Penelitian Cold Storage Mini

LAPORAN PENELITIAN

PENGUJIAN PERFORMANSI COLD STORAGE TEST RIG

KAPASITAS REFRIGERASI 765 WATT DALAM

MENGAWETKAN DAGING AYAM

OLEH :

DIAN MORFI NASUTION, ST

AHMAD RIZALI NASUTION, ST

FADLY AHMAD KURNIAWAN NASUTION, ST

DIN ASWAN AMRAN RITONGA, ST, MT

JURUSAN TEKNIK MESIN

SEKOLAH TINGGI TEKNIK HARAPAN

MEDAN

2013

i

ABSTRAK

Cold Storage merupakan mesin pendingin yang berfungsi untuk memproduksi es dan

menyimpan produk makanan agar tidak mengalami proses pembusukan sampai pada

waktunya akan didistribusikan kepada konsumen. Penelitian ini bertujuan untuk

mendapatkan parameter performansi Cold Storage Test Rig kapasitas refrigerasi 765

watt dengan bahan uji daging ayam. Parameter performansi yang dimaksud antara

lain: daya kompresor, laju massa refrigerant, kalor kondensor, kalor evaporator, COP

aktual, COP carnot, dan efisiensi siklus. Pengujian dilakukan dua tahap yaitu

pengujian 1 dengan massa daging ayam 1,5 kg dan pengujian 2 dengan massa daging

ayam 3 kg. Daging ayam tersebut akan didinginkan hingga mencapai suhu -2,8 C. Berdasarkan data hasil pengujian selanjutnya dilakukan perhitungan performansi

Cold Storage secara termodinamika dan diplot ke dalam grafik. Untuk pengujian 1

dihasilkan daya kompresor 0,21698 kW, laju massa R-134a 0,00592 kg/s, kalor

kondensor 1,0734 kW, kalor evaporator 0,8565 kW, COP actual 3.94, COP Carnot

4.91, efisiensi siklus 76.79%. Untuk pengujian 2 dihasilkan daya kompresor 0,22731

kW, laju massa R-134a 0,00622 kg/s, kalor kondensor 1,0743 kW, kalor evaporator

0,8470 kW, COP actual 3,72, COP Carnot 4,89, efisiensi Siklus 76,16%.

Kata kunci: performansi, Cold Storage, daging ayam

ii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb

Alhamdulillah puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat,

hidayah, dan karunia-Nya serta nikmat kesehatan sehingga penulis dapat

menyelesaikan laporan penelitian ini dengan sebaik-baiknya. Shalawat dan salam

kepada Rasulullah Muhammad SAW, contoh tauladan dalam kehidupan ini.

Penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan oleh setiap

dosen di Sekolah Tinggi Teknik Harapan. Adapun penelitian yang dipilih adalah

dalam bidang Teknik Pendingin dengan judul " PENGUJIAN PERFORMANSI

COLD STORAGE TEST RIG KAPASITAS REFRIGERASI 765 WATT

DALAM MENGAWETKAN DAGING AYAM ".

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan

maupun penyajian laporan penelitian ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan

kritik dan saran yang membangun dari semua pihak.

Wassalam.

Medan, Februari 2013

Tim Peneliti

iii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK .................................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ................................................................................................. ii

DAFTAR ISI ............................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ....................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vi

BAB 1 PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

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

1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3. Batasan Masalah ........................................................................................ 2

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

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

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................... 5

2.1. Mesin Pendingin ....................................................................................... 5

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

2.1.2. Prinsip Kerja Mesin Pendingin .......................................................... 5

2.1.3. Klasifikasi Mesin Pendingin .............................................................. 6

2.2. Siklus Kompresi Uap .............................................................................. 14

2.3. Cold Storage ........................................................................................... 18

2.3.1. Jenis Cold Storage ............................................................................... 19

2.3.2. Jenis produk yang disimpan pada Cold Storage .............................. 21

BAB 3 METODE PENELITIAN .......................................................................... 22

3.1. Tempat dan Waktu .................................................................................. 22

3.1.1. Tempat ............................................................................................. 22

3.1.2. Waktu .............................................................................................. 22

iv

3.2. Bahan dan Peralatan ................................................................................ 22

3.2.1. Bahan ............................................................................................... 22

3.2.2. Peralatan .......................................................................................... 22

3.3. Pelaksanaan Pengujian ............................................................................ 25

3.3.1. Variabel Pengamatan ....................................................................... 25

3.3.2. Prosedur Pengujian .......................................................................... 25

3.4. Data Hasil Pengujian ............................................................................... 26

BAB 4 ANALISA DATA ....................................................................................... 30

4.1. Perhitungan Performansi Cold Storage ................................................... 30

4.2. Grafik Performansi Cold Storage ............................................................ 41

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 47

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 47

5.2. Saran ........................................................................................................ 48

DAFTAR PUSTAKA

v

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Jenis produk makanan dan temperatur penyimpanan ............................... 21

Tabel 3.1. Data hasil pengujian 1 ............................................................................. 26

Tabel 3.2. Data hasil pengujian 2 .............................................................................. 28

Tabel 4.1. Hasil perhitungan performansi Cold Storage untuk pengujian 1 ............. 33

Tabel 4.2. Hasil perhitungan performansi Cold Storage untuk pengujian 2 ............. 38

vi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap ......................................................................... 7

Gambar 2.2. Mesin pendingin Siklus Absorbsi ...................................................... 8

Gambar 2.3. Mesin pendingin siklus ejector uap .................................................... 9

Gambar 2.4. Mesin pendingin siklus udara ............................................................. 10

Gambar 2.5. Pendinginan evaporative .................................................................... 11

Gambar 2.6. Mesin pendingin siklus termo-elektrik ............................................... 11

Gambar 2.7. Aplikasi Mesin Refrigerasi................................................................. 13

Gambar 2.8. Siklus Kompresi Uap ......................................................................... 14

Gambar 2.9. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h ........................ 14

Gambar 2.10. Bangunan Cold Storage ..................................................................... 19

Gambar 3.1. Bahan uji daging ayam ....................................................................... 22

Gambar 3.2. Cold storage test rig ........................................................................... 23

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring berkembangnya zaman maka perkembangan teknologi dibidang

industri juga mengalami kemajuan yang pesat, salah satunya adalah

berkembangnya teknologi industri dibidang refrigerasi dan pengkondisian udara.

Berkembangnya teknologi dibidang refrigerasi atau pendinginan memberikan

banyak keuntungan bagi kebutuhan manusia, manusia menggunakan sistem

refrigerasi atau pendinginan untuk industri penyimpanan dan pendistribusian

bahan makanan, sehingga bahan makanan yang disimpan dengan system

refrigerasi tersebut dapat terjaga kualitas dan kesegarannya sampai beberapa

minggu hingga saat diperlukan untuk didistribusikan kepada konsumen.

Cold storage adalah suatu fasilitas yang sering digunakan dalam

penyimpanan bahan-bahan hasil pertanian, perikanan dan industri. Dengan

mendinginkan suhu suatu bahan atau produk, maka aktifitas enzim atau mikroba

yang berada didalamnya akan berkurang. Sehingga kerusakan atau penurunan

mutu dapat dihambat. Mengingat besarnya peranan sistem refrigerasi dalam

industri penyimpanan bahan makanan, maka sarjana teknik mesin dibidang

refrigerasi dituntut untuk memiliki potensi dalam pengembangan teknologi

refrigerasi pada masa yang akan datang.

Agar hal tersebut dapat dicapai maka perlu dilakukan kegiatan

pembelajaran di laboratorium, sehingga mahasiswa dapat mengamati gejala yang

1

2

terjadi dalam percobaan secara langsung dan tidak hanya belajar menurut teori.

Akan tetapi, fasilitas laboratorium tentunya harus memadai untuk mendukung

proses pembelajaran tersebut. Pada bulan Mei hingga Agustus 2012 yang lalu, tim

yang terdiri dari 9 orang mahasiswa Jurusan Teknik Mesin STTH terlebih dahulu

telah melakukan rancang bangun Instalasi Pengujian Cold Storage skala

laboratorium (Cold Storage Test Rig) dengan model Portable sesuai dengan

maksud dan tujuan yang telah diuraikan, serta untuk melengkapi peralatan edukasi

di Laboratorium Pengujian Mesin Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik.

Untuk itu perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui kinerja atau performansi

dari Cold Storage tersebut dalam mengawetkan bahan makanan.

1.2. Perumusan Masalah

Perumusan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah analisa

performansi dari Instalasi Pengujian Cold Storage skala laboratorium dalam

mengawetkan daging ayam.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Sistem dalam kondisi steady state steady flow (SSSF).

b. Pengaruh perpindahan panas konduksi, konveksi, dan radiasi dari

lingkungan sekitar diabaikan

c. Suhu lingkungan sekitar Cold Storage dianggap konstan.

3

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari pengujian Cold Storage ini terdiri dari:

1.4.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari pengujian ini sebagai berikut:

a. Mengidentifikasikan komponen Cold Storage dan mengetahui prinsip

kerjanya.

b. Mengetahui cara pengujian Cold Storage dalam mengawetkan produk

makanan.

1.4.2. Tujuan Khusus

Pengujian dilakukan untuk mendapatkan performansi Cold Storage dalam

mengawetkan daging ayam yaitu:

a. Daya Kompresor

b. Laju Aliran Massa Refrigerant

c. Kalor yang dilepas Kondensor

d. Kalor yang diserap Evaporator

e. COP Aktual

f. COP Carnot

g. Efisiensi Siklus Kompresi Uap.

1.5. Manfaat Pengujian

Pengujian ini diupayakan bermanfaat untuk:

a. Menghasilkan informasi ilmiah dalam pengujian performansi Cold

Storage untuk pengawetan bahan makanan.

4

b. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan teknologi khususnya dibidang

teknik refrigerasi.

c. Dapat dijadikan sebagai referensi untuk topik penelitian yang berkaitan

dengan teknik refrigerasi.

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Mesin Pendingin

2.1.1. Pengertian Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah suatu rangkaian yang mampu bekerja untuk

menghasilkan kondisi bertemperatur rendah atau menjaga sesuatu tetap

bertemperatur rendah. Mesin pendingin atau refrigerasi juga bisa diartikan sebagai

teknik pengambilan atau pemindahan kalor dari suatu zat atau tempat terisolasi ke

zat atau tempat lain. Mesin pendingin memanfaatkan fluida sebagai objek siklus

yang akan digunakan untuk mencapai tujuannya. Objek siklus ini biasa disebut

fluida kerja yang khusus untuk refrigerasi yaitu refrigeran.

2.1.2. Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Mesin pendingin bekerja berdasarkan prinsip prinsip termodinamika

yaitu hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Akan tetapi sebelum

kedua hukum tersebut, ada suatu prinsip yang dikenal dengan hokum ke-nol

termodinamika yaitu bahwa panas atau kalor hanya berpindah dari temperatur

tinggi ke temperatur rendah.

Seperti telah disebutkan sebelumnya panas hanya dapat berpindah dari

temperatur tinggi ke temperatur rendah. Pada proses refrigerasi, diperlukan suatu

cara agar diperoleh benda dingin tidak sekedar dengan mengkontakkannya dengan

benda lain yang lebih dingin. Secara termodinamik, fluida dapat diturunkan

5

6

temperaturnya dengan menurunkan tekananannya. Agar hal ini dapat berlangsung

secara terus - menerus maka penurunan tekanan ini perlu dilakukan dalam bentuk

siklus. Dengan demikian, untuk mendapatkan suatu pendinginan yang terus-

menerus, bisa dilakukan dalam bentuk siklus berikut ini:

1. Dimulai dengan menurunkan tekanan fluida, sehingga mecapai

temperature yang diinginkan. Hal ini akan mudah dilakukan bila fluida

tersebut bertekanan tinggi.

2. Menggunakan fluida dingin tersebut untuk melakukan pendinginan.

3. Menaikkan tekanan, dengan demikian temperaturnya akan naik bersamaan

dengan naiknya tekanan. Untuk menaikkan tekanan ini diperlukan kerja

mekanik.

4. Mendinginkan atau melakukan pelepasan kalor dari fluida yang

bertekanan dan bertemperatur tinggi tersebut, misalnya dengan udara

bertemperatur kamar, sehingga diperoleh fluida yang bertekanan tinggi,

dengan temperature yang mendekati temperatur kamar.

2.1.3. Klasifikasi Mesin Pendingin

Saat ini aplikasi mesin pendingin meliputi bidang yang sangat luas, mulai

dari keperluan rumah tangga, pertanian, sampai ke industri gas, petrokimia,

perminyakan, dan sebagainya. Berbagai jenis mesin pendingin yang bekerja

berdasarkan berbagai proses dan siklus dapat ditemui dalam praktek. Namun

demikian mesin pendingin dapat dikelompokan berdasarkan jenis siklusnya dan

jenis pemakaiannya.

7

Pedinginan dapat dilakukan dengan berbagai cara. Berdasarkan jenis siklusnya

mesin refrigerasi dapat dikelompokan menjadi:

1. Mesin pendingin siklus termodinamika

Mesin pendingin siklus termodinamika antara lain:

a. Mesin pendingin Siklus Kompresi Uap

Mesin pendingin Siklus Kompresi Uap adalah sistem mesin pendingin

yang menggunakan proses penguapan dalam menyerap panas, dengan

menggunakan media refrigeran serta peralatan utama yaitu Kompresor,

Kondensor, Katup ekspansi (Throttling Device), dan Evaporator.

Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap

Pada perancangan ini dipilih Mesin pendingin Siklus Kompresi Uap sebagai

prinsip kerja Cold Storage.

b. Mesin pendingin Siklus Absorpsi

Mesin refrigerasi absorbsi mempunyai enam buah seperti yang

ditunjukan pada gambar 2.2. Untuk menaikkan tekanan, mesin refrigerasi absorbsi

menggunakan absorber, pompa dan generator. Fluida kerja yang digunakan adalah

Qc

Qe

8

campuran tak bereaksi seperti air (H2O) ammonia (NH3), atau Lithium Bromida

(LiBr2) Air (H2O). Pada sistem H2O NH3, air berfungsi sebagai absorben dan

amonia berfungsi sebagai refrigerant. Sedangakan pada sistem LiBr2 H2O,

LiBr2 berfungsi sebagai absorben dan H2O berfungsi sebagai refrigerant.

Campuran refrigerant absorben dipanaskan di dalam generator sehingga

refrigerant menguap dan terpisah dari absorben.

Uap refrigerant selanjutnya dimurnikan dalam rectifier dengan

mendinginkannya sehingga uap absorben yang terbawa akan mengembun dan

mengalir kembali ke generator. Uap refrigerant murni kemudian diembunkan di

kondensor; kondensatnya kemudian diekspansikan dan menyerap panas dengan

penguapan di evaporator. Uap refrigerant yang keluar dari evaporator dicampur

dengan absorben (larutan lemah) yang keluar dari generator melewati katup

ekspansi agar tekanannya sama dengan tekanan evaporator. Proses absorbsi

refrigerant biasanya berlangsung secara eksotermal, hasil dari proses ini akan

menghasilkan campuran refrigerant absorben (larutan kuat) yang selanjutnya

dipompakan ke generator.

Gambar 2.2. Mesin pendingin Siklus Absorbsi

9

c. Mesin pendingin Siklus Ejektor Uap

Mesin refrigerasi ejektor uap, air digunakan sebagai refrigerant. Air

dididihkan di boiler, uap yang terbentuk dilewatkan dalam ejektor. Seksi tekanan

rendah dalam ejektor dihubungkan dengan evaporator dengan demikian tekanan

evaporator menjadi rendah dan uap yang terbentuk tertarik oleh aliran uap

berkecepatan tinggi dalam ejektor dan dibawa ke kondensor untuk diembunkan.

Kondensat yang terjadi dalam kondensor sebagian dialirkan ke eavaporator

setelah melewati katup ekspansi dan sisanya masuk ke dalam boiler untuk

diuapkan kembali. Gambar 2.3. menunjukkan skema mesin refrigerasi ejektor uap

dan Gambar 2.4. menunjukkan diagram p-h mesin refrigerasi ejektor uap.

Gambar 2.3. Mesin pendingin siklus ejector uap

d. Mesin pendingin Siklus Udara

Mesin refrigerasi siklus udara termasuk yang banyak digunakan.

Biasanya digunakan pada pesawat terbang, dan sistem ini baru bekerja apabila

pesawat telah terbang. Udara luar dengan kecepatan tinggi ditangkap oleh difusor

sehingga kecepatannya menjadi lebih lambat ketika memasuki sistem. Proses ini

akan menyebabkan temperatur dan tekanan udara meningkat. Untuk menurunkan

10

temperaturnya maka udara dilewatkan pada ekspander turbo sebelum memasuki

kabin pesawat dan menyerap beban panas yang timbul di sana. Udara kemudian

dialirkan ke luar pesawat dengan menggunakan kompresor.

Gambar 2.4. Mesin pendingin siklus udara

e. Pendinginan Evaporatif.

Konsepnya sangat sederhana dan sama dengan yang menggunakan

menara pendingin. Udara dibawa dan bersinggungan dekat dengan air untuk

mendinginkan udara hingga suhu mendekati suhu wet bulb. Udara dingin dapat

digunakan untuk refrigerasi kenyamanan atau proses. Kerugiannya adalah bahwa

udara kaya akan kadar air. Udara dingin dapat digunakan untuk kenyamanan atau

untuk proses. Kerugiannya adalah udara akan kaya dengan uap air. Meskipun

demikian, ini merupakan alat pendingin yang sangat efisien dengan biaya yang

sangat rendah.

Sistem komersial yang besar menggunakan bantalan yang diisi selulosa

dimana air disemprotkan. Suhu dapat dikontrol dengan pengontrolan aliran udara

dan laju sirkulasi air. Kemungkinan refrigerasi evaporatif sangat menarik untuk

11

refrigerasi bagi kenyamanan di daerah kering. Prinsip ini dipraktekkan di industri

tekstil untuk proses-proses tertentu.

Gambar 2.5. Pendinginan evaporative

2. Mesin pendingin siklus termo-elektrik

Pendingin termoelektrik menggunakan efek Peltier untuk membuat fluks

panas di antara juction dua jenis material. Pendingin Peltier termoelektrik adalah

pompa panas solid-state yang memindahkan panas dari dingin ke panas dengan

menggunakan energi listrik.. Cukup menghubungkannya ke tegangan DC akan

menyebabkan satu sisi mendingin sementara sisi lain menghangat.

Gambar 2.6. Mesin pendingin siklus termo-elektrik

12

3. Mesin pendingin siklus termo-magnetik

Pendinginan magnetik bisa dilakukan dengan menurunkan kuat medan

magnet pada zat para magnetik seperti tawas besi amonium.

Berdasarkan aplikasinya mesin refrigerasi dapat dikelompokan seperti yang

ditunjukan pada tabel 2.1 di bawah ini:

Tabel 2.1. Aplikasi Mesin Refrigerasi

Jenis Mesin Refrigerasi Contoh

Refrigerasi Domestik

1. Lemari es (Gambar 2.7. a)

2. Freezer (Gambar 2.7. b)

3. Dispenser air (Gambar 2.7. c)

Refrigerasi Komersial

1. Lemari pendingin supermarket

(Gambar 2.7. d)

2. Box es krim (Gambar 2.7. e)

3. Ice Maker (Gambar 2.7. f)

Refrigerasi Industri

1. Pabrik es

2. Cold Storage (Gambar 2.7. g)

3. Mesin pendingin untuk industri

proses

Refrigerasi transport Refrigerated truck, train and

Containers (Gambar 2.7. h)

Pengkondisian udara domestik dan

Komersial

AC window, split, dan package.

(Gambar 2.7. i)

Chiller Water cooled and air cooled chillers

(Gambar 2.7. j)

Mobile Air Conditioning (MAC) AC mobil (Gambar 2.7. k)

13

Gambar 2.7. Aplikasi Mesin Refrigerasi

a c b

f e

d

h

g

i

j k

14

2.2. Siklus Kompresi Uap

Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak di

gunakan, dengan komponen utama nya adalah kompresor, evaporator, alat

ekspansi (Throttling Device), dan kondensor. Keempat komponen tersebut

melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi

kompresi uap.

Gambar 2.8. Siklus Kompresi Uap

Pada diagram P-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan pada gambar

2.2 sebagai berikut:

Gambar 2.9. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h

15

Proses yang terjadi pada Siklus Refrigerasi Kompresi Uap adalah sebagai berikut:

1. Proses Kompresi (1 2)

Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi

awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan

rendah, setelah di kompresi refrigeran menjadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena

proses ini di anggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor pun

muningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa di hitung

dengan rumus

W = = ( 2 1)........................................................(2.1)

Dimana :

= besarnya kerja kompresi yang di lakukan (kJ/kg)

1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

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

= laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)

Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat juga

ditentukan dengan rumus:

=

= daya listrik kompresor (Watt)

= tegangan listrik (Volt)

16

= kuat arus listrik (Ampere)

= 0,6 0,8

2. Proses Kondensasi (2 3)

Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan

temperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya

berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor

antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara

pendingin dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.

Besarnya kalor per satuan massa refrigerant yang di lepaskan di

kondensor dinyatakan sebagai:

= = (2 3).....................................................(2.2)

Dimana :

= besarnya kalor dilepas di kondensor (kJ/kg)

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

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

3. Proses Ekspansi (3 4)

Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi

penambahanentalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses

penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau

orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigerant dan menurunkan tekanan.

3 = 4......................................................................(2.3)

17

Dimana :

h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

h4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)

4. Proses Evaporasi (4 1)

Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigerant

dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang

di dinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.

Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah

= = (1 4) ....................................................(2.4)

Dimana :

= kalor yang di serap di evaporator ( kW )

= efek pendinginan (efek refrigerasi) (kJ/kg)

1 = harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)

4= harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)

Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali,

begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.

5. Coefficient Of Performance (COP) Aktual dan COP Carnot

Performansi suatu sistem refrigerasi disebut dengan Coefficien Of

Performance (COP). Besaran ini menyatakan kemampuan sistem untuk menarik

kalor dari benda yang didinginkan per satuan daya kompresor. COP aktual adalah

18

COP sebenarnya yang dimiliki oleh suatu sistem pada saat beroperasi yang

dinyatakan dengan persamaan

= ()

() . . (2.5)

COP carnot adalah COP yang diperoleh dari perbedaan suhu refrigeran pada

kondensor dan evaporator dalam satuan Kelvin yang dinyatakan dengan

persamaan

=( + 273)

+ 273 ( + 273) . . (2.6)

6. Efisiensi Siklus Kompresi Uap

Perbandingan besaran COPaktual dan COPCarnot menunjukan effisiensi

sistem refrigerasi dengan persamaan sebagai berikut:

=

100% . . . . . (2.7)

2.3. Cold Storage

Cold storage adalah sebuah bangunan yang difungsikan untuk

menyimpan produk makanan agar tidak mengalami proses pembusukan sampai

pada waktunya akan didistribusikan kepada konsumen yang dilakukan dengan

metode pendinginan. Cold storage dapat juga diilustrasikan sebagai sebuah

bangunan besar yang fungsinya seperti lemari pendingin.

Cold Storage beroperasi menggunakan Siklus Kompresi Uap seperti

yang telah dijelaskan pada bagian 2.3. Komponen utama pada Cold Storage juga

terdiri dari empat bagian yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan

19

evaporator. Bangunan cold storage dapat dikelompokkan menurut fungsi

utamanya yaitu:

a. Bangunan yang biasanya difungsikan untuk menyimpan sayur-sayuran dan

buah-buahan. Bangunan ini bersuhu > 0 C.

b. Bangunan yang biasanya difungsikan untuk menyimpan makanan beku

seperti ikan dan daging. Bangunan ini didalamnya memiliki suhu sampai

dengan -25C.

c. Bangunan yang biasanya difungsikan untuk memproduksi ice cream.

Gambar 2.10. Bangunan Cold Storage

2.3.1. Jenis Cold Storage

1. Jacketed Cold Storage (Cold Storage Berjaket)

Tipe ini merupakan ruang penyimpanan yang ideal, tetapi konstruksinya

sangat mahal. Ruang dalam terisolasi total dari jaket udara. Karena itu lapisan

dalam harus dibuat dari bahan yang tidak dapat ditembus udara. Sambungan-

sambungannya harus dibuat kedap udara. Sistem cold storage ini menjamin

bahwa perbedaan suhu didalam ruang penyimpan cukup kecil. Hal ini dicapai

20

karena aliran dari udara dingin mengelilingi bagian luar dari ruangan dalam

storage. Selain itu pemasukan panas sangat kecil, RH yang tinggi dapat

dipertahankan sehingga dehidrasi produk sangat terbatas. Tipe ini tidak

memerlukan kipas didalam ruang penyimpan.

2. Gridded Cold Storage (Cold Storage dengan Pipa Pendingin Polos)

Pada tipe ini pipa pendingin polos dirangkai menutupi seluruh langit-

langit dan di dinding ruangan cold storage. Tipe ini juga menghasilkan kondisi

penyimpanan yang baik karena suhu dalam ruangan cukup merata tanpa

disirkulasikan dengan kipas. Panas yang masuk melalui dinding segera

dikeluarkan tanpa mengganggu produk yang disimpan. Kecepatan pemindahan

panas kepipa hanya sedikit berkurang jika pipa tertutup es sehingga defrost tidak

perlu sering dilakukan. Cold storage jenis ini dapat bekerja berbulan-bulan tanpa

defrosting.

3. Finned Grid Stores (Cold Storage dengan Pipa Bersirip)

Tipe ini mirip dengan gridded cold storage tapi pipa yang digunakan

adalah pipa bersirip. Dengan pipa bersirip ini jika dirangkai dilangit-langit saja

sudah mencukupi, tanpa memerlukan rangkaian pipa didinding. Dengan demikian

biaya dapat dikurangi, akan tetapi kelemahannya adalah pipa tidak menutupi

dinding sehingga kondisi penyimpanannya tidak sebaik cold storage dengan pipa

polos.

4. Cold Storage dengan Unit Cooler

Tipe ini paling banyak digunakan karena paling murah pemasangannya,

hanya sedikit memerlukan bahan pendingin dan tidak memerlukan struktur

21

penyangga yang berat. Kelemahannya adalah beberapa rancangan tidak

memungkinkan distribusi udara yang merata di dalam cold storage sehingga

menyebabkan kondisi penyimpanan yang buruk.

2.3.2. Jenis produk yang disimpan pada Cold Storage

Semua jenis produk makanan yang membutuhkan pendinginan dan

pengawetan dapat disimpan pada cold storage. Beberapa jenis produk makanan

yang umum disimpan dan ketentuan temperaturnya dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Jenis produk makanan dan temperatur penyimpanan

2.7

22

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

3.1.1. Tempat

Pengujian Cold Storage Test Rig dilakukan di Laboratorium Pengujian

Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan.

3.1.2. Waktu

Waktu penelitian dimulai dari persetujuan proposal yang diberikan oleh

P4M dan Korektor, pengujian alat, pengolahan data, penyusunan laporan, dan

penyerahan laporan.

3.2. Bahan dan Peralatan

3.2.1. Bahan

Bahan yang digunakan untuk pengujian ini adalah daging ayam konsumsi.

Pengujian dilakukan dua tahap yaitu dengan massa daging ayam 1,5 kg dan 3 kg.

Gambar 3.1 Bahan uji daging ayam

3.2.2. Peralatan

Pengujian ini menggunakan Instalasi Pengujian Cold Storage (Cold

Storage Test Rig) ditunjukkan pada gambar 3.1, alat ini merupakan hasil dari

22

23

proses rancang bangun yang dilakukan oleh mahasiswa yang mengambil mata

kuliah skripsi, dimana hasilnya disumbangkan untuk Laboratorium Pengujian

Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan.

Gambar 3.2. Cold storage test rig

Instalasi ini memiliki komponen utama dan alat ukur yaitu:

a. Kompresor, berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan

tekanan refrigerant agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur

di atas temperatur udara sekeliling.

b. Kondensor berpendingin udara, berfungsi mengubah fasa refrigeran dari

kondisi superheat menjadi cair, bahkan terkadang sampai pada kondisi

subcooled.

24

c. Pipa Kapiler, berfungsi menurunkan refrigeran dari tekanan kondensor

sampai tekanan evaporator dan mengatur jumlah aliran refrigeran yang

mengalir masuk ke evaporator.

d. Kotak pendingin (Evaporator), berfungsi mengubah fasa refrigerant dari

cair menjadi uap dengan cara menyerap kalor dari bahan yang

diidnginkan.

e. Filter Dryer, berfungsi menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran

bahan pendingin yang keluar setelah melakukan serkulasi agar tidak

masuk kedalam konpresor dan pipa kapiler. Selain itu , bahan pendingan

yang akan disalurkan pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat

menyerap kalor lebih maksimal.

f. Thermostat digital, berfungsi sebagai alat pengatur suhu kotak pendingin

dan juga untuk mengetahui temperatur didalam kotak pendingin.

g. Amperemeter digital, berfungsi untuk mengukur kuat arus listrik yang

digunakan Cold Storage.

h. Voltmeter digital, berfungsi untuk mengukur tegangan listrik yang

digunakan Cold Storage.

i. Pressure switch, berfungsi sebagai alat pengaman, dan untuk

menghentikan kompressor dengan meng-off-kan magnetic clutch, ketika

tekanan pada high pressure line tidak normal tinggi atau rendah.

j. High pressure gauge,befungsi mengukur tekanan kerja kondensor.

k. Low pressure gauge, berfungsi mengukur tekanan kerja evaporator.

l. Timer, berfungsi mengatur waktu start nya kompresor sesuai dengan waktu

yang ingin diinginkan.

25

m. Sight glass,berfungsi untuk mengontrol kondisi refrigerant yang bekerja

dalam sistem.

n. Thermo controller, berfungsi mengatur panas kompresor dan kondensor.

3.3. Pelaksanaan Pengujian

3.3.1. Variabel Pengamatan

Variabel yang akan diamati pada pengujian ini adalah:

1. Waktu siklus

2. Tekanan dan suhu kondensor

3. Tekanan dan suhu evaporator

4. Tegangan voltmeter

5. Kuat arus ampere meter

6. Suhu ruang pendingin

7. Suhu daging ayam.

3.3.2. Prosedur Pengujian

Agar pengujian dapat terlaksana dengan baik untuk bahan yang akan diuji

maka perlu untuk mengikuti prosedur percobaan sebagai berikut:

1. Siapkan bahan dan peralatan yang akan digunakan.

2. Menimbang massa bahan uji menggunakan neraca lalu mengukur suhu

awal bahan dan mengukur suhu lingkungan sekitar dengan termometer.

3. Hidupkan Cold Storage dengan menekan tombol on pada kontrol panel,

kemudian set timer setelah 5 menit on.

4. Mencatat suhu awal kotak pendingin pada pembacaan thermostat serta

mencatat waktu, hari, dan tanggal percobaan.

26

5. Memasukkan bahan uji dengan termokopel ke dalam kotak pendingin

6. Setelah Cold Storage running, lakukan pembacaan tekanan kerja

refrigerant pada High Pressure dan Low Pressure, besar tegangan pada

Volt meter, kuat arus pada Ammeter, suhu pada thermo controller, dan

suhu bahan uji untuk selang waktu 5 menit dan mencatatnya pada lembar

data pengujian.

7. Setelah suhu akhir bahan uji telah tercapai sesuai ketentuan, stop Cold

Storage dengan menekan tombol off lalu keluarkan bahan uji dari kotak

pendingin dan lakukan pengamatan.

8. Mengulangi percobaan dengan bahan uji yang lainnya.

3.4. Data Hasil Pengujian

Hasil pengujian disajikan pada lembar data seperti pada tabel 3.1 dan 3.2

berikut ini. Lembar data tersebut selanjutnya akan digunakan untuk menganalisis

performansi cold storage secara termodinamika.

1. Bahan yang diuji : Daging Ayam

Massa : 1,5 Kg

Suhu awal daging ayam : 33,2 C

Suhu akhir daging ayam : -2,8 C

Suhu awal ruang pendingin : 23,8 C

Tanggal : 1 Agustus 2012

Tabel 3.1. Data hasil pengujian 1

Waktu

Siklus

(Menit)

Kondensor Evaporator V

(Volt)

I

(Am)

T Ruang

Pendingin

(C)

T Daging

Ayam

(C) T

(C) p

(Kg/Cm)

T

(C) p

(Kg/Cm)

0 33 0,3 23,790 -8,8 213,9 1,74 23,8 33,2

5 34 8,2 10,990 -15 214,4 1,74 11,0 29,5

10 35 8,2 4,790 -15 214,1 1,716 4,8 28,2

27

Waktu

Siklus

(Menit)


(Volt)

I

(Am)

T Ruang

Pendingin

(C)

T Daging

Ayam

(C) T

(C) p

(Kg/Cm)

T

(C) p

(Kg/Cm)

15 35 8,1 -1,410 -15 214 1,728 -1,4 25,9

20 35 8,4 -5,010 -14 213,3 1,728 -5,0 23,8

25 35 8,2 -8,410 -14 212,8 1,716 -8,4 21,6

30 35 8,2 -10,010 -14 212,9 1,716 -10 19,4

35 35 8,2 -11,510 -14 213,7 1,722 -11,5 17,2

40 35 8,2 -12,410 -14 213,7 1,722 -12,4 17,2

45 35 8,2 -13,110 -14 213,7 1,722 -13,1 17,2

50 35 8,2 -13,610 -14 213,7 1,722 -13,6 12,0

55 35 8,2 -14,110 -14 213,3 1,722 -14,1 10,6

60 35 8,4 -14,510 -14 213,5 1,728 -14,5 9,4

65 34 8,4 -14,610 -14 214,4 1,734 -14,6 8,2

70 34 8,3 -15,110 -14 214,9 1,746 -15,1 7,1

75 35 8,4 -15,310 -14 213,7 1,722 -15,3 6,4

80 35 8,3 -15,610 -14 213,4 1,698 -15,6 5,6

85 35 8,4 -15,610 -14 211,1 1,698 -15,6 4,8

90 35 8,4 -15,610 -14 214,7 1,686 -15,6 3,6

95 35 8,5 -15,610 -14 209,9 1,698 -15,6 2,9

100 35 8,8 -15,610 -14 208,1 1,692 -15,6 2,2

105 35 8,6 -15,610 -14 211,0 1,674 -15,6 1,5

110 35 8,8 -15,610 -14 211,4 1,704 -15,6 0,5

115 35 8,8 -16,110 -14 210,1 1,716 -16,1 0,2

120 35 8,8 -16,110 -14 211,4 1,692 -16,1 0,0

125 35 8,8 -16,210 -14 210,1 1,698 -16,2 -0,2

130 35 8,8 -16,210 -14 208,2 1,686 -16,2 -0,3

135 35 8,8 -16,510 -14 209,3 1,68 -16,5 -0,3

140 35 8,8 -16,610 -14 208,8 1,674 -16,6 -0,9

145 35 8,8 -16,610 -14 208,8 1,686 -16,6 -1,2

150 35 8,8 -16,710 -14 209,2 1,68 -16,7 -1,5

155 35 8,8 -16,710 -14 209,6 1,686 -16,7 -1,9

160 35 8,8 -16,710 -14 210,5 1,692 -16,7 -2,3

165 35 8,8 -17,010 -14 210,8 1,692 -17,0 -2,7

166 35 8,8 -17,110 -14 210,5 1,718 -17,1 -2,8

2. Bahan yang diuji : Daging Ayam

Massa : 3 Kg

Suhu awal daging ayam : 30 C

Suhu akhir daging ayam : -2,8 C

Suhu awal ruang pendingin : 19,9 C

28

Hari/ Tanggal : 2 Agustus 2012

Tabel 3.2. Data hasil pengujian 2

Waktu

Siklus

(Menit)


(Volt)

I

(Am)

T Ruang

Pendingin

(C)

T Daging

Ayam

(C) T

(C) P

(Kg/Cm)

T

(C) P

(Kg/Cm)

0 37 10,2 19,890 0,8 205,8 1,678 19,9 3,0

5 37 8,7 10,490 -29 209,1 1,614 10,5 29,9

10 37 8,8 5,590 -16 208,1 1,668 5,6 29,6

15 38 8,8 2,790 -9 205,9 1,668 2,8 29,1

20 38 8,8 0,290 -9 210,7 1,710 0,3 28,4

25 38 8,8 -0,810 -9 210,7 1,710 -0,8 27,6

30 38 8,8 -4,910 -9 210,4 1,704 -4,9 26,7

35 38 8,8 -6,910 -9 209,7 1,692 -6,9 25,7

40 38 8,8 -7,910 -10 209,4 1,692 -7,9 24,7

45 38 8,9 -8,810 -10 210,0 1,692 -8,8 23,5

50 38 8,8 -9,410 -10 210,3 1,704 -9,4 22,3

55 38 8,8 -9,910 -10 210,1 1,704 -9,9 21,1

60 38 8,9 -10,510 -10 209,6 1,698 -10,5 19,9

65 38 8,9 -11,010 -10 210,0 1,734 -11,0 18,8

70 38 8,9 -11,010 -10 209,1 1,692 -11,0 17,6

75 37 8,9 -11,510 -10 212,0 1,728 -11,5 16,5

80 38 8,9 -11,610 -10 211,7 1,734 -11,6 15,3

85 38 8,9 12,790 -10 211,6 1,728 12,8 14,2

90 38 8,9 -12,210 -11 213,0 1,740 -12,2 13,2

95 38 8,9 -12,510 -12 211,1 1,716 -12,5 12,2

100 38 8,9 -12,610 -12 209,7 1,722 -12,6 11,3

105 37 8,9 -12,710 -12 209,9 1,692 -12,7 10,4

110 37 8,9 -13,010 -12 210,6 1,734 -13,0 9,5

115 38 8,9 -13,110 -12 210,0 1,704 -13,1 8,7

120 38 8,9 -13,110 -12 210,4 1,74 -13,1 8,0

125 37 8,9 -13,410 -12 207,5 1,716 -13,4 7,3

130 37 8,9 -13,510 -12 207,4 1,704 -13,5 6,5

135 37 8,9 -13,610 -12 210,8 1,740 -13,6 5,9

140 37 8,9 -13,710 -12 208,8 1,722 -13,7 5,2

145 37 8,9 -13,810 -12 209,2 1,734 -13,8 4,6

150 37 8,9 -14,010 -12 212,0 1,764 -14,0 4,0

155 37 8,9 -14,010 -12 211,7 1,758 -14,0 3,5

160 37 8,9 -14,110 -12 212,7 1,758 -14,1 3,0

165 37 8,9 -14,110 -12 211,9 1,758 -14,1 2,6

170 36 8,9 -14,210 -12 211,9 1,776 -14,2 2,3

175 37 8,9 -14,510 -12 212,6 1,764 -14,5 1,9

180 37 8,9 -14,610 -12 212,3 1,764 -14,6 1,6

29

Waktu

Siklus

(Menit)


(Volt)

I

(Am)

T Ruang

Pendingin

(C)

T Daging

Ayam

(C) T

(C) P

(Kg/Cm)

T

(C) P

(Kg/Cm)

185 37 8,9 -14,610 -12 212,5 1,752 -14,6 1,4

190 37 8,9 -14,610 -12 213,5 1,770 -14,6 1,2

195 37 8,9 -14,910 -12 212,6 1,758 -14,9 1,0

200 37 8,8 -15,010 -12 213,6 1,800 -15,0 0,8

205 37 8,8 -15,110 -12 212,4 1,746 -15,1 0,8

210 37 8,8 -15,110 -12 212,5 1,818 -15,1 0,7

215 37 8,8 -15,110 -12 213,3 1,782 -15,1 0,7

220 37 8,8 -15,110 -12 212,6 1,764 -15,1 0,6

225 37 8,8 -15,410 -12 211,6 1,758 -15,4 0,5

230 37 8,8 -15,410 -12 212,7 1,752 -15,4 0,4

235 37 8,8 -15,510 -12 212,0 1,794 -15,5 0,3

240 37 8,8 -15,610 -12 212,6 1,764 -15,6 0,2

245 37 8,8 -15,610 -12 212,7 1,783 -15,6 0,1

250 37 8,8 -15,610 -12 212,0 1,752 -15,6 0,0

255 37 8,9 -15,610 -12 211,7 1,760 -15,6 -0,2

260 37 8,9 -15,610 -12 212,6 1,752 -15,6 -0,4

265 37 8,8 -15,610 -12 213,6 1,761 -15,6 -0,8

270 37 8,8 -15,610 -12 211,8 1,731 -15,6 -1,2

275 37 8,8 -15,610 -12 211,6 1,761 -15,6 -1,6

280 37 8,8 -15,610 -12 212,1 1,781 -15,6 -2,0

285 37 8,8 -15,610 -12 211,8 1,761 -15,6 -2,3

290 37 8,8 -15,610 -12 213,1 1,772 -15,6 -2,7

295 37 8,8 -15,610 -12 212,6 1,782 -15,6 -2,8

30

BAB 4

ANALISA DATA

4.1. Perhitungan Performansi Cold Storage

Berdasarkan Tabel 3.1 yang ditunjukkan pada bab 3 akan dilakukan

perhitungan performansi sebagai berikut:

1. Pengujian 1 (1,5 kg Daging Ayam)

Untuk waktu siklus menit ke 5, performansi Cold Storage sebagai berikut:

a. Daya Kompresor

Tegangan (V) 214,4 Volt dan kuat arus (I) 1,74 Ampere, lalu diambil harga

cos 0,6.

= = cos = 214,4 1,74 0,6 = 0,2238336

b. Laju aliran massa refrigerant

=

2 1

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur

kondensor 34 C dan temperatur evaporator 10,990 C yaitu:

1 = 405,0382 kJ/kg

2 = 416,0295 kJ/kg

=

2 1 =

0,2238336

416,0295 405,0382= 0,015478 /


= (2 3)

Nilai 3 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur

kondensor 34 C yaitu 241,5352 kJ/kg,

30

31

= 2 3 = 0,015478 416,0295 241,5352 = 2,7545 kW


= (1 4)

4 = 3 = 241,5352 kJ/kg

= 1 4 = 0,015478 405,0382 241,5352 = 2,5306 kW

e. COP Aktual

= ()

()

=2530,6

223,8336 = 11,306

f. COP Carnot

=(10,990 + 273)

34 + 273 (10,990 + 273)= 12,342

g. Efisiensi Siklus Kompresi Uap

=

100% =11,306

12,342 100% = 91,61%

Untuk waktu siklus menit ke 166, performansi Cold Storage sebagai berikut:

a. Daya Kompresor

Tegangan (V) 210,5 Volt dan kuat arus (I) 1,718 Ampere, lalu diambil harga

cos 0,6.

= = cos = 210,5 1,718 0,6 = 0,2169834


=

2 1

32

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur

kondensor 35 C dan temperatur evaporator -17,110 C yaitu:

1 = 388,9137 kJ/kg

2 = 425,8868 kJ/kg

=

2 1 =

0,2169834

425,8868 388,9137= 0,00585 /


= (2 3)



= 2 3 = 0,00585 425,8868 242,6125 = 1,0734kW


= (1 4)

4 = 3 = 242,6125 kJ/kg

= 1 4 = 0,00585 388,9137 242,6125 = 0,8565 kW

e. COP Aktual

= ()

()=

0,8565

0,2169834 = 3,9473

f. COP Carnot

=(17,110 + 273)

35 + 273 (17,110 + 273)= 4,9105


=

100% =3,9473

4,9105 100% = 80,38%

33

Perhitungan performansi untuk keseluruhan data pengujian 1 diselesaikan dengan bantuan Microsoft Office Excel dan disajikan pada Tabel

4.1 di bawah ini:

Tabel 4.1. Hasil perhitungan performansi Cold Storage untuk pengujian 1

Waktu

Siklus

(menit)

h1

(kJ/kg)

h2

(kJ/kg)

h3

(kJ/kg)

h4

(kJ/kg) Wc (kW) m (kg/s) Qk (kW) Qe (kW)

COP

Aktual

COP

Carnot

Efisiensi

Siklus

(%)

0 410,321 415,794 245,819 245,819 0,22331 0,04080 6,9354 6,7121 30,0570 32,2248 93,2730

5 405,038 416,029 241,535 241,535 0,22380 0,01547 2,7545 2,5306 11,3060 12,3420 91,610

10 399,956 419,282 248,748 248,748 0,22044 0,01141 1,9452 1,7247 7,8241 9,1953 85,0877

15 396,391 420,309 248,748 248,748 0,22188 0,00928 1,5915 1,3696 6,1729 7,4592 82,7551

20 394,284 420,982 248,748 248,748 0,22115 0,00828 1,4267 1,2055 5,4512 6,6981 81,3845

25 392,274 421,676 248,748 248,748 0,21910 0,00745 1,2886 1,0695 4,8815 6,0951 80,0885

30 391,321 422,024 248,748 248,748 0,21920 0,00714 1,2371 1,0179 4,6436 5,8429 79,4742

35 390,424 422,362 248,748 248,748 0,22079 0,00691 1,2002 0,9794 4,4360 5,6222 78,9005

40 389,884 422,571 248,748 248,748 0,22079 0,00675 1,1741 0,9533 4,3178 5,4965 78,5552

45 389,463 422,737 248,748 248,748 0,22079 0,00664 1,1545 0,9337 4,2290 5,4020 78,2855

50 389,162 422,858 248,748 248,748 0,22079 0,00655 1,1409 0,9201 4,1671 5,3361 78,0916

55 388,861 422,979 248,748 248,748 0,22038 0,00646 1,1254 0,9050 4,1067 5,2716 77,9022

60 388,62 423,078 248,748 248,748 0,22136 0,00642 1,1199 0,8985 4,0592 5,2210 77,7481

65 388,559 422,512 247,281 247,281 0,22306 0,00657 1,1512 0,9282 4,1610 5,3156 78,2792

70 388,257 422,637 247,281 247,281 0,22513 0,00655 1,1483 0,9231 4,1005 5,2513 78,0863

75 388,136 423,278 248,748 248,748 0,22079 0,00628 1,0966 0,8758 3,9664 5,1220 77,4383

34

Waktu

Siklus

(menit)

h1

(kJ/kg)

h2

(kJ/kg)

h3

(kJ/kg)

h4

(kJ/kg) Wc (kW) m (kg/s) Qk (kW) Qe (kW)

COP

Aktual

COP

Carnot

Efisiensi

Siklus

(%)

80 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21741 0,00614 1,0724 0,8550 3,9325 5,0858 77,3241

85 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21507 0,00608 1,0608 0,8458 3,9325 5,0858 77,3241

90 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21719 0,00614 1,0713 0,8541 3,9325 5,0858 77,3241

95 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21385 0,00604 1,0548 0,8410 3,9325 5,0858 77,3241

100 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21126 0,00597 1,0421 0,8308 3,9325 5,0858 77,3241

105 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21193 0,00599 1,0453 0,8334 3,9325 5,0858 77,3241

110 387,955 423,354 248,748 248,748 0,21614 0,00611 1,0661 0,8500 3,9325 5,0858 77,3241

115 387,652 423,482 248,748 248,748 0,21632 0,00604 1,0549 0,8386 3,8768 5,0262 77,1306

120 387,652 423,482 248,748 248,748 0,21461 0,00599 1,0466 0,8320 3,8768 5,0262 77,1306

125 387,591 423,507 248,748 248,748 0,21405 0,00596 1,0415 0,8275 3,8658 5,0145 77,0926

130 387,591 423,507 248,748 248,748 0,21062 0,00586 1,0248 0,8142 3,8658 5,0145 77,0926

135 387,409 423,585 248,748 248,748 0,21097 0,00583 1,0196 0,8087 3,8330 4,9794 76,9759

140 387,349 423,611 248,748 248,748 0,20972 0,00578 1,0113 0,8016 3,8222 4,9678 76,9392

145 387,349 423,611 248,748 248,748 0,21122 0,00582 1,0186 0,8073 3,8222 4,9678 76,9392

150 387,288 423,637 248,748 248,748 0,21087 0,00580 1,0146 0,8037 3,8114 4,9563 76,8999

155 387,288 423,637 248,748 248,748 0,21203 0,00583 1,0202 0,8081 3,8114 4,9563 76,8999

160 387,288 423,637 248,748 248,748 0,21370 0,00588 1,0282 0,8145 3,8114 4,9563 76,8999

165 387,106 423,716 248,748 248,748 0,21400 0,00585 1,0228 0,8088 3,7792 4,9219 76,7836

166 388,913 425,886 248,748 248,748 0,21698 0,00592 1,0734 0,8565 3,9473 4,9106 76,7994

35

2. Pengujian 2 ( 3 kg Daging Ayam)

Untuk waktu siklus menit ke 5, performansi Cold Storage sebagai

berikut:

a. Daya Kompresor

Tegangan (V) 209,1 Volt dan kuat arus (I) 1,614Ampere, lalu diambil

harga cos 0,6.

= = cos = 209,1 1,614 0,6 = 0,2024924


=

2 1

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada

temperatur kondensor 37 C dan temperatur evaporator 10,490 C

yaitu:

1 = 404,7857 kJ/kg

2 = 421,3632 kJ/kg

=

2 1 =

0,2024924

421,3632 404,7857= 0,01221 /


= (2 3)



= 2 3 = 0,01221 421,3632 244,7357

= 2,1574 kW


= (1 4)

36

4 = 3 = 244,7357 kJ/kg , 5

= 1 4 = 0,01221 404,7857 244,7357

= 1,9549 kW

e. COP Aktual

= ()

()

=1,9549

0,2024924 = 9,6546

f. COP Carnot

=(10,490 + 273)

37 + 273 (10,490 + 273)= 10,6937


=

100% =9,6546

10,6937 100% = 90,28%

Untuk waktu siklus menit ke 295, performansi Cold Storage sebagai

berikut:

a. Daya Kompresor

Tegangan (V) 212,6 Volt dan kuat arus (I) 1,782 Ampere, lalu diambil

harga cos 0,6.

= = cos = 212,6 1,782 0,6 = 0,2273119


=

2 1

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada

temperatur kondensor 37 C dan temperatur evaporator -15,610 C

yaitu:

37

1 = 389,8161 kJ/kg

2 = 426,7785 kJ/kg

=

2 1 =

0,2273119

426,7785 389,8161= 0,00614 /


= (2 3)



= 2 3 = 0,00614 426,7785 244,7357

= 1,1195 kW


= (1 4)

4 = 3 = 244,7357 kJ/kg

= 1 4 = 0,00614 389,8161 244,7357

= 0,8922 kW

e. COP Aktual

= ()

()

=0,8922

0,2273119 = 3,9250

f. COP Carnot

=(15,610 + 273)

37 + 273 (15,610 + 273)= 4,8924


=

100% =3,9250

4,8924 100% = 80,22%

38

Perhitungan performansi untuk keseluruhan data pengujian 2 diselesaikan dengan bantuan Microsoft Office Excel dan disajikan pada Tabel

4.2 di bawah ini:

Tabel 4.2. Hasil perhitungan performansi Cold Storage untuk pengujian 2

Waktu

Siklus

(menit)

h1

(kJ/kg)

h2

(kJ/kg)

h3

(kJ/kg)

h4

(kJ/kg) m (kg/s) Wc (kW) Qk (kW) Qe (kW)

COP

Aktual

COP

Carnot

Efisiensi

Siklus

(%)

0 408,276 418,471 251,697 251,697 0,20720 0,02032 3,3895 3,1823 15,3584 17,1181 89,7205

5 403,166 419,604 251,697 251,697 0,20249 0,01232 2,0684 1,8659 9,2146 10,6937 86,1681

10 400,414 420,302 251,697 251,697 0,20827 0,01047 1,7656 1,5574 7,4777 8,8695 84,3086

15 398,817 421,307 253,179 253,179 0,20606 0,00916 1,5405 1,3344 6,4757 7,8327 82,6747

20 397,030 421,831 253,179 253,179 0,21618 0,00872 1,4701 1,2539 5,8002 7,2471 80,0344

25 396,739 421,919 253,179 253,179 0,21618 0,00859 1,4487 1,2325 5,7014 7,0134 81,2923

30 394,343 422,687 253,179 253,179 0,21511 0,00759 1,2865 1,0713 4,9804 6,2477 79,7151

35 393,163 423,091 253,179 253,179 0,21289 0,00711 1,2086 0,9958 4,6774 5,9250 78,9433

40 392,571 423,301 253,179 253,179 0,21258 0,00692 1,1769 0,9643 4,5360 5,7741 78,5578

45 392,036 423,494 253,179 253,179 0,21319 0,00678 1,1542 0,9410 4,4140 5,6439 78,2094

50 391,679 423,625 253,179 253,179 0,21501 0,00673 1,1472 0,9322 4,3354 5,5598 77,9784

55 391,381 423,736 253,179 253,179 0,21481 0,00664 1,1323 0,9175 4,2714 5,4913 77,7848

60 391,022 423,871 253,179 253,179 0,21354 0,00650 1,1096 0,8961 4,1963 5,4110 77,5499

65 390,723 423,985 253,179 253,179 0,21848 0,00657 1,1220 0,9035 4,1352 5,3456 77,3559

70 390,723 423,985 253,179 253,179 0,21228 0,00638 1,0901 0,8778 4,1352 5,3456 77,3559

75 390,424 423,525 252,000 252,000 0,21980 0,00664 1,1390 0,9192 4,1819 5,3904 77,5794

85 389,644 424,407 253,179 253,179 0,21939 0,00631 1,0806 0,8612 3,9256 11,3364 34,6282

39

Waktu

Siklus

(menit)

h1

(kJ/kg)

h2

(kJ/kg)

h3

(kJ/kg)

h4


COP

Aktual

COP

Carnot

Efisiensi

Siklus

(%)

90 390,004 424,264 253,179 253,179 0,22237 0,00649 1,1105 0,8881 3,9937 5,1940 76,8913

95 389,824 424,335 253,179 253,179 0,21735 0,00630 1,0779 0,8606 3,9595 5,1572 76,7755

100 389,764 424,359 253,179 253,179 0,21666 0,00626 1,0721 0,8554 3,9481 5,1450 76,7365

105 389,704 423,807 251,697 251,697 0,21309 0,00625 1,0754 0,8623 4,0468 5,2362 77,2849

110 389,523 423,879 251,697 251,697 0,21911 0,00638 1,0981 0,8790 4,0117 5,1988 77,1665

115 389,463 424,479 253,179 253,179 0,21470 0,00613 1,0503 0,8356 3,8920 5,0849 76,5411

120 389,463 424,479 253,179 253,179 0,21966 0,00627 1,0746 0,8549 3,8920 5,0849 76,5411

125 389,283 423,975 251,697 251,697 0,21364 0,00616 1,0609 0,8473 3,9659 5,1496 77,0147

130 389,223 424,000 251,697 251,697 0,21205 0,00610 1,0506 0,8385 3,9545 5,1374 76,9750

135 389,162 424,024 251,697 251,697 0,22008 0,00631 1,0879 0,8678 3,9431 5,1253 76,9348

140 389,102 424,048 251,697 251,697 0,21573 0,00617 1,0640 0,8482 3,9319 5,1132 76,8976

145 389,042 424,073 251,697 251,697 0,21765 0,00621 1,0710 0,8533 3,9207 5,1012 76,8584

150 388,921 424,122 251,697 251,697 0,22438 0,00637 1,0991 0,8747 3,8983 5,0772 76,7799

155 388,921 424,122 251,697 251,697 0,22330 0,00634 1,0938 0,8705 3,8983 5,0772 76,7799

160 388,861 424,149 251,697 251,697 0,22436 0,00636 1,0964 0,8721 3,8870 5,0653 76,7368

165 388,861 424,149 251,697 251,697 0,22351 0,00633 1,0923 0,8688 3,8870 5,0653 76,7368

170 388,801 423,590 250,220 250,220 0,22580 0,00649 1,1253 0,8995 3,9835 5,1542 77,2866

175 388,620 424,246 251,697 251,697 0,22502 0,00632 1,0898 0,8648 3,8433 5,0182 76,5874

180 388,559 424,271 251,697 251,697 0,22470 0,00629 1,0858 0,8611 3,8324 5,0066 76,5468

185 388,559 424,271 251,697 251,697 0,22338 0,00626 1,0795 0,8561 3,8324 5,0066 76,5468

190 388,559 424,271 251,697 251,697 0,22674 0,00635 1,0957 0,8689 3,8324 5,0066 76,5468

195 388,378 424,346 251,697 251,697 0,22425 0,00623 1,0764 0,8522 3,8001 4,9719 76,4314

40

Waktu

Siklus

(menit)

h1

(kJ/kg)

h2

(kJ/kg)

h3

(kJ/kg)

h4


COP

Aktual

COP

Carnot

Efisiensi

Siklus

(%)

200 388,318 424,371 251,697 251,697 0,23069 0,00640 1,1049 0,8742 3,7894 4,9604 76,3941

205 388,257 424,396 251,697 251,697 0,22251 0,00616 1,0633 0,8408 3,7787 4,9490 76,3544

210 388,257 424,396 251,697 251,697 0,23180 0,00641 1,1077 0,8759 3,7787 4,9490 76,3544

215 388,257 424,396 251,697 251,697 0,22806 0,00631 1,0898 0,8618 3,7787 4,9490 76,3544

220 388,257 424,396 251,697 251,697 0,22502 0,00623 1,0753 0,8503 3,7787 4,9490 76,3544

225 388,076 424,472 251,697 251,697 0,22320 0,00613 1,0595 0,8363 3,7471 4,9149 76,2393

230 388,076 424,472 251,697 251,697 0,22359 0,00614 1,0614 0,8378 3,7471 4,9149 76,2393

235 388,015 424,498 251,697 251,697 0,22820 0,00625 1,0808 0,8527 3,7365 4,9036 76,1981

240 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22502 0,00615 1,0635 0,8384 3,7262 4,8924 76,1618

245 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22755 0,00622 1,0754 0,8479 3,7262 4,8924 76,1618

250 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22285 0,00609 1,0532 0,8304 3,7262 4,8924 76,1618

255 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22356 0,00611 1,0566 0,8330 3,7262 4,8924 76,1618

260 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22349 0,00611 1,0562 0,8327 3,7262 4,8924 76,1618

265 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22569 0,00617 1,0666 0,8410 3,7262 4,8924 76,1618

270 387,955 424,523 251,697 251,697 0,21998 0,00602 1,0396 0,8197 3,7262 4,8924 76,1618

275 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22358 0,00611 1,0567 0,8331 3,7262 4,8924 76,1618

280 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22665 0,00620 1,0712 0,8445 3,7262 4,8924 76,1618

285 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22379 0,00612 1,0577 0,8339 3,7262 4,8924 76,1618

290 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22657 0,00620 1,0708 0,8442 3,7262 4,8924 76,1618

295 387,955 424,523 251,697 251,697 0,22731 0,00622 1,0743 0,8470 3,7262 4,8924 76,1618

41

4.2. Grafik Performansi Cold Storage

Berdasarkan hasil perhitungan yang disajikan pada Tabel 4.1 dan 4.2

selanjutnya dibuat grafik hubungan waktu dengan performansi Cold Storage

untuk kedua pengujian sebagai berikut:

1. Pengujian 1 (1,5 kg Daging Ayam)

a. Hubungan waktu dengan daya kompresor

Gambar 4.1. Hubungan waktu dengan daya kompresor

Konsumsi daya listrik kompresor bergantung pada tegangan listrik yang

disuplai, semakin lama waktu pengoperasian kompresor konsumsi daya akan

berkurang dibandingkan pemakaian daya pada start awal. Pada menit ke 70

terjadi konsumsi daya listrik yang tinggi melebihi start awal, hal ini

disebabkan tegangan listrik yang tidak stabil pada saat pengoperasian mesin.

Demikian juga pemakaian daya untuk menit ke 140 yang mengalami

penurunan. Pada menit terakhir konsumsi daya menunjukkan kenaikan karena

beban pendinginan sudah mencapai suhu yang diinginkan.

Hubungan waktu dengan parameter performansi cold storage

berikutnya menunjukkan hasil yang baik, grafik performansi menampilkan

tren yang stabil untuk setiap waktu siklus.

0,20500

0,21000

0,21500

0,22000

0,22500

0,23000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

Wc

(kW

)

Waktu (menit)

Daya Kompresor

42

b. Hubungan waktu dengan laju massa R-134a

Gambar 4.2. Hubungan waktu dengan laju massa R-134a

c. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor

Gambar 4.3. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor

d. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator

Gambar 4.4. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator

0,00000

0,01000

0,02000

0,03000

0,04000

0,05000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

m (

kg/s

)

Waktu (menit)

m

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

Qk

(kW

)

Waktu (menit)

Q kondensor

0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

Qe

(kW

)

Waktu (menit)

Q evaporator

43

e. Hubungan waktu dengan COP aktual

Gambar 4.5. Hubungan waktu dengan COP aktual

f. Hubungan waktu dengan COP Carnot

Gambar 4.6. Hubungan waktu dengan COP Carnot

g. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus

Gambar 4.7. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus

0,0000

10,0000

20,0000

30,0000

40,0000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

CO

P a

ktu

al

Waktu (menit)

COP Aktual

0,00005,0000

10,000015,000020,000025,000030,000035,0000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

CO

P C

arn

ot

Waktu (menit)

COP Carnot

70,0000

80,0000

90,0000

100,0000

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

Efis

ien

si S

iklu

s (%

)

Waktu (menit)

Efisiensi Siklus

44

2. Pengujian 2 (3 kg Daging Ayam)

a. Hubungan waktu dengan daya kompresor

Gambar 4.8. Hubungan waktu dengan daya kompresor

Pemakaian daya pada pengujian 2 berbeda dengan pengujian 1, semakin lama

waktu pengoperasian kompresor konsumsi daya akan meningkat

dibandingkan pemakaian daya pada start awal. Hal ini disebabkan tegangan

listrik yang tidak stabil pada saat pengoperasian mesin serta beban

pendingianan yang bertambah. Akan tetapi, hubungan waktu dengan

parameter performansi cold storage berikutnya menunjukkan hasil yang baik,

grafik performansi menampilkan tren yang stabil untuk setiap waktu siklus.

b. Hubungan waktu dengan laju massa R-134a

Gambar 4.9. Hubungan waktu dengan laju massa R-134a

0,200000,205000,210000,215000,220000,225000,230000,23500

0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300

Wc

(kW

)

Waktu (menit)

Daya Kompresor

0,00000

0,00500

0,01000

0,01500

0,02000

0,02500

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

m (

kg/s

)

Waktu (menit)

m

45

c. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor

Gambar 4.10. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor

d. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator

Gambar 4.11. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator

e. Hubungan waktu dengan COP aktual

Gambar 4.12. Hubungan waktu dengan COP aktual

0,0000

1,0000

2,0000

3,0000

4,0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Qk

(kW

)

Waktu (menit)

Q kondensor

0,0000

0,5000

1,0000

1,5000

2,0000

2,5000

3,0000

3,5000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Qe

(kW

)

Waktu (menit)

Q evaporator

0,0000

5,0000

10,0000

15,0000

20,0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

CO

P a

ktu

al

Waktu (menit)

COP Aktual

46

f. Hubungan waktu dengan COP Carnot

Gambar 4.13. Hubungan waktu dengan COP Carnot

g. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus

Gambar 4.14. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus

0,0000

5,0000

10,0000

15,0000

20,0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

CO

P C

arn

ot

Waktu (menit)

COP Carnot

75,0000

80,0000

85,0000

90,0000

95,0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Efis

ien

si S

iklu

s (%

)

Waktu (menit)

Efisiensi Siklus

47

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil perhitungan performansi dan analisa grafik terhadap kedua

pengujian diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Pengujian 1 (1,5 kg daging ayam)

Parameter performansi Cold Storage pada akhir siklus atau saat tercapainya suhu

akhir daging ayam (-2,8 C) adalah:

a. Daya kompresor 0,21698 kW

b. Laju massa R-134a 0,00592 kg/s

c. Kalor kondensor 1,0734 kW

d. Kalor evaporator 0,8565 kW

e. COP aktual 3,94

f. COP Carnot 4,91

g. Efisiensi Siklus 76,79%

2. Pengujian 2 (3 kg daging ayam)

Parameter performansi Cold Storage pada akhir siklus atau saat tercapainya suhu

akhir daging ayam (-2,8 C) adalah:

a. Daya kompresor 0,22731 kW

b. Laju massa R-134a 0,00622 kg/s

47

48

c. Kalor kondensor 1,0743 kW

d. Kalor evaporator 0,8470 kW

e. COP aktual 3,72

f. COP Carnot 4,89

g. Efisiensi Siklus 76,16%

3. Konsumsi daya listrik akan meningkat dengan bertambahnya beban pendinginan.

Kestabilan tegangan listrik yang disuplai ke kompresor mempengaruhi laju

konsumsi daya.

5.2. Saran

Untuk kelanjutan dan pengembangan penelitian ini kedepannya, penulis

menyarankan hendaknya penelitian dilakukan untuk bahan makanan lain yang

memerlukan pengawetan atau penyimpanan dingin. Sehingga Cold Storage ini

memiliki kemampuan untuk dapat dikomersilkan.

DAFTAR PUSTAKA

ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta.

Cengel, Yunus A., (2004). Thermodynamics An Engineering Approach. Fourth Edition. Mc-Graw Hill, New York.

Hundy, Trott, Welch., (2007). Refrigeration and Air Conditioning. Fourth

Edition. United Kingdom.

Haryadi., (2010). Bahan Ajar Teknik Pendingin dan Penukar Kalor. Politeknik

Negeri Bandung, Bandung.

Jordan, Richard C., (1973). Refrigeration and Air Conditioning. Second Edition.

Prentice-Hall, New Jersey.

Stocker, Wilbert F., and Jerold, William C., (1978). Air Conditioning and

Refrigeration. Second Edition. Mc-Graw Hill, New York.

Windy., (2008). Modul Praktikum Laboratorium Refrigerasi Terapan. Jurusan

Teknik Refrigerasi dan Tata udara. Politeknik Negeri Bandung, Bandung.

COVER OK.pdfCold Storage.pdfDAFTAR ISI.pdfBAB 1.pdfBAB 2.pdfBAB 3.pdfBAB 4 OK.pdfBAB 5.pdfDAFTAR PUSTAKA.pdf

Penelitian Cold Storage Mini

Documents