan :
- t evap : suhu evaporator (oC)
51
- t kond : suhu kondensor (oC)
- Pada saat pengambilan data, suhu kamar sebesar 30oC
- Media yang didinginkan adalah air dengan volume 240 ml dan suhu awal
28oC
- P1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (psia).
- P2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (psia).
- T1 : Suhu refrigeran saat masuk kompresor (oC).
- T3 : Suhu refrigeran saat masuk pipa kapiler (oC).
5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data.
Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan
menggambarkannya pada diagram p-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada
penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap
titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb.
No Waktu
(menit)
h1
(Btu/lb)
h2
(Btu/lb)
h3
(Btu/lb)
h4
(Btu/lb)
1 30 117 140 40 40
2 60 117 140 40 40
3 90 117 142 40 40
4 120 117 142 40 40
52
No Waktu
(menit)
h1
(Btu/lb)
h2
(Btu/lb)
h3
(Btu/lb)
h4
(Btu/lb)
5 150 117 142 40 40
Dalam perhitungan, besar entalpi (h) harus dalam satuan Standar
Internasional yaitu kJ/kg (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg). Besar nilai konversi entalpi
setiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 4.3.
Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg.
No Waktu
(menit)
h1
(kJ/kg)
h2
(kJ/kg)
h3
(kJ/kg)
h4
(kJ/kg)
1 30 272,142 325,64 93,04 93,04
2 60 272,142 325,64 93,04 93,04
3 90 272,142 330,292 93,04 93,04
4 120 272,142 330,292 93,04 93,04
5 150 272,142 330,292 93,04 93,04
Contoh untuk menentukan besaran nilai nilai entalpi dapat dilihat dari
diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran R 134a. Dari diagram dapat dilihat
nilai h2 saat menit ke 60 adalah 140 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h harus
dalam kJ/kg jadi nilai h2 = 140 Btu/lb = 325,64 kJ/kg (140 Btu/lb x 2,326 kJ/kg).
53
Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeranR 134a diambil dari
data menit (t) ke 60.
Keterangan dari diagram P-hpada Gambar 5.2 :
h1= 272,142 kJ/kg
h2 = 325,64 kJ/kg
h3 = 93,04 kJ/kg
h4 = 93,04 kJ/kg
a) Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran.(Win)
Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang
dihasilkan oleh chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.3) :
Win = h2-h1
= 325,64 kJ/kg – 272,142 kJ/kg
= 53,50 kJ/kg
54
Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 53,50 kJ/kg (pada saat
t=60 menit)
b) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Qout)
Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.4) :
Qout = h2-h3
= 325,64 kJ/kg – 95,04 kJ/kg
= 232,6 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar 232,6
kJ/kg (pada saat t=60 menit)
c) Kalor yang diserap evaporator (Qin)
Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
pada chest freezer, dapat menggunakan persamaan (2.5) :
Qin = h1-h4
= 272,142 kJ/kg – 93,04 kJ/kg
= 179,102 kJ/kg
Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 179,102
kJ/kg (pada saat t=60 menit)
55
d) COP aktual
COPaktual dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari
mesin chest freezer yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan (2.6) :
COPaktual = =
=
= 3,3
Maka COP aktual chest freezer sebesar 3,3 (pada saat t=60 menit)
e) COP ideal
Untuk menghitung performance ideal pada chest freezer yang bekerja dengan
siklus kompresi uap, dapat menggunakan persamaan (2.7)
COP ideal =
=
= 4,2
Maka COP ideal chest freezer sebesar 4,2 (pada saat t=60 menit)
56
f) Efisiensi (η)
Untuk mendapatkan efisiensi chest freezer dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.8)
Efisiensi η = x 100%
η = x 100%
η = 80%
Maka efisiensi η chest freezer sebesar 80% (pada saat t=60 menit)
g) Laju aliran massa refrigeran (
Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung
dengan persamaan (2.9)
=
=
= 0,0043 kg/s
Maka laju aliran massa chest freezer sebesar 0,0043 kg/s (pada saat t=60 menit)
4.3. Hasil Perhitungan
Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 0 menit sampai (t) 150
menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor
persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan massa
refrigeran yang diserap evaporator (Qin), COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju
aliran massa dari chest freezer disajikan pada Tabel 5.4 dan 5.5
57
Tabel 5.4.Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer
No
Waktu
(t)
(menit)
Kerja
Kompresor
(Win)
(kJ/kg)
Kalor yang diserap
evaporator (Qin)
(kJ/kg)
Kalor yang dilepas
evaporator (Qout)
(kJ/kg)
COP
aktual
1 30 53 179 232 3,3
2 60 53 179 232 3,3
3 90 58 179 273 3,08
4 120 58 179 273 3,08
5 150 58 179 273 3,08
Tabel 5.5. Hasil perhitungan Karakteristik Chest Freezer
No Waktu (t)
(menit) COP ideal Efisiensi (η)
Laju aliran
massa,
(kg/s)
1 30 4,2 80% 0,0043
2 60 4,2 80% 0,0043
3 90 4,1 75% 0,0041
4 120 4,1 75% 0,0041
5 150 4,1 75% 0,0041
5.4. Pembahasan
Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, dan
COP dari mesin pendingin dengan pemansan lanjut dan pendinginan lanjut dari
58
waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil
perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.6, Gambar 5.7, Gambar
5.8, Gambar 5.9, Gambar 5.10, Gambar 5.11, Gambar 5.12.
Gambar 5.6 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dan waktu
Gambar 5.6 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran
(Win) dari waktu ke waktu. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran
terendah sebesar 53,5kJ/kg dan nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran
tertinggi sebesar 58,15 kJ/kg dan rata-rata nilai kerja kompresor persatuan massa
refrigeran dari t = 30 menit sampai t = 150 menit sebesar 55,36 kJ/kg. Kerja
kompresor berubah pada menit ke-90, hal ini kemungkinan terjadi karena
timbulnya bunga es diawal masuk pipa evaporator. Es yang menebal kemudian
menghambat aliran udara. Pada akhirnya refrigeran cair yang tidak berevaporasi
di evaporator kemudian masuk ke jalur pipa suction dan bisa sampai ke
kompresor. Hal ini ditandai dengan bunga es yang muncul disekitar bagian
suction kompresor.
59
Gambar 5.7 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator
dan waktu.
Gambar 5.7 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran
yang diserap evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai kalor terendah yang
diserap evaporator adalah 179,020 kJ/kg dan nilai kalor tertinggi yang diserap
evaporator adalah sebesar 179,102 kJ/kg dan rata-rata nilai kalor persatuan massa
refrigeran yang diserap adalah sebesar 179,052 kJ/kg. Pengambilan data yang
dilakukan pada suhu ruang (300C), membuat kalor persatuan massa refrigeran
yang diserap evaporator cenderung kosntan dan dinding evaporator yang terlapisi
oleh uap air yang membeku mengakibatkan kalor persatuan massa yang diserap
cenderung konstan walaupun kompresor telah bekerja lebih berat.
60
Gambar 5.8 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor dan waktu
Gambar 5.8 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran
yang dilepas evaporator (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai kalor persatuan massa
refrigeran terendah yang diserap evaporator adalah 232,60 kJ/kg dan nilai kalor
persatuan massa refrigeran tertinggi yang diserap evaporator adalah sebesar
273,25 kJ/kg dan rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap
adalah sebesar 256,991 kJ/kg. Nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor berubah pada menit ke-90. Hal ini sesuai dengan perubahan yang
terjadi pada kompresor. Karena semakin besar kerja kompresor persatuan massa,
maka semakin besar pula kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas
kondensor.
61
Gambar 5.9 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu
Gambar 5.9 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi (COP) aktual dari
waktu ke waktu. Nilai COP aktual terendah adalah 3,08 dan nilai COP aktual
tertinggi adalah sebesar 3,3 dan rata-rata nilai COP aktual adalah sebesar 3,17.
Perubahan kerja kompresor juga berpengaruh pada koefisien prestasi COPaktual.
Sehingga unjuk kerja yang terjadi pada mesin chest freezer menurun pada menit
ke-90.
Gambar 5.10 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu
62
Gambar 5.10 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi COPideal dari waktu
ke waktu. Nilai COP ideal terendah adalah 4,1 dan nilai COP ideal tertinggi adalah
sebesar 4,2 dan rata-rata nilai COP ideal adalah sebesar 4,14. Perubahan yang
terjadi pada kompresor yang diikuti koefisien prestasi aktual juga mengakibatkan
perubahan nilai nilai COP ideal.
Gambar 5.11 Hubungan efisiensi dan waktu
Gambar 5.11 memperlihatkan efisiensi dari waktu ke waktu. Nilai efisiensi
terendah adalah 0,75 dan nilai efisiensi tertinggi adalah sebesar 0,8 dan rata-rata
efisiensi adalah sebesar 1,45. Perubahan kerja kompresor yang semakin berat oleh
karena transfer kalor yang terjadi dihalangi oleh butiran air yang membeku,
sistem perpipaan yang di”bending” secara manual sehingga ada kemungkinan
aliran refrigeran pada pipa tidak sempurna dan ruang pendingin (cool box) yang
terbuat dari sterofoam masih memiliki cacat / lubang kecil sebagai jalan bagi pipa
tembaga, tidak dapat tertutup secara sempurna. Dan hal inilah yang kemungkinan
63
menyebabkan efisiensi mesin chest freezer tidak dapat 100% dan bahkan menurun
pada menit ke-90 karena pengaruh kerja kompresor.
Gambar 5.12 Hubungan laju aliran massa refrigeran dan waktu
Gambar 5.12 memperlihatkan laju aliran massa dari waktu ke waktu. Nilai
laju aliran massa terendah adalah 0,0041 kg/s dan nilai laju aliran masa tertinggi
adalah sebesar 0,043 kg/s dan rata-rata laju aliran massa adalah sebesar 0,0042
kg/s. Tertutupnya evaporator oleh butiran air yang membeku, mengakibatkan laju
aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi.
Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa, uap air yang membeku dan menebal
pada bagian dalam evaporator dapat menghalangi transfer kalor.Sehingga uap air
yang membeku menghalangi kinerja kompresor sehingga kerja kompresor
semakin berat. Serta berdampak pula pada kalor yang dilepas kondensor persatuan
massa menjadi lebih besar, tetapi kalor yang diserap evaporator persatuan massa
cenderung konstan. Dan juga hal ini mengakibatkan menurunnya koefisien
prestasi mesin baik aktual maupun ideal dan juga menurunnya laju aliran massa
64
efisiensi. Menurunnya efisiensi ini juga dipengaruhi banyak hal seperti bending
pada pipa tembaga yang dilakukan secara manual dan cenderung tidak sempurna
dapat membuat aliran refrigeran tidak optimal. Dan hal ini juga mempengaruhi
laju aliran massa.
65
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Dari pengujian mesin pendingin chest freezer untuk mendinginkan air, dapat
diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
a) Mesin pendingin chest freezer yang dibuat dapat mendinginkan air dengan
volume 240 ml sampai menjadi es pada suhu -24oC.
b) Kerja kompresor per satuan massa terendah sebesar 53 kJ/kg, kerja
kompresor persatuan massa tertinggi sebesar 58 kJ/kg.
c) Kalor per satuan massa terendah yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg,
kalor persatuan massa tertinggi yang diserap evaporator sebesar 179 kJ/kg.
d) Kalor per satuan massa terendah yang dilepas evaporator sebesar 232 kJ/kg,
kalor per satuan massa tertinggi yang dilepas evaporator sebesar 273 kJ/kg.
e) COPaktual terendah chest freezer sebesar 3,08, COPaktual tertinggi chest freezer
sebesar 3,3.
f) COPideal terendah chest freezer sebesar 4,1, COPideal tertinggi chest freezer
sebesar 4,2.
g) Efisiensi terendah chest freezer sebesar 75%, efisiensi tertinggi chest freezer
sebesar 80%.
h) Laju aliran massa terendah chest freezer adalah 0,0041 kg/s, laju aliran massa
tertinggi chest freezer sebesar 0,0043 kg/s.
66
6.2 Saran.
Setelah melakukan pengambilan data ada beberapa kekurangan yang perlu
diperhatikan. Untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin ini. Antara
lain dalam pembuatan mesin pendingin chest freezer sebaiknya menggunakan
panjang pipa kapiler yang standar dipasaran, pergunakan pipa tembaga sebagai
evaporator sebagaimana yang digunakan chest freezer yang ada dipasaran,
gunakan kondensor 12 U untuk chest freezer dengan daya 0,2 PK. Hal ini
diperlukan agar sistem penyerapan kalor pada evaporator dan pembuangan kalor
pada kondensor dapat berjalan dengan baik.
67
DAFTAR PUSTAKA
Anwar, K., 2010, Efek Beban Pendinginan Terhadap Performa Sistem Mesin
Pendingin, Jakarta.
Handoyo, EA dan Lukito, A (2002), Analisa pengaruh pipa kapiler yang
dililitkan pada line suction terhadap performansi mesin pendingin,
Jakarta.
Wilis, G.R., 2013, Penggunaan Refrigeran P.22 dan R134a Pada Mesin
Pendingin, Jakarta.
68
LAMPIRAN
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada
diagram P-h. Data 1 (menit 30)
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada
diagram P-h. Data 2 (menit 60)
69
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada
diagram P-h. Data 3 (menit 90)
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada
diagram P-h. Data 4 (menit 120)
70
Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada
diagram P-h. Data 5 (menit 150)
