KARAKTERISTIK MESIN PENDINGIN UNTUK MENDINGINKAN REFRIGERAN SEKUNDER

Gratis

0
0
87
10 months ago
Preview
Full text

KARAKTERISTIK MESIN PENDINGIN UNTUK MENDINGINKAN REFRIGERAN SEKUNDER TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

  JurusanTeknikMesin Diajukan oleh :

  DOMINICUS RICO PUTRANTO NIM : 085214061 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013

COOLER ENGINE CHARACTERISTIC TO COOLING SECONDARY REFRIGERANT FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree Mechanical Engineering Study Program

  Mechanical Engineering Department by

  DOMINICUS RICO PUTRANTO Student Number:085214061 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPATRMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta : Nama : DOMINICUS RICO PUTRANTO

  

KARAKTERISTIK MESIN PENDINGIN UNTUK MENDINGINKAN

REFRIGERAN SEKUNDER

  Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan memublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Yogyakarta Pada tanggal : 5 September 2012 Yang menyatakan,

  

INTISARI

  Saat ini mesin pendingin sangat penting dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis khususnya Indonesia. Mesin pendingin dapat digunakan untuk pengkondisian udara ataupun mendinginkan bahan makanan dan minuman. Mengingat peran dan pentingnya mesin pendingin secara umum, maka diperlukan pengetahuan tentang pembuatan dan pengembangan mesin pendingin. Mesin pendingin yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan kompresor dan menggunakan listrik sebagai energi penggeraknya. Tujuan pembuatan mesin pendingin untuk melihat unjuk kerja mesin pendingin yang mendinginkan refrigeran sekunder.

  Model mesin pendingin yang digunakan disini adalah mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut yang melilitkan pipa kapiler keluar kondensor dengan bagian keluar evaporator. Mesin pendingin ini digunakan untuk mendinginkan refrigeran sekunder yang kemudian untuk mendinginkan air. Pengujian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Data yang diambil dalam pengujian mesin pendingin adalah tekanan kerja, suhu di tiap bagian keluar komponen mesin pendingin, suhu refrigeran sekunder dan suhu air.

  Hasil perhitungan dari mesin pendingin berupa kerja kompresor, kerja evaporator, kerja kondensor, dan COP (Coefficient of Perfomance) dari mesin pendingin. Dari mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut yang dibuat didapat hasil perhitungan pada waktu (t)=30 menit kerja kompresor 44,194 kJ/kg, kerja evaporator 167,472 kJ/kg, kerja kondensor 211,667 kJ/kg dan didapat nilai COP mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut sebesar 3,79.

  Kata Kunci : Kerja kompresor, COP , pemanasan lanju, pendinginan lanjut.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan lancar dan baik.

  Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Pembimbing Akademik, dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Kepala Laboratorium Konversi Energi, Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T., untuk dukungan dan saran yang penulis dapatkan.

  4. Bapak Y.M. Surono Putranto dan Ibu Maria H.B selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

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

  Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

  Yogyakarta, 5 September 2012 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ……………...……………………………….. i TITLE PAGE …………….......……………............……………….. ii HALAMAN PENGESAHAN ……….....…....……………………… iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ……….……............………………… iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..................................... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAAN PUBLIKASI KARYA

  ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ……………............... vi

  INTISARI ………………..…………………………………….. vii KATA PENGANTAR ………………..........………............………. viii DAFTAR ISI ………..........…..............………..…............……….. x DAFTAR GAMBAR ........................................................................ xi DAFTAR TABEL .................................................................................... xv

  BAB I PENDAHULUAN ……...……………………………………….. 1

  1.1 Latar Belakang .……………………………………………………… 1

  1.2 Tujuan ........................………………………………………………. 2

  1.3 Batasan Masalah ..……………………………………………... 3

  1.4 Manfaat Pelaksanaan Tugas Akhir ................................................. 4

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA DASAR TEORI ...........…….…………. 5

  2.1. Bahan Pendingin (Refrigeran) . . . . . . ………………………………... 5

  2.2. Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap standar .....................……….... 8

  2.3. Siklus Pendingin Kompresi Uap ………….................................. 10

  2.4. Pendinginan Lanjut ………….……..................................................…. 12

  2.5. Pemanasan Lanjut …………………….………………………………... 13

  2.6. Penggunaan Refrigeran Kedua ................................................................ 15

  2.7. Beban Pendingin .............................…………………………...... 16

  2.8. Proses Perubahan Fase .............................…………………………...... 17

  2.9. Perpindahan Kalor .............................…………………………..... 18

  2.9.1. Perpindahan Kalor Konveks …………………………….................... 18

  2.9.2. Perpindahan Kalor Konduksi ................................................................ 21

  2.10. Isolator …………………....................................................................... 22

  2.11. Rumus-Rumus Perhitungan .................................................................. 22

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..........…………….…….....……. 26

  3.1. Komponen-Komponen Mesin Pendingin ........…………………………. 26

  3.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Alat ...............…...………………….... 33

  3.3. Pembuatan Mesin Pendingin ……………………………….................. 39

  3.4. Cara Pengambilan Data . ………..................…………….....…..........…. 44

  3.5. Cara Pengolahan Data ..........…….................……………………...….... 46

  3.6. Cara Mendapatkan Kesimpulan .............................................................. 47

  BAB IV HASIL PENGAMBILAN DATA DAN PERHITUNGAN..….......... 48

  4.1 Data Hasil Percobaan ………............………...……...........…....…….. 48

  4.2 Pengolahan Data Dan Perhitungan .......... ....………………………….... 49

  4.3 Hasil Pembahasan . ……………..........................................…...……….. 54

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..............………………………….... 58

  5.1 Kesimpulan ……............…………………………........…………….. 58

  5.2 Saran ……............……............……………................……………….. 59 DAFTAR PUSTAKA …………….………………...………....……….. 60 LAMPIRAN ………..…………………………………...………………......... 61

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Siklus Kompresi Uap Standar ……...................…...... 10Gambar 2.2. Diagram T-s Sistem Standar ........................................…..... 11Gambar 2.3. Diagram P-h Sistem standar ………………………………… 11Gambar 2.4. Diagram P-h dan T-s Pemanasan Dan Pendinginan Lanjut ….. 14Gambar 2.5. Skema Mesin Pendingin Dan Pemanasan Lanjut …………….. 14Gambar 2.6. Rangkaian Mesin Pendingin Dengan Refrigeran Kedua ……... 15Gambar 2.7 Contoh Perpindahan Kalor Konveksi ......................................... 19Gambar 2.8 Contoh Perpindahan Kalor Konveksi …………………………. 19Gambar 2.9 Contoh Perpindahan Kalor Konduksi …………………………. 21Gambar 2.10 Diagram Tekanan-entalpi R-134a .....................................…… 25Gambar 3.1 Kompresor ......................................................................…... 26Gambar 3.2 Kondensor .....................................................….. 27Gambar 3.3 Pipa kapiler .....................................................….. 28

  Gambar 3.4.a Pipa kapiler Dililitkan .....................................................….. 29 Gambar 3.4.b Pipa kapiler Diisolasi .....................................................….. 29

Gambar 3.5 Evaporator .....................................................….. 30Gambar 3.6 Filter .....................................................….. 30Gambar 3.7 Pompa .................................................................….. 31Gambar 3.8 Pipa Tembaga ................................................................….. 32Gambar 3.9 Tabung Air ..................................................................….. 32Gambar 3.10 Tuber Cutter …………………………………………….. 33Gambar 3.11 Pipa Pelebar ……………………………………………... 34Gambar 3.12 Tang ……………………………………………... 34Gambar 3.13 Pompa Vakum.......................................................................…... 35Gambar 3.14 Manifold Tekanan Tinggi.....................................................….. 36Gambar 3.15 Manifold Tekanan Rendah....................................................….. 36Gambar 3.16 Alat Las .......................................................................….. 37Gambar 3.17 Bahan Las ....................................................................….. 38Gambar 3.18 Diagram Alir Tahap Pembuatan Mesin Pendingin .......….. 38Gambar 3.19 Proses Pengelasan .......................................................….. 39Gambar 3.20 Proses Pemvakuman ...................................................….. 41Gambar 3.21 Proses Pengisian Refigeran .........................................….. 42Gambar 3.22 Skema Pengukuran ........................................................….. 43Gambar 3.23 Termometer Digital .....................................................….. 45Gambar 3.24 Clamp meter ………………………………………. 45Gambar 3.25 Proses Pengambilan Data .............................................….. 46Gambar 4.1 Skema Pengukuran …………………………………… 49Gambar 4.2 Titik Pencarian h

  1 , h 2 , h 3 , dan h 4 ……………………..…….. 51

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kerja Kompresor Dengan Waktu ………….. 54Gambar 4.4 Grafik Hubungan Panas Yang Dilepas Kondensor Dengan

  Waktu…………………………………………………………... 55

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Panas Yang Diserap Evaporator Dengan

  Waktu…………………………………………………………... 56

Gambar 4.6 Grafik Hubungan COP Dengan Waktu ………………………. 57

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan ...................................….…………….. 48Tabel 4.2. Data Nilai Entalpi (Btu/lb)...................................…………….….. 50Tabel 4.3. Data Nilai Entalpi (kJ/kg) ………………………………………... 50Tabel 4.4. Data Hasil Hitungan ……………………………………….... 53

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

  Saat ini mesin pendingin sangat penting dalam kehidupan sehari-hari terutama di daerah beriklim tropis khususnya Indonesia. Mesin pendingin merupakan suatu peralatan yang banyak dijumpai pada setiap rumah tangga, rumah sakit, perindustrian, supermarket, penginapan, perkantoran, tempat-tempat hiburan dan bahkan di berbagai alat transportasi. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai : refrigerator, freezer, air conditioner (AC).

  Refrigerator atau kulkas digunakan orang untuk mendinginkan sayur mayur,

  daging, minuman, buah-buahan, telur, dan lain-lain. Kulkas juga dapat digunakan untuk membeku air dan daging karena tipe dan kapasitasnya bermacam-macam.

  Biasanya banyak digunakan di rumah tangga karena sangat membantu para ibu rumah tangga untuk menyimpan persediaan makanan sehari-hari dan terhindar untuk pergi ke pasar tiap hari.

  Freezer , jenis hampir mirip dengan kulkas, hanya saja kapasitasnya lebih

  besar dan suhunya lebih rendah. Freezer biasanya digunakan untuk membekukan air, dan daging sehingga dapat bertahan selama berhari-hari. Selain itu, mesin pembeku juga bisa membantu dalam hal pengiriman suatu bahan makanan ataupun buah-buahan.

  Air conditioner (AC) diigunakan untuk mendinginkan udara dalam suatu

  ruangan agar lebih baik dan lebih nyaman. Kondisi udara yang nyaman meliputi suhu, kelembaban, distribusi dan kecepatan udara. AC juga bisa ditempatkan di dalam suatu alat transportasi (mobil, bus, pesawat, kereta api) agar orang yang berada di dalamnya dapat menikmati perjalanan dengan nyaman.

  Selain itu, mesin pembeku juga dapat digunakan untuk membuat es dengan kapasitas produksi sesuai yang diinginkan. Apabila ingin memproduksi es dengan kapasitas kecil, dapat menggunakan ice maker.

  Semakin majunya zaman, mesin pendingin juga dipakai untuk olah raga. Contohnya adalah ice skating, karena membutuhkan pembekuan air yang digunakan untuk lantai. Olah raga ice skating dapat dilakukan dimana saja dan kapan saja dan tidak harus dilakukan pada tempat yang bersuhu dingin dan bermusim salju. Mesin pendingin juga dapat digunakan untuk membuat tempat- tempat wisata dengan bernuwansa musim salju atau ice.

  Mesin pendingin juga dapat digunakan di perindustrian yaitu sebagai pendingin mesin – mesin yang ada dalam suatu industri. Sehingga mesin-mesin tidak perlu berhenti beroprasi dikarenakan panasnya mesin akibat lamanya proses pengoperasian.

  Mengingat peranan mesin pendingin yang sangat penting dikehidupan rumah tangga perkantoran, perindustrian, rumah sakit, olah raga dan hiburan, maka penulis berkeinginan untuk mengerti, memahami dan mengenal cara kerja beserta dengan karakteristik mesin pendingin.

  1.2. Tujuan Penelitian

  Adapun tujuan penelitian dari tugas akhir ini adalah :

  1. Membuat mesin pendingin siklus kompresi uap dengan pemanasan dan pendinginan lanjut yang dipergunakan untuk mendinginkan refrigeran sekunder.

  2. Mengetahui karakteristik mesin pendingin dengan menggunakan refrigeran primer dan refrigeran sekunder.

  3. Menghitung kerja kompresor, panas yang dilepas kondensor dan panas yang dihisap evaporator dari mesin pendingin.

  4. Mengetahui karakteristik COP dari mesin pendingin.

  1.3. Batasan Masalah

  Batasan permasalahan tersebut antara lain :

  1. Dalam mesin pendingin terdapat komponen utama yaitu : kompresor, kondensor, pipa kapiler, filter, evaporator dan tempat untuk membekukan air.

  2. Refrigeran yang dipergunakan dalam mesin pendingin adalah refrigeran primer (freon 134a) dan refrigeran sekunder ( aethylenglycol ).

  3. 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.

1.4. Manfaat Penelitian

  Manfaat pelaksanaan tugas akhir bagi penulis adalah :

  1. Sebagai bekal pemahaman terhadap mesin pendingin bersiklus kompresi uap.

  2. Mampu memahami karakteristik mesin pendingin dengan menggunakan refrigeran primer dan refrigeran sekunder.

  3. Dapat dipergunakan sebagai referensi atau tolok ukur bagi orang lain yang ingin penelitian mesin pendingin dengan refrigeran primer dan refrigeran sekunder.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Bahan Pendingin (Refrigeran)

  Bahan pendingin (refrigeran) sangat diperlukan untuk proses pendinginan pada mesin pendingin. Refrigeran adalah zat pendingin atau fluida yang berperan penting pada mesin pendingin yang digunakan untuk penyerapan panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Refrigeran juga sering disebut sebagai pemindah panas. Refrigeran akan mengalami perubahan fase dari cair ke gas dan setelah beberapa proses akan kembali lagi ke bentuk awalnya (cair). Secara umum refrigeran dapat dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu : 1. Refrigeran primer.

  Refrigeran primer adalah refrigeran yang dipergunakan sebagai fluida kerja mesin pendingin yang mempergunakan siklus kompresi uap.

  Refrigeran yang digunakan dalam penelitian ini adalah : HFC 134a (CH3CH2F), merupakan alternatif pengganti freon-12 / R-12 karena tidak mudah meledak dan tingkat kandungan racun rendah, digunakan untuk pengkondisian udara, lemari es dan pendingin air. suhu pendinginan sampai – 96,6°C. Titik didihnya mencapai 217°C.

  2. Refrigeran sekunder Refrigeran sekunder adalah fluida yang didinginkan oleh mesin pendingin langsung, yang kemudian refrigeran ini mendinginkan objek yang ingin didinginkan. Refrigeran sekunder tidak mengalami perubahan fase, tetapi dapat mengalami perubahan suhu bila menyerap kalor. Fluida yang

  o

  digunakan biasanya larutan dengan titik beku dibawah 0

  C. Refrigeran sekunder yang digunakan adalah glikol etilen, glikol propilen, dan kalsium . Meskipun ada refrigeran kedua yang memiliki titik beku dibawah

  klorida o

  C seperti air yang dipergunakan untuk mendinginkan udara. Refrigeran skunder yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

  Aethylenglycol (CH2OHCH2OH), merupakan fluida yang cukup baik

  untuk penelitian ini karena memiliki titik didih 198,1 ºC dan titik bekunya mencapai -10,8 ºC. Fluida ini digunakan untuk mendinginkan objek yang terdapat di wadah lain. Sedangkan saat ini refrigeran yang digunakan dalam masyarakat dapat digolongkan menjadi tiga bagian yaitu :

  1. HFC (Hydro Fluoro Carbon), yang terdiri dari hidrogen, fluorin, dan

  karbon. Bisa saja digunakan untuk menggantikan posisi freon karena tidak menggunakan atom chlor (Cl) yang dapat merusak lapisan ozon.

  2. HCFC (Hydro Cloro Fluoro Carbon), merupakan refrigeran yang dapat

  merusak lingkungan karena mengandung jumlah minimal klorin. HCFC terdiri dari hidrogen, klorin, fluorin, dan karbon.

3. CFC (Cloro Fluoro Carbon), merupanakan refrigeran yang paling berbaya

  terhadap lapisan ozon karena jumlah kaporit tinggi. CFC mengandung klorin, fluorin dan karbon.

  Syarat-syarat bahan pendingin (refrigeran) dalam suatu sistem refrigerasi : 1. Tidak beracun, berwarna dan berbau.

  2. Bukan termasuk bahan yang mudah terbakar.

  3. Tidak menyebabkan korosi pada material.

  4. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor.

  5. Memiliki stuktur kimia yang stabil.

  6. Memiliki titik didih yang rendah.

  7. Memiliki tekanan kondensasi yang rendah.

  8. Memiliki tingkat penguapan yang rendah.

  9. Memiliki kalor laten yang rendah.

  10. Memiliki harga yang relatif murah dan mudah diperoleh Dari beberapa sifat diatas, refrigeran yang secara umum diusulkan dalam penggunaan sebuah sistem pendingin adalah refrigeran jenis HFC (hydro fluoro

  

carbon) atau R-134a. Secara khusus sifat dari refrigeran 134a adalah sebagai

berikut.

  1. Tidak beracun, berwarna dan berbau.

  2. Tidak mudah terbakar.

  3. Tidak merusak lapisan ozon.

  4. Memiliki kestabilan yang tinggi.

  5. Mudah diperoleh.

2.2. Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap Standar

  Mesin pendingin adalah suatu mesin yang didalamnya terjadi siklus perubahan panas dan tekanan. Salah satu mesin pendingin yaitu mesin pendingin dengan siklus kompresi uap standar. Mesin pendingin menggunakan refrigeran yang bersikulasi menyerap dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah menjadi tekanan tinggi, dan dari tekanan tinggi menjadi tekanan rendah. Sirkulasi tersebut berulang secara terus menerus.

  Komponen utama mesin pendingin dengan sistem kompresi uap terdiri dari : evaporator, kompresor, kondenser, pipa kapiler dan peralatan tambahan yaitu filter.

  1. Kompresor Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan freon dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Kompresor merupakan bagian terpenting pada mesin pendingin. Pergerakannya dengan menghisap sekaligus memompa freon sehingga terjadilah sirkulasi freon yang mengalir dari pipa‐pipa mesin pendingin. Kompresor yang sering digunakan pada mesin pendingin adalah jenis hermetik. Kontruksi dari kompresor jenis ini menempatkan motor listrik dengan komponen mekanik ada dalam satu rumah. Fase refrigeran ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas lanjut.

  2. Evaporator Evaporator adalah tempat terjadinya penguapan refrigeran dari cair menjadi gas. Pada saat proses memerlukan energi kalor. Energi kalor diambil dari lingkungan evaporator (benda atau cairan yang terdapat di dalam evaporator). Evaporator berbentuk pipa yang dikontruksikan sedemikian rupa. Proses penguapan freon di evaporartor berlangsung pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator yang dipakai pada mesin pendingin adalah tabung.

  3. Kondensor Kondensor bekerja terbalik dengan evaporator yaitu merubah fase refrigeran dari gas menjadi cair. Pada kondensor 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. Kalor yang dilepaskan kondenser dibuang keluar melalui permukaan rusuk-rusuk dan diambil oleh udara sekitar. 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.

  4. Pipa kapiler Pipa kapiler adalah alat ekspansi yang berguna untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Pipa kapiler merupakan pipa yang berdiameter paling kecil dibandingkan dengan pipa-pipa lainnya. Diameter untuk pipa kapiler yaitu 0,26 mm atau 0,28 mm. Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran cair yang mengalir di dalamnya. Kerusakan mesin pendingin paling banyak dijumpai pada pipa kapiler yaitu kalau bocor dan tersumbat. Pemasangannya diantara kondensor dan evaporator.

  5. Filter Filter adalah alat penyaring kotoran-kotoran yang melewati sebuah sistem pendingin, sehingga tidak menyumbat pipa kapiler yang akan dilewati.

  Filter juga berfungsi untuk menangkap uap air yang akan masuk ke dalam system. Bentuk umum dari filter berupa tabung kecil dengan diameter antara 12 - 15 mm dan panjangnya kurang dari 14 - 15 cm.

2.3. Siklus Pendingin Kompresi Uap

  Tahapan siklus pendingin kompresi uap terdiri dari kompresi, kondensasi, ekspansi, dan evaporasi. Berikut adalah skema alir siklus kompresi uap pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Skema Siklus Kompresi Uap Proses dari skema alir siklus kompresi uap (Gambar 2.1.) adalah :

  a) 1-2 ( proses kompresi) Proses kompresi adalah proses penekanan dan penghisapan media pendingin (refrigeran). Proses ini dilakukan oleh kompresor.

  b) 2-3 ( proses kondensasi) Proses yang berlangsung di dalam kondensor. Prosesnya adalah dengan pengembunan media pendingin (refrigeran).

  c) 3-4 ( proses ekspansi) Proses yang berlangsung di dalam katup ekspansi atau pipa kapiler.

  Prosesnya adalah menurunan tekanan media pendingin (refrigeran).

  d) 4-1 ( proses evaporasi) Proses yang terjadi di dalam evaporator. Prosesnya adalah penguapan media pendingin (refrigeran).

  Siklus mesin pendingin dengan kompresi uap standar (ideal) dapat dilihat pada diagram T-s ( gambar 2.2.) dan diagram P-h ( gambar 2.3.).

Gambar 2.2. Diagram T-s Gambar 2.3. Diagram P-h Keterangan proses pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3.

  Proses 1-2 : Kompresi adiabatik dan reversible dari uap jenuh menuju tekanan kondenser.

  Proses adiabatik adalah proses perubahan dimana tidak ada pengaruh panas dengan sekitarnya. Reversible adalah proses yang dalam arah sebaliknya kembali suhunya. Proses 2-2’ : Penurunan suhu refrigeran. Proses 2’-3 : Kondensasi (pelepasan panas) reversible pada tekanan konstan dan pengembunan. Proses 3-4 : Ekspansi tidak reversible atau isentalpik pada entalpi konstan. Proses 4-1 : Evaporasi (penyerapan kalor) isothermis.

  2.4. Pendinginan Lanjut

  Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar freon (refrigeran) yang keluar dari kondenser benar-benar dalam kondisi cair. Proses Pengkondisian ini diperlukan agar ketika freon (refrigeran) masuk ke dalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas dan tidak menimbulkan masalah pada sistem pendingin. Jika freon dalam kondisi cair, maka akan memudahkan freon mengalir di dalam pipa kapiler. Secara teoritis, adanya pendinginan lanjut akan memperbesar nilai COP suatu mesin pendingin.

  2.5. Pemanasan Lanjut

  Proses pemanasan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar freon yang keluar dari evaporator dalam kondisi benar-benar berbentuk gas. Dengan adanya proses pemanasan lanjut, maka freon tidak akan dalam kondisi campuran antara gas dan cair sehingga secara teoritis dapat menaikan nilai COP. Pemanasan lanjut dapat terjadi pada dua bagian yaitu evaporator (hal ini akan meningkatkan efek pendinginan) dan pipa isap di luar evaporator. Pada bagian luar pipa isap evaporator ada dua kemungkinan, yang pertama di dalam ruang yang didinginkan (akan membantu penyerapan kalor) dan yang kedua di luar ruang yang didinginkan (tidak menguntungkan). Jika terjadi pemanasan lanjut maka volume spesifik uap bertambah besar sehingga nilai Q (beban pendinginan) berkurang dan RE bertambah. Selain itu, dengan adanya pemanasan lanjut maka akan merubah nilai kerja kompresor atau Wk (dapat bertambah atau berkurang, tergantung pada To dan jenis refigeran yang digunakan). Berikut Gambar 2.4 menunjukkan diagram T-s dan P-h untuk sebuah sistem pendingin dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut : Gambar 2.4. Diagram T-s dan P-h Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut.

  Skema dari mesin pendingin dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut dapat dilihat pada Gambar 2.5. :

Gambar 2.5. Ske Skema Mesin Pendingin Dengan Pendinginan L n Lanjut Dan Pemanasan Lanjut.

  Keterangan Gambar 2.5. r 2.5. : 1 : Kompresor 2 : Kondensor 3 : Filter 4 : Evaporator A : Pipa kapiler yang keluar dari konde kondensor kemudian dililitkan ke saluran masuk kompresor.

  Dengan demiki ikian pemanasan lanjut pada skema mesin pendi pendingin ini dapat membuat refigeran y n yang masuk ke dalam kompresor benar-bena enar dalam wujud gas.

2.6. Penggunaan Refrigeran kedua

  Refrigeran sekunder disini digunakan untuk mendinginkan objek yang ada di tabung. Refrigeran yang digunakan berupa aethylenglycol yang titik bekunya dibawah titik beku air. Refrigeran di pompa dan dialiri melalui pipa tembaga yang dililitkan kesebuah tabung yang berisi air. Rangkaiannya dapan dilihat lebih jelas pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Rangkaian Mesin Pendingin Dengan Refrigerant Kedua.

  Keterangan Gambar 2.6. : 1 : Kompresor 2 : Kondensor 3 : Pipa kapiler 4 : Evaporator 5 : Pompa 6 : Pipa tembaga 7 : Tabung air

  Panah hitam : Menunjukan jalannya laju aliran refrigeran primer. Panah hijau : Menunjukan jalannya laju aliran refrigeran sekunder.

2.7. Beban Pendinginan

  Beban pendinginan adalah beban yang diterima suatu sistem untuk mendinginkan sesuatu. Tugas unit pendingin adalah menjaga kondisi suatu fluida agar berada pada suhu tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Beban pendingin dapat dibagi menjadi dua bagian khusus yaitu :

  1. Panas laten (latent heat) Panas laten adalah panas 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, sehingga terjadi perubahan wujud (fase) dari cair menjadi padat.

  2. Panas sensible (sensible heat) Panas sensible adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi akibat adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu 100°C didinginkan menjadi 0°C (masih dalam keadaan cair). Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C menjadi 0°C (masih bentuk air) disebut panas sensible.

2.8 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).

  Proses pengembunan ( kondensasi ) adalah proses berubahnya fase dari zat gas (uap) menjadi wujud zat cair. Perpindahan kalor pengembuanan dipengaruhi oleh besarnya laju konsentrasi massa uap air yang berubah menjadi air (massa yang terkondensasi). Pengembunan juga terjadi akibat dari uap jenuh yang bersentuhan dengan permukaan yang dingin (suhu permukaan suatu plat lebih rendah dari suhu jenuh uap) akan terjadi kondensasi pada permukaan plat, hal ini berarti uap jenuh tersebut melepaskan kalor latennya, dan karena pengaruh gravitasi kondensat akan mengalir kebawah.

  Proses penguapan (evaporasi) adalah proses berubahnya fase dari zat cair menjadi wujud gas (uap). Penguapan juga berarti perpindahan massa zat cair ke atas dengan adanya gradien temperatur antara permukaan zat cair dengan udara diatasnya. Hal ini merupakan peristiwa konveksi alami. Konveksi alami terjadi akibat adanya efek gaya apung yang bekerja pada fluida. Efek gaya apung merupakan mekanisme yang terjadi karena adanya gradien massa jenis. Massa jenis akan menurun jika temperatur fluida meningkat, begitu juga sebaliknya temperatur meningkat maka massa jenis fluida akan menurun. Fluida yang ringan (memiliki massa jenis yang rendah) akan menempati posisi yang lebih diatas. Sehingga jika terus menerus diberi panas maka temperatur fluida akan terus meningkat dan massa jenisnya akan terus menurun dan terjadilah penguapan.

2.9 Perpindahan Kalor

  Perpindahan panas (heat transfer) adalah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang berpindah disebut dengan istilah kalor (heat). Kalor (heat) 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 konveksi, perpindahan kalor konduksi dan radiasi.

2.9.1. Perpindahan Kalor Konveksi

  Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya. Perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (fluida atau gas) yang digunakan untuk mengalirkan kalor. Contoh perpindahan kalor secara konveksi dapat dilihat saat proses perebusan air. Gambar 2.7. dan gambar 2.8. menunjukkan contoh perpindahan kalor secara konveksi.

Gambar 2.7. Contoh Perpindahan Kalor Konveksi Gambar 2.8. Perpindahan Kalor Konveksi.

  Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum newton untuk pendinginan, yang dirumuskan sebagai berikut: q = h .A (T s − T ∞ ) .....................................................(2.1) Ketereangan : q = laju perpindahan kalor (W) h = koefisien perpindahan panas konveksi W/(m².C) A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m²)

  T = temperatur plat (C)

  s

  T ∞ = temperatur fluida yang mengalir di permukaan (C) Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir (zat cair dan gas) dan tidak dapat berlangsung pada benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas.

  1. Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection) Perpindahan panas yang disebabkan oleh perbedaan masa jenis dan tidak adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar yang mendorong.

  Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar.

  2. Konveksi paksa (forced convection) Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa perpindahan panas aliran gas atau cairan disebabkan adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara dengan blower.

2.9.2. Perpindahan Panas Konduksi

  Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya rendah, dengan media pengantar panas tetap. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada benda padat,cair dan gas. Contoh perpindahan panas konduksi pada dinding yang mempunyai permukaan dinding-dinding yang berbeda, seperti pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Contoh Perpindahan Kalor Konduksi

  Persamaan laju umum untuk perpindahan panas dengan cara konduksi dikenal dengan hukum Fourier yang dirumuskan sebagai berikut:

  ( ) ( )

  q = -k.A. = - k.A. = k.A. ................................(2.2)

  Δ △

  Keterangan : q = laju perpindahan panas (W)

  ( )

  = = gradien suhu perpindahan panas(-C/m)

  △

  k = konduktivitas thermal bahan (W/m.C) A = luas permukaan yang tegak lurus arah perpindahan kalor (m²)

  Nilai minus (-) dalam persamaan 2.2 menunjukkan bahwa panas selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.

  2.10. Isolator

  Isolator adalah bahan yang dipergunkan untuk mencegah keluarnya kalor dari pipa kapiler menuju evaporator. Isolator yang baik harus memiliki sifat tidak mudah menghantarkan termal atau memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah. Isolator dalam kehidupan sehari-hari ada yang memiliki sifat tahan suhu panas dan ada juga isolator yang tahan terhadap suhu dingin. Pada persoalan mesin pendingin ini dipilih isolator gabus karena gabus tahan terhadap suhu dingin. Sifat-sifat gabus adalah sebagai berikut:

  

3

  a. Memiliki massa jenis = 9 (kg/m )

  o

  b. Memiliki kalor jenis = 1,3 – 1,45 (kJ/kg

  C)

  o

  c. Memiliki nilai konduktivitas termal bahan = 0,033 (W/m

  C)

  2.11. Rumus – Rumus Perhitungan

  Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan perhitungan, antara lain sebagai berikut : 1) Kerja Kompresor

  Besarnya kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : ..................................................................………..(2.3)

  W in = h 2 – h 1 Dimana : W in = besarnya kerja kompresor (kJ/kg) h 1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

  2

  2) Kerja Kondensor Besarnya panas per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dapat dihitung dengan persamaan :

  Q out = h

  2 – h 3 ........................................................................(2.4)

  Dimana : Q = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)

  out

  h

  2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

  h

  3 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

  3) Kerja Evaporator Besarnya panas per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

  Q in = h

  1 – h 4 ...................................................................……(2.5)

  Dimana : Q in = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg) h

  1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)

  h

  4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

  4) COP (Coefficient of Performance) COP dipergunakan untuk menyatakan perfoma (unjuk kerja) dari siklus refrigerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin refrigerasi maka akan semakin baik mesin refrigerasi tersebut. COP tidak mempunyai satuan karena merupakan perbandingan antara besarnya panas yang

  − h diserap evaporator (h – h ) dengan kerja spesifik kompresor (h )

  1

  4

  2

  1

  dirumuskan sebagai berikut :

  ( )

  COP = .............................................................................(2.6)

  ( )

  Dimana : h = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

  1

  h

  2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

  h

  4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

  Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, nilai-nilai entalpi disetiap proses dapat diketahui. Dengan diketahuinya h1, h2, h3, dan h4 maka kerja kompresor, laju aliran kalor yang dilepas kondensor, laju aliran yang dihisap evaporator dan COP dalam siklus kompresi uap standar di atas dapat dihitung. Dalam penggunaan diagram entalpi-tekanan tergantung jenis bahan pendingin (refrigeran) yang dipakai. Untuk diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran 134a dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Diagram tekanan-entalpi R-134a

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Komponen-Komponen Mesin Pendingin

  a) Kompresor Alat mesin pendingin ini menggunakan kompresor merk Thecumseh dengan daya 1/8 PK. Gambar 3.1 menunjukkan kompresor yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin : Gambar 3.1 Kompresor.

  b) Kondenser Kondenser yang digunakan dalam pembuatan mesin pendingin adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat. Tinggi kondensor 70 cm, lebar 25 cm, diameter pipa

  5 mm, jarak antara sirip 5 mm dan panjang kondensor 350 mm, lebih jelasnya di tunjukan pada Gambar 3.2 :

Gambar 3.2 Kondenser.

  c) Pipa kapiler Panjang pipa kapiler yang digunakan 150 cm dengan diameter dalam pipa

  1,7 mm dan bahan yang digunakan tembaga. Gambar 3.3 menunjukkan pipa kapiler yang digunakan :

Gambar 3.3 Pipa Kapiler.

  Dalam pembuatan mesin pendingin pemanasan lanjut, pipa kapiler dililitkan keseluruh keluar evaporator. Setelah dililitkan perlu dibungkus dengan isolator agar kalor tidak merambat keluar melalui media udara sekitar. Tujuan dari pipa kapiler dililitkan agar kalor yang ada dalam pipa kapiler dapat memanaskan saluran keluar evaporator sehingga saat refigeran masuk ke dalam kompresor dalam keadaan benar-benar gas dan tidak ada campuran air. Gambar 3.4a dan Gambar 3.4b menunjukkan pipa kapiler yang dililitkan melalui saluran keluar evaporator dan diberi isolator berupa gabus dan selotip. Gambar 3.4a Pipa Kapiler Dililitkan. Gambar 3.4b Pipa Kapiler Diisolasi. Tujuan dari diberi isolator pada pipa kapiler yang dililitkan adalah agar kalor yang terdapat pada pipa kapiler yang keluar dari kondensor tidak terbuang dan terpengaruh suhu sekitar.

  d) Evaporator Jenis evaporator yang digunakan pada mesin pendingin ini adalah pipa tembaga dengan panjang 2 m dan diameter 8 mm yang dililitkan pada tabung dengan diameter 160 mm dan tinggi 170 mm. Gambar 3.5. memperlihatkan gambar evaporator yang dipergunakan dalam mesin pendingin.

Gambar 3.5 Evaporator.

  e) Filter Dalam pembuatan mesin pendingin harus menggunakan filter untuk menyaring kotoran agar tidak masuk ke dalam sebuah sistem pendingin dan masuk ke dalam kompresor. Filter yang digunakan memiliki dimensi panjang 9 cm dan diameter 19,4 mm. Gambar 3.6 menunjukkan gambar filter yang digunakan dalam pembuatan alat mesin pendingin : Gambar 3.6 Filter. f) Pompa Dalam mesin pendingin ini, memerlukan pompa juga yang berfungsi untuk mengalirkan refrigeran sekunder untuk melewati wadah yang berisi air. Pompa yang di pakai adalah pompa aquarium yang head pompanya 8,3 cm dan berkapasitas 80 liter/jam . Gambar 3.7 memperlihatkan pompa yang digunakan:

Gambar 3.7 Pompa.

  g) Pipa tembaga Pipa tembaga disini digunakan sebagai tempat aliran fluida yang di pompakan. Panjang tembaga yang dipakai 4 m dan diameter 0,8 mm. Pipa tembaga di buat spiral agar dapat memenuhi wadah kedua yang berisi air yang akan didinginkan. Gambar 3.8 memperlihatkan pipa tembaga yang digunakan:

Gambar 3.8 Pipa Tembaga.

  h) Tabung air Tabung digunakan buat wadah air yang akan didinginkan oleh refrigeran sekunder. Berdiameter 160 mm dan tinggi 170 mm dan dibungkus dengan isolator. Gambar 3.9 menunjukan tabung yang digunakan: Gambar 3. 9 Tabung Air.

3.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Alat

  a) Tube cutter Tube cutter adalah jenis alat yang biasa digunakan untuk memotong pipa.

  Hasil potongan menggunakan tube cutter akan lebih bersih, lebih cepat, dan lebih nyaman dibandingkan memotong pipa dengan menggunakan gergaji besi. Berikut

Gambar 3.10 menunjukkan tube cutter yang digunakan dalam pembuatan alat : Gambar 3.10 Tube Cutter.

  b) Pelebar pipa Pelebar pipa adalah alat yang digunakan untuk memperbesar diameter pada pipa. Ukuran dari diameter alat pelebar pipa sangat bervariasi tergantung dari kebutuhan. Tujuan dari pipa dilebarkan adalah agar saat kedua pipa di sambung dengan las dampat menempel lebih kuat dibanding dengan disambung tanpa melakukan proses pelebaran pipa. Gambar 3.11 menunjukkan alat pelebar pipa :

Gambar 3.11 Pelebar Pipa.

  c) Tang Tang adalah alat bantu yang berbentuk seperti gunting dan berguna untuk mencapit, memotong dan mengencangkan baut. Jenis-jenis dari tang bermacam- macam dibedakan berdasarkan fungsinya. Namun pada pembuatan alat pendingin ini menggunakan tang jenis kombinasi yang sangat membantu dalam proses pengelasan dan pengencangan baut. Gambar 3.12 memperlihatkan tang yang digunakan sebagai alat pembantudalam pembuatan mesin pendingin :

Gambar 3.12 Tang. d) Pompa vakum Pompa vakum adalah salah satu jenis pompa yang bekerja dengan cara menghisap. Suatu sistem pendingin harus dalam keadaan vakum sebelum diisi refrigeran. Untuk mengetahui apakah sudah vakum dapat dilihat pada jarum indikator manometer berada pada dibawah 0 bar. Gambar 3.13 memperlihatkan pompa vakum yang digunakan : Gambar 3.13 Pompa Vakum.

  e) Manifold gauge Manifold gauge adalah alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan pada sistem pendingin. Manifold gauge yang dipakai dalam pembuatan alat ini adalah jenis single manifold gauge. Dalam pembuatan alat ini menggunakan 2 buah single manifold gauge yang akan digunakan untuk mengukur tekanan masuk dan tekanan keluar, jadi membutuhkan 2 jenis manifold gauge yaitu manifold gauge tekanan tinggi dan tekanan rendah. Berikut Gambar 3.14 menunjukkan single manifold gauge tekanan tinggi (warna merah) dimana angka skala tertera sampai 500 psi. Gambar 3.15 menunjukkan single manifold tekanan rendah (warna biru) dimana angka skala tertera hanya sampai 220 psi.

Gambar 3.14 Manifold Tekanan 0-500 PsiGambar 3.15 Manifold Tekanan 0-220 Psi f) Alat las Dalam pembuatan mesin pendingin dibutuhkan peralatan las yang berguna untuk menyambung besin untuk membuat kerangka ( body mesin), selain itu penyambungan menggunakan alat las juga dibutuhkan dalam penyambungan pipa kapiler dan sambunga pipa-pipa menuju komponen-komponen utama mesin pendingin. Gambar 3.16 menunjukkan alat las gas yang digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan komponen-komponen mesin pendingin. Sedangkan untuk pembuatan body atau kerangka mesin menggunakan las listrik.

Gambar 3.16 Alat Las.

  g) Bahan las Bahan las atau bahan tambah yang digunakan dalam penyambungan pipa kapiler menggunakan bahan tambah perak kuningan dan borak. Untuk bahan tambah borak digunakan jika penyambungan antara tembaga dan besi. Penggunaan bahan tambah dikarenakan pada proses pengelasan tembaga akan lebih merekat jika menggunakan borak sebagai pengikat dan kuningan / perak sebagai bahan tambah. Gambar 3.17 bahan las perak yang digunakan dalam proses pengelasan pipa kapiler untuk membuat sebuah sistem pendingin.

Gambar 3.17 Bahan Tambah Las.

  h)Spiral Digunakan untung melengkungkan pipa tembaga. Gambar 3.18 menunjukan spiral yang digunakan:

Gambar 3.18 Spiral.

3.3. Pembuatan Mesin Pendingin

  Diagram alir berikut menunjukkan tahap pembuatan mesin pendingin :

Gambar 3.19 Diagram Alir Tahap Pembuatan Mesin Pendingin

  Persiapan komponen-komponen mesin pendingin Proses penyambungan komponen-komponen mesin pendingin proses pengelasan Proses pemvakuman mesin pendingin

  Proses pengisian refrigeran R134a pada mesin pendingin Proses uji coba mesin pendingin Selesai Mulai

  Pengecekan dari kebocoran Proses penambahan komponen tambahan Proses pengambilan data h 1 ,h 2 ,h 3 dan h

  4 Pengelolahan data dan pembuatan laporan Pertama langkah yang dilakukan adalah persiapan komponen-komponen mesin pendingin. Komponen berupa komponen-komponen utama mesin pendingin dan alat bantu yang diperlukan dalam proses pembuatan mesin pendingin.

  Setelah semua persiapan komponen-komponen telah disediakan, maka akan dilanjutkan pada proses penyambungan komponen-komponen mesin pendingin dengan cara proses pengelasan. Dalam proses ini pipa kapiler akan disambungkan ke kondensor, evaporator, filter dan kompresor. Tidak boleh ada kebocoran pada saluran-saluran saat penyambungan komponen-komponen menjadi sebuah sistem pendingin. Selain penyambungan komponen-komponen utama, penyambungan alat ukur berupa dua buah manifold gauge juga dilakukan dengan teknik pengelasan. Gambar 3.20 menunjukkan proses penyambungan komponen-komponen mesin pendingin dengan teknik pengelasan. Proses pengelasanya sendiri menggunakan bahan tambah berupa perak/kuningan mengingat bahan yang akan disambung antara tembaga dan tembaga. Namun saat penyambungan antara pipa keluar evaporator ke arah kompresor, menggunakan bahan tambah borak dalam proses pengelasanya karena bahan yang akan disambung antara tembaga dan besi.

Gambar 3.20 Proses Pengelasan.

  Setelah proses penyambungan selesai, sebuah rangkaian sistem pendingin standar sudah terbentuk dan harus divakumkan dahulu sebelum diisi refrigeran.

  Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum. Pada proses pemvakuman dapat dilihat juga apakah sebuah rangkaian sistem pendingin yang dibuat mengalami kebocoran pada saat proses penyambungan. Untuk mengetahui terjadinya kebocoran, busa sabun dioleskan pada pipa-pipa atau sambungan- sambungan dalam sistem tersebut. Apabila terdapat gelembung-gelembung udara, dapat dipastikan rangkaian sistem pendingin tersebut terdapat kebocoran dibagian yang diolesi busa sabun dan terdapat gelembung udara disekitarnya. Apabila terjadi kebocoran, harus di tambal ulang dengan cara di las dibagian yang mengalami kebocoran. Setelah sebuah rangkaian sistem tidak mengalami kebocoran, maka proses pemvakuman dapat dilakukan. Untuk menunjukkan rangkaian sistem pendingin tersebut benar-benar vakum dapat dilihat pada manifold gauge yang sudah terpasang. Apabila jarum pada manifold gauge menunjuk angka dibawah 0, dapat dipastikan rangkaian sistem tersebut sudah vakum dan siap diisi refrigeran.

Gambar 3.21 menunjukkan proses pemvakuman sebuah rangkaian sistem pendingin menggunakan pompa vakum.Gambar 3.21 Proses Pemvakuman.

  Setelah rangkaian mesin pendingin dalam kondisi vakum, proses selanjutnya adalah pengisian refigeran. Jenis refigeran yang digunakan dalam mesin pendingin yang dibuat adalah R134a. Saat proses pengisian berlangsung tekanan pada manifold gauge warna biru (tekanan rendah) akan naik dan menunjuk angka 40 psi. Proses pengisian refigeran melalui selang yang dihubungkan ke dalam dob yang terhubung pada kompresor. Proses pengisian refigeran hampir sama dengan saat proses pemvakuman, tapi pada saat proses pengisian tidak menggunakan alat pompa vakum melainkan menggunakan tabung refigeran. Gambar 3.22 menunjukan proses pengisian refigeran :

Gambar 3.22 Proses Pengisian Refigeran.

  Setelah rangkaian pendingin diisi dengan refigeran, proses selanjutnya adalah proses uji coba. Proses uji coba ini sendiri sangat perlu dilakukan untuk mengetahui kinerja mesin pendingin. Saat proses uji coba perlu diperhatikan bagian-bagian penyambungan agar tidak terjadi kebocoran saat proses pengambilan data berlangsung. Selain itu, proses uji coba harus dilakukan menggunakan media yang didinginkan agar tercapai gambaran hasil pendinginan.

  Pada saat proses uji coba, diharapkan dapat menyelesaikan masalah-masalah yang terjadi pada rangkaian sistem pendingin, sehingga saat proses pengambilan data tidak mengalami kendala.

3.4. Cara Pengambilan Data

  Dalam proses pengambilan data, ada beberapa hal yang perlu dicatat yaitu: T ruangan = suhu ruangan saat pengambilan data, °C

  3 V = volume aethylenglycol yang didinginkan, m aethylenglycol

  3 V = volume air yang didinginkan, m air

  T = suhu aethylenglycol (media yang didinginkan), °C

  aethylenglycol

  T air = suhu air (media kedua yang didinginkan), °C T

  1 = suhu saat keluar dari kompresor, °C

  T

  2 = suhu saat keluar kondensor, °C

  T

  3 = suhu saat keluar evaporator, °C

  P

  1 = tekanan saat keluar kompresor, °C

  P = tekanan saat masuk kompresor, °C

2 Proses pengambilan data diukur setiap 30 menit. Data tekanan diperoleh dari

  angka yang tertera pada manifold gauge yang telah dipasang pada mesin pendingin. Suhu di titik-titik outputnya saja yang akan ditentukan menggunakan termokopel dan thermometer digital. Sedangkan untung suhu menentukan suhu airnya menggunakan clamp meter. Gambar 3.23 menunjukkan posisi termokopel dan thermometer digital dan gambar 3.24 menunjukan clamp meter yang digunakan pada saat proses pengambilan data.

Gambar 3.23 Termometer Digital.Gambar 3.24 Clamp meter.

  Proses Pengambilan data dilakukan di dalam ruangan dengan suhu ruangan 27,4 °C dan mengabaikan aliran angin dan perubahan suhu akibat cuaca disekitar.

Gambar 3.24 menunjukkan saat proses pengambilan data.Gambar 3.25 Proses Pengambilan Data.

3.5. Cara Pengolahan Data

  Dari data yang diperoleh dibuat tabel dan grafik agar mempermudah pemahaman tentang siklus mesin pendingin dengan menggunakan refrigeran kedua. Data yang diperoleh juga digunakan untuk mendapatkan nilai entalpi dengan cara melihat grafik P-h diagram. Setelah nilai entalpi diketahui maka dapat digunakan untuk mengetahui karakterisitik mesin pendingin dengan cara menghitung besarnya kerja kondensor, kerja evaporator, kerja kompresor dan COP dari mesin pendingin yang telah dibuat. Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan karakteristik mesin pendingin menggunakan rumus persamaan yang sudah dituliskan pada dasar teori.

3.6. Cara Mendapatkan Kesimpulan

  Setelah mesin pendingin berhasil dibuat, data pecobaan telah diambil dan perhitungan pengolahan data karakterisitik mesin telah didapat. Nilai COP mesin pendingin dengan menggunakan dua refrigeran dapat dibandingkan dengan mesin pendingin pemanasan lanjut dan mesin pendingin standar dan dapat diperoleh mana yang memberikan nilai COP terbaik.

BAB IV HASIL PENGAMBILAN DATA DAN PERHITUNGAN

4.1. Data Hasil Percobaan

  27,9 12,4 15,6 9 240 14 185 10,5

  33,8 17,3 19,9 5 120 23 195 12,9

  78,1 31,2 16,8 18,3 6 150

  20 195 12,4 76,2

  29,9 15,5 17,8 7 180 18 190 11,9

  75,5 28,3 14,1 17,1 8 210

  16 187 11,4 75,8

  11 190 7,9 79,5

  76,1 27,1 10,6 14,3 10 270

  4

  26,7 9,5 12,8 11 300 10 187 7,3 77,2 26,1 8,8 11,5 12 330 10 185 6,7 76,1 25,6 7,9 10,3 13 360

  9 180 6,1 73,5 24,9 6,7 8,9 Keterangan : T ruangan = Suhu ruangan saat mengambil data ( 27,4 °C ).

  V

  aethylenglycol = Volume aethylenglycol yang didinginkan (2,5 liter).

  V air = volume air yang didinginkan ( 2,5 liter ). T aethylenglycol = Suhu aethylenglycol (media yang didinginkan), °C. T

  air = suhu air (media kedua yang didinginkan), °C.

  90 25 200 14,6 79,8

  Data hasil percobaan ditampilkan pada Tabel 4.1 :

Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan

  air

  Waktu P

  1 P

  2 T

  

1

T

  2 T

  3 T aethylen

  T

  No t (menit) (Psig) (Psig) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C)

  34,7 19,7

  1

  40 40 25,1 30,1

  28,5 24,6 26,2

  2

  30 30 210 21,7 82,7

  35,9 21,4 23,6

  3

  60 27 205 16,1 81,5

  22 T = suhu saat keluar dari evaporator, °C.

  1 T 2 = suhu saat keluar dari kompresor, °C

  T

  3 = suhu saat keluar dari kondensor, °C P = tekanan saat masuk dari kompresor, Psig.

1 P 2 = tekanan saat keluar dari kompresor, Psig.

Gambar 4.1 menunjukkan titik-titik pada saat proses pengambilan data : Gambar 4.1 Skema Pengukuran.

4.2. Pengolahan data dan perhitungan

  Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dapat diperoleh data entalpi (h), besarnya nilai h didapat dari grafik P-h diagram R134a. Tabel 4.2 menunjukkan besarnya nilai h dalam satuan Btu/lb :

Tabel 4.2. Besar entalpi h dalam satuan Btu/lb.

  39

  Waktu h1 h2 h3 h4 t (menit) (kJ/kg) kJ/kg) kJ/kg) (kJ/kg) 30 267,49 311,684 100,018 100,018 60 266,327 308,195 98,855 98,855 90 264,001 307,032 97,692 97,692 120 264,001 305,869 95,366 95,366

  37 Dalam Perhitungan, nilai h harus dalam satuan Standar Internasional dengan satuan kJ/kg. 1 Btu/lb itu adalah 2,326 kJ/kg. Berikut Tabel 4.3 menunjukan nilai h dalam satuan kJ/kg : Tabel 4.3. Besar entalpi (h) dalam satuan kJ/kg.

  37

  38 360 110 129,5

  38

  39 270 112 132.5 38,5 38,5 300 111,5 131,5 38,5 38,5 330 111 130

  40 210 112,5 130 39,5 39,5 240 112 130

  Waktu h1 h2 h3 h4 t (menit) (Btu/lb) (Btu/lb) (Btu/lb) (Btu/lb) 30 115 134

  40

  41 150 113 130,5 40,5 40,5 180 112.5 130,5

  41

  42 120 113,5 131,5

  42

  43 60 114,5 132,5 42,5 42,5 90 113,5 132

  43

  150 262,838 303,543 94,203 94,203 180 261,675 303,543 93,04 93,04 210 261,675 302,38 91,877 91,877 240 260,512 302,38 90,714 90,714 270 260,512 308,195 89,551 89,551 300 259,349 305,869 89,551 89,551 330 258,186 302,38 88,388 88,388 360 255,86 301,217 86,062 86,062

  Contoh perhitungan untuk hasil percobaan Tabel 4.1. Pada baris kedua dalam waktu 30 menit. Perhitungan yang dilakukan untuk mengetahui besarnya kerja kompresor, energi kalor yang dilepas kondensor, energi kalor yang diserap evaporator dan koefisien prestasi (COP). Untuk menentukan besaran nilai entalpi dilihat dari diagram tekanan-entalpi pada jenis R134a. Berikut ini diagram tekanan-entalpi (P-h) yang diperoleh dari percobaan baris kedua pada Gambar

  4.2. Gambar 4.2. Titik Pencarian h

  1 ,h 2 ,h 3 , dan h 4 .

  Dari diagram P-h R134a maka nilai : h

  1 = 267,49 kJ/kg

  h

  2 = 311,684 kJ/kg

  h

  3 = 100,018 kJ/kg

  h

  4 = 100,018 kJ/kg

  1) Kerja Kompresor, (W )

  in

  Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari mesin pendingin, dapat menggunakan persamaan 2.4 : W

  in

  = h 2 – h 1 = 311,684 kJ/kg -267,49 kJ/kg = 44,194 kJ/kg

  Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang didapat dalam waktu 30 menit adalah 44,194 kJ/kg.

  2) Energi Kalor Yang Dilepas Kondensor, (Q out ) Untuk mendapatkan energi kalor yang dilepas kondensor dari mesin pendingin, dapat menggunakan persamaan 2.5 :

  Q

  out

  = h 2 – h 3 = 311,684 kJ/kg – 100,018 kJ/kg = 211,666 kJ/kg

  Maka energi kalor yang dilepas kondensor yang didapat dalam waktu 30 menit adalah 211,666 kJ/kg.

  3) Energi Kalor Yang Diserap Evaporator Untuk mendapatkan energi kalor yang diserap evaporator dari mesin pendingin, dapat menggunakan persamaan 2.6 :

  Q in = h 1 – h

  4

  = 267,49 kJ/kg – 100,018 kJ/kg = 167,472 kJ/kg

  Maka energi kalor yang diserap evaporator yang didapat dalam waktu 30 menit adalah 167,472 kJ/kg.

  4) Koefisien Prestasi (COP) Dengan mengetahui energi kalor yang diserap evaporator 167,472 kJ/kg dan kerja kompresor 44,194 kJ/kg yang peroleh, maka koefisien prestasi (COP) yang dihasilkan oleh mesin pendingin, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7:

  = COP =

  (h1 − h4) (h2 − h1)

  = 267,49 − 100,018

  311,684 − 267,49 = 3,79

  Maka COP yang dihasilkan adalah 3,79

Tabel 4.4 menunjukkan kerja komppresor, kondensor, evaporator dan COP di tiap 30 menit pengujian :Tabel 4.4 : Nilai W in , Q in , Q out , COP per 30 menit.

  Waktu, t (menit) W

  in

  (kJ/kg) Q

  ou

  t (kJ/kg) Q

  in

  (kJ/kg) COP 30 44,194 211,666 167,472 3,79 60 41,868 209,34 167,472

  4 90 43,031 209,34 166,309 3,86 120 41,868 210,503 168,635 4,03 150 40,705 209,34 168,635 4,14 180 41,868 210,503 168,635 4,03 210 40,705 210,503 169,798 4,17 240 41,868 211,666 169,798 4,06 270 47,683 218,644 170,961 3,59 300 46,52 216,318 169,798 3,65 330 44,194 213,992 169,798 3,84 360 45,357 215,155 169,798 3,74

4.3. Hasil Pembahasan

  Dari hasil perhitungan kerja kompresor (W in ), panas yang dilepas

  out in

  kondensor (Q ), panas yang diserap evaporator (Q ) dan COP dapat diperoleh grafik hubungan W in , Q out , Q in , dan COP dari waktu ke waktu.

  50

  g)

  45 k J/

  40 k (

  35 in

  30 , W

  25 sor

  20 re p

  15 om

  10 k

  5 ja er K

  50 100 150 200 250 300 350 400 Waktu, t (menit) Gambar 4.3. Grafik Hubungan Kerja Kompresor Dengan Waktu.

Gambar 4.3. memperlihatkan besar kerja kompresor (W in ) dari waktu ke

  4

  3

  • – in

  waktu. Bila dinyatakan dalam persamaan W = -0,000000008t + 0,000006t

  2

  0,001t + 0,039t + 43,36 (t dalam satuan menit dan W in dalam satuan kJ/kg) R² = 0,645. Persamaan berlaku untuk t dari 30 menit sampai dengan 360 menit. Kerja kompresor terendah sebesar 40,705 kJ/kg dan tertinggi sebesar 47,683 kJ/kg sedangkan rata-ratanya sebesar 43,32kJ/kg.

  220 200

  g)

  180

  k as J/

  160

  k ep il 140 t ( d ou

  120

  g Q , 100 yan

  80

  sor as en

  60

  an d P

  40

  on k

  20 50 100 150 200 250 300 350 400

  Waktu, t (menit) Gambar 4.4. Hubungan Panas Dilepas Kondensor Dengan Waktu.

Gambar 4.4. memperlihatkan besar panas yang dilepas kondensor (Q out )

  4

  dari waktu kewaktu. Bila dinyatakan dalam persamaan Q + out = 0,000000006t

  3

  2

  0,000003t – 0,000001t – 0,027t + 212,3 (t dalam satuan menit dan Q dalam

  out

  satuan kJ/kg) R² = 0,752. Persamaan berlaku untuk t dari 30 menit sampai dengan 360 menit. Panas yang dilepas kondensor terendah sebesar 209,34 kJ/kg dan tertingi sebesar 218,644 kJ/kg sedangakan rata-ratanya sebesar 212,25 kJ/kg.

g) Waktu, t (menit)

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Panas Diserap Evaporator Dengan Waktu.Gambar 4.5. memperlihatkan besar panas yang diserap evaporator (Q in ) dari waktu kewaktu. Bila dinyatakan dalam persamaan Q

  • – 0,000002t

  in

  = 0,000000002t

  4

  3

  2

  20

  40

  60

  80 100 120 140 160 180 50 100 150 200 250 300 350 400

  P an as yan g d is er ap evap or at or , Q in ( k J/ k

  • 0,0000001t
    • – 0,066t + 168.9 (t dalam menit dan Q in dalam kJ/kg) R²=0,851. Persamaan berlaku untuk t dari 30 menit sampai dengan 360 menit. Panas yang diserap evaporator terendah sebesar 166,309 kJ/kg dan tertinggi sebesar 170,961 kJ/kg sedangkan rata-ratanya sebesar 168,93 kJ/kg.

  5

  4

  3 P

  O C

  2

  1 50 100 150 200 250 300 350 400

  Waktu, t (menit) Gambar 4.6. Grafik Hubungan COP Dengan Waktu.

Gambar 4.6. memperlihatkan besar koefisien prestasi (COP) dari waktu

  4

  3

  • kewaktu. Bila dinyatakan dalam persamaan COP = 0,000000003t – 0,000002t

  2

  0,000001t – 0,043t + 5,272 (t dalan satuan menit) R² = 0,712. Persamaan berlaku untuk t dari 30 menit sampai dengan 360 menit. COP terendah sebesar 3,59 dan tertinggi sebesar 4,17 sedangkan rata-ratanya sebesar 3,91.

  Besar kerja kompresor, panas yang dilepas kondensor, panas yang diserap evaporator dan COP mesin pendingin tidak konstan atau berubah dari waktu ke waktu. Kemungkinan hal ini disebabkan karena suhu udara di luar yang tidak konstan dan beban pendinginannya ( besar kalor yang diserap evaporator dari

  aethylenglycol )

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

  Dari pengujian mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut untuk mendinginkan refrigeran kedua , maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

  1. Mesin pendingin dapat mendinginkan aethylenglycol 2,5 liter sebagai refrigeran kedua yang digunakan untuk mendinginkan air sebanyak 2,5 liter di wadah lain dalam waktu 360 menit dengan pencapaian suhu 6,7 ºC dan air 8,9 °C.

  aethylenglycol

  2. a) Kerja kompresor sedemikian rupa dengan rata-ratanya sebesar 43,32 kJ/kg dengan nilai terendah 40,705 kJ/kg dan tertingginya 47,683 kJ/kg.

  b) Rata-rata nilai panas yang dilepas kondensor adalah 212,25 kJ/kg dengan nilai terendah sebesar 209,34 kJ/kg dan tertinggi sebesar 218,644 kJ/kg.

  c) Rata-rata nilai panas yang dihisap evaporator adalah 168,93 kJ/kg dengan nilai terendah sebesar 166,309 kJ/kg dan tertinggi sebesar 170,961 kJ/kg.

  3. COP terendah sebesar 3,59 dan COP tertinggi sebesar 4,17 sedangkan COP rata-rata dari mesin pendingin sebesar 3,91. COP berubah-ubah dari waktu ke waktu (tidak konstan) karena udara disekitar.

5.2 Saran

  Setelah dilakukan pengambilan data dari mesin pendingin dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut menggunakan refrigeran kedua ada kekurangan dan kelebihan yang perlu di perhatikan, untuk itu perlu adanya saran untuk pengembangan mesin ini, antara lain :

  1. Penempatan pompa sebaiknya di luar wadah media pendingin agar refrigeran sekunder tidak terpengaruh oleh panas pompa dan proses pendinginan lebih baik.

  2. Sebaiknya tembaga yang dijadikan sebagai evaporator ditaruh di dalam wadah agar terkena langsung dengan fluida atau benda yang akan didinginkan dan hasil pendinginan lebih cepat.

DAFTAR PUSTAKA

  Dirja, 2004, Dasar Mesin Pendingin, Departemen Pendidikan Nasional, Diakses : Tanggal 06 April 2012.

  Frank Kreith. 1986. Principle of Heat Transfer (Prinsip – Prinsip Perpindahan Panas) . Erlangga. Jakarta.

  OMS, Jeffry 2011, Rancang Bangun Dan Pengujian Kondensor Siklus Kompresi Uap , Central Library Universitas

  Hybrid Dengan Daya Kompresor 0,746 Kw

  Sumtera Utara, Diakses : 25 April 2012 Perdana Herman, 2012, Mesin Pendingin Dengan Siklus Kompresi Uap, Yogyakarta.

  Laksana Aji Wedha, 2012, Mesin Pendingin Dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut , Yogyakarta.

  Sumanto, 2004, Dasar-dasar Mesin Pendingin, Andi Offset, Yogyakarta. Stoecker, W. F., 1989, Refrigeran dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta.

  60

Dokumen baru