PENGARUH RENDAMAN AIR PADA PIPA DI ANTARA …

i

PENGARUH RENDAMAN AIR PADA PIPA DI ANTARA

KOMPRESOR DAN KONDENSOR TERHADAP COP DAN

EFISIENSI MESIN PENDINGIN

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Diajukan oleh:

FRANSISKUS DEWO ARGO UTOMO

NIM: 105214047

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE INFLUENCE OF WATER RESERVATION BETWEEN

COMPRESSOR AND CONDENSOR TO THE COP AND

COOLING MACHINE’S EFFICIENCY

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

By

FRANSISKUS DEWO ARGO UTOMO

NIM: 105214047

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA


iv


v


vi


vii

ABSTRAK

Saat ini mesin pendingin sangat berperan dalam kehidupan masyarakat.

Mesin pendingin dipergunakan untuk mendinginkan minuman seperti soft drink,

minuman kaleng, dan minuman berenergi tanpa membekukan cairan di dalam ke-

masannya, akan tetapi dapat juga sebagai pengawet dan pendingin makanan.

Tujuan penelitian ini adalah: (a) membuat mesin pendingin dengan siklus kompresi

uap, (b) mengetahui kalor yang dihisap evaporator persatuan massa refrigerant, (c)

mengetahui kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant, (d) menge-

tahui kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigerant, (e) mengetahui

koefisien prestasi actual, (f) mengetahui koefisien prestasi ideal, (g) mengetahui

efisiensi mesin pendingin.

Mesin pendingin yang diteliti menggunakan sistem kompresi uap yang

dirangkai dengan komponen yang didapat dari pasaran. Pendinginan pada mesin

pendingin ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan evaporator. Adapun

variasi penelitian yang digunakan adalah jumlah air yang merendam sebagian dari

kondensor sebagai simulasi tampungan air pada mesin pendingin. Penelitian per-

tama menggunakan beban 1 liter air tanpa menggunakan rendaman air dan diuji

selama 5 jam. Penelitian kedua menggunakan 1 liter air dan 1

2 liter rendaman air

pada sebagian kondensor.

Dari rendaman pada sebagian pipa kondensor dan tanpa rendaman diperoleh

hasil berupa kerja kompresor (Win), panas yang diserap evaporator (Qin), panas

yang dilepas kondensor (Qout), COPideal, COPaktual, dan efisiensi. Variasi peren-

daman menghasilkan perbedaan COP dan efisiensi antara variasi tanpa rendaman

air dan ½ rendaman air.

Kata Kunci: Mesin pendingin, siklus kompresi uap, COP, dan efisiensi.


viii

ABSTRACT

In this time, cooling machine is important in social life. Cooling machine is

used to cool drinks such as soft drink and energy drink without freezing the liquid

in its packaging but it can also be used as preservative and refrigerant food. The

aims of this research were to find out: (a) the production of cooling machine with

the cy-cle of steam compressor, (b) the heat which was absorbed by evaporator of

the union of refrigerant mass, (c) the heat which was released by condenser of the

un-ion of refrigerant mass, (d) the work which was done by compressor of the union

of refrigerant mass, (e) the coefficient of the actual perfomance, (f) the coeffi-cient

of the ideal performance, (g) the efficiency of the cooling machine.

Machine cooling subjects use the compression steam which have developed

with components obtained from the market .Cooling on a the coolant is done by

means of direct contact with the evaporators .As for variation research used is the

quantity of water soaking some of a condenser as simulation water reservoir on a

cooling .First experimental use burden 1 liter of water without the use of marinade

water and tested for five hours .Research second use 1 liter of water and a half liters

of marinade water in some a condenser .

From the reservation in some of pipes condenser and without reservation, it

was found the results of the work of compressor (Win), the heat which is absorbed

by evaporator (Qin), the heat of which is released by condenser (Qout), COPideal,

COPactual. The variation of reservation produced the differentiation of COP and

efficiency between the variations without water reservation and ½ water

reservations

Key words: Cooler machine, the cycle of steam compression, COP, and efficien-

cy.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat

serta limpahan rahmat-Nya, sehingga penyusunan Skripsi yang berjudul “Pengaruh

redaman air pada sebagian kondensor terhadap cop dan efisiensi mesin pendingin”

dapat diselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan Skripsi ini banyak men-

galami kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak

dan berkat dari Tuhan Yang Maha Esa, kendala-kendala yang dihadapi tersebut

dapat diatasi. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih dan penghar-

gaan kepada:

1. Drs. Johanes Eka Priyatma, M.Sc., Ph.D. selaku Rektor Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

2. Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc, Ph.D selaku Dekan FST Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

3. Ir. PK. Purwadi, M.T selaku ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta dan juga selaku pembimbing Skripsi, yang telah

dengan sabar, tekun, tulus dan ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran

memberikan bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat ber-

harga kepada penulis selama menyusun Skripsi.

4. Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah memberI bekal ilmu penge-

tahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan studi dan menyelesaikan penu-

lisan Skripsi ini.


x


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

TITLE PAGE .......................................................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ............................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..................................................... v

INTISARI ............................................................................................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ......................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... xiv

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

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

1.3. Tujuan ....................................................................................................... 2

1.4. BatasanMasalah ........................................................................................ 3

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

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

2.1. Mesin Pendingin ....................................................................................... 4

2.2. Mesin pendingin ....................................................................................... 5

2.2.1 Bagian Utama Mesin Pendingin ............................................................... 5

2.2.2 Sistem Kompresi Uap Pada Mesin Pendingin ........................................ 12

2.2.3 Siklus Kompresi Uap .............................................................................. 13

2.2.4 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin ........................................... 17

2.3. Tinjauan Pustaka .................................................................................... 19

BAB III PEMBUATAN ALAT ............................................................................ 21

3.1. Persiapan Alat ......................................................................................... 21

3.1.1 Komponen Utama Mesin Pendingin ....................................................... 21

3.1.2 Peralatan Pendukung Perakitan Mesin Pendingin .................................. 25


xii

3.2. Perakitan Mesin Pendingin ..................................................................... 28

3.2.1 Proses Perakitan Mesin Pendingin .......................................................... 28

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 31

4.1. Mesin pendingin yang diteliti ................................................................. 31

4.2. Alat bantu penelitian .............................................................................. 32

4.3. Variasi penelitian .................................................................................... 35

4.4. Langkah-langkah pengambilan data ....................................................... 35

4.5. Cara mengolah data dan pembahasan..................................................... 36

4.6. Cara mendapatkan kesimpulan ............................................................... 36

BAB V PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................... 38

5.1. Data Penelitian ....................................................................................... 38

5.2. Perhitungan ............................................................................................. 43

5.3. Pembahasan ............................................................................................ 46

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 58

6.1. Kesimpulan ............................................................................................. 58

6.2. Saran ....................................................................................................... 58

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 59

LAMPIRAN .......................................................................................................... 60


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 5.1 Nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi pada satuan psi dan

MPa dengan variasi tanpa rendaman air .......................................... 38

Tabel 5.2 Nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi pada satuan psi dan MPa

dengan variasi 1

2𝑙 rendaman air ....................................................... 39

Tabel 5.3 Nilai Te dan Tc pada variasi tanpa rendaman air kompresor

dalam tekanan terukur satuan psi ..................................................... 41

Tabel 5.4 Nilai Te dan Tc pada variasi 1

2𝑙 rendamanair..................................... 42

Tabel 5.5 Nilai entalpi pada variasi tanpa rendaman air ………………........... 44

Tabel 5.6 Nilai entalpi pada variasi 1

2𝑙 rendaman air ……………………........ 45

Tabel 5.7 Memperlihatkan nilai Win, Qin, Qout, COP, dan Efisiensi pada

mesin pendingin yang diteliti dengan variasi tanpa rendaman

air ……………................................................................................. 48

Tabel 5.8 Memperlihatkan nilai Win, Qin, Qout, COP, dan Efisiensi pada

mesin pendingin yang diteliti dengan variasi 1

2𝑙 rendaman ............ 49


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 5.1 Contoh mesin pendingin showcase .............................................. 5

Gambar 2.2 Mesin pendingin ............................................... 6

Gambar 2.3 Refrigeran jenis R134a ................................................................ 7

Gambar 2.4 Kompresor Hermatik .................................................................... 9

Gambar 2.5 Evaporator .................................................................................... 10

Gambar 2.6 Kondensor U, dengan 10 U .......................................................... 11

Gambar 2.7 Filter ............................................................................................ 11

Gambar 2.8 Pipa Kapiler .................................................................................. 12

Gambar 2.9 Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap .......................... 13

Gambar 2.10 Diagram P-h .............................................................................. 14

Gambar 2.11 Diagram T-s ............................................................................... 15

Gambar 3.1 Kompresor .................................................................................... 21

Gambar 3.2 Kondensor .................................................................................... 22

Gambar 3.3 Pipa Kapiler .................................................................................. 23

Gambar 3.4 Evaporator plat ............................................................................. 23

Gambar 3.5 Filter ............................................................................................. 24

Gambar 3.6 Refrigeran R-134a ........................................................................ 24

Gambar 3.7 Tube cutter.................................................................................... 25

Gambar 3.8 Tube expander .............................................................................. 25

Gambar 3.9 Manifold gauge ........................................................................... 26


xv

Gambar 3.10 Alat las tembaga ......................................................................... 26

Gambar 3.11 Bahan las .................................................................................... 27

Gambar 3.12 Pompa vakum ............................................................................. 27

Gambar 3.13 Bak tampung .................................................. 28

Gambar 4.1 Skematik mesin pendingin ........................................................... 31

Gambar 4.2 Diagram alir pembuatan mesin pendingin .................................. 32

Gambar 4.3 Pressure gauge .............................................................................. 33

Gambar 4.4 P-H Diagram 134a ........................................................................ 34

Gambar 4.5 Botol minum ................................................................................. 35

Gambar 4.6 Roll kabel ..................................................................................... 35

Gambar 5.1 Proses siklus kompresi uap .......................................................... 41

Gambar 5.2 Grafik hubungan Win dengan waktu pad variasi tanpa rendaman

air ................................................................................................ 51

Gambar 5.3 Grafik hubungan Win dengan waktu variasi 1

2𝑙 rendaman air ..... 51

Gambar 5.4 Grafik hubungan Qin dengan waktu pada variasi tanpa

Rendaman .................................................................................... 52

Gambar 5.5 Grafik hubungan Qin dengan waktu variasi 1

2𝑙 rendaman air ...... 52

Gambar 5.6 Grafik hubungan Qout dengan waktu pada variasi tanpa rendaman

air ................................................................................................ 53

Gambar 5.7 Grafik hubungan Qout dengan waktu pada variasi 1

2𝑙 rendaman

air ................................................................................................ 53

Gambar 5.8 Hubungan COPideal dengan waktu pada variasi tanpa rendaman

air ................................................................................................ 54


xvi

Gambar 5.9 Hubungan COPideal dengan waktu pada variasi 1

2𝑙 rendaman

air ................................................................................................. 54

Gambar 5.10 Hubungan COPactual dengan waktu pada variasi tanpa rendaman

air ................................................................................................. 55

Gambar 5.11 Hubungan COPactual dengan wantu pada variasi 1

2𝑙 rendaman

air ................................................................................................. 55

Gambar 5.12 Hubungan efisiensi dengan waktu pada variasi tanpa rendaman

air ................................................................................................. 56

Gambar 5.13 Hubungan efisiensi dengan wantu pada variasi 1

2𝑙 air ............... 56


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Di dunia yang semakin modern dan cuaca yang semakin panas, kebutuhan

akan mesin pendingin semakin tinggi. Mesin pendingin yang berada di sekitar kita

merupakan mesin pendingin dengan siklus kompresi uap. Menurut fungsinya,

mesin pendingin berfungsi untuk membekukan, mendinginkan, dan ada yang ber-

fungsi untuk pengkondisian udara. Beberapa contoh mesin pendingin yang

digunakan untuk mendinginkan ataupu nuntuk membekukan adalah: showcase,

cold storage, freezer, kulkas, dan lain sebagainya. Sedangkan mesin pendingin

yang berfungsi untuk pengkondisian udara adalah: AC, water chiller, air cooler dan

lain sebagainya.

Pada skripsi ini akan dibahas cara perakitan mesin pendingin dan karakter-

istik dari mesin pendingin yang dirakit. Mesin pendingin di pergunakan untuk

mendinginkan minuman kemasan seperti: soft drink, minuman kaleng, minuman

berenergi, dan juga dapat digunakan sebagai pengawet makanan, yang dapat kita

jumpai di tempat-tempat perbelanjaan, rumah sakit, stasiun, kantin sekolah, serta

tempat-tempat lain yang kebanyakan berada di tempat yang ramai yang dikunjungi

banyak orang. Di belakang mesin pendingin biasanya terdapat bak penampungan

air sisa siklus pendinginan mesin pendingin yang terkadang harus kita buang airnya

setiap kali penuh


2

Dengan latar belakang tersebut, penulis berkeinginan untuk mempelajari,

memahami, serta mengetahui pengaruh dari perendaman pipa kondenser pada bak

air tersebut terhadap unjuk kerja dari mesin pendingin serta membantu mengurangi

air tersebut dengan menggunakan panas dari pipa kondenser. Cara yang dilakukan

adalah merakit serta meneliti mesin pendingin yang dirakit dengan ditambahkan

lilitan pada sebagian pipa kondenser untuk mengetahui apakah ada pengaruhnya

atau tidak terhadap unjuk kerja dan efisiensi mesin pendingin tersebut.

1.2. Rumusan Masalah

Perendaman pada sebagian pipa kondensor apakah mempengaruhi efisiensi

dan COP dari mesin pendingin tersebut.

1.3. Tujuan

Tujuan pengujian mesin pendingin adalah:

a. Merakit mesin pendingin dengan siklus kompresi uap yang digunakan untuk

mendinginkan minuman.

b. Mengetahui karakteristik mesin pendingin yang dibuat:

- Menghitung kalor yang dihisap evaporator (Qin)

- Menghitung kalor yang dilepaskan kondensor (Qout)

- Menghitung kerja kompresor (Win)

- Menghitung COPactual dan COPideal

- Menghitung efisiensi

c. Mengetahui pengaruh perendaman pada sebagian pipa kondensor dengan

menggunakan air terhadap COP dan efisiensi mesin pendingin.


3

1.4. BatasanMasalah

Batasan-batasan dalam pembuatan mesin pendingin ini adalah:

a. Daya kompresor yang dipergunakan sebesar 1/8 PK.

b. Refrigeran yang digunakan pada mesin pendingin adalah R134a.

c. Panjang pipa kapiler yang digunakan sepanjang 1 m, diameter 0,026 inchi,

dan bahan terbuat dari tembaga.

d. Kondensor yang digunakan U7

e. Evaporator yang dipergunakan evaporator plat dengan panjang 42 cm dan

lebar 30 cm.

f. Menggunakan tambahan komponen yaitu filter dan bak tampung air

bervolume 1,5 liter.

g. Ukuran ruang pendingin 20 cm x 33 cm x 45 cm

h. Menggunakan variasi pipa kondenser tidak terendam, ½ terendam air.

1.5. Manfaat

Manfaat yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan pada mesin pend-

ingin ini adalah:

a. Dapat menjadi referensi bagi peneliti lain yang akan melakukan penelitian

tentang mesin pendingin.

b. Dapat memberikan gagasan bagi pengembangan ilmu pengetahuan tentang

penukar kalor khususnya tentang mesin pendingin.


4

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk mendinginkan atau

peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas dari suatu tempat yang mem-

iliki temperatur rendah ke temperatur yang lebih tinggi. Mesin pendingin yang ban-

yak digunakan umumnya menggunakan siklus kompresi uap. Siklus kompresi uap

terdiri dari beberapa proses, yaitu proses kompresi, proses kondensasi, proses

penurunan tekanan (proses isentalpi), dan proses penguapan.

Dalam mesin pendingin tentu memerlukan beberapa komponen penting

agar mesin pendingin tersebut dapat bekerja, antara lain: kompresor, kondensor,

evaporator, pipa kapiler / katup ekspansi, filter, dan refrigeran. Proses pendinginan

dalam mesin pendingin terdapat beberapa langkah. Yang pertama dimulai dari kom-

presor. Dengan adanya aliran listrik, motor kompresor akan bekerja mengisap gas

refrigeran yang bersuhu dan bertekanan rendah dari saluran hisap. Kemudian kom-

presor memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap/gas bertekanan tinggi

dan bersuhu tinggi, gas kemudian memasuki kondensor. Gas bertekanan tinggi ter-

sebut di dalam kondensor akan didinginkan oleh udara di luar mesin pendingin.

Kalor berpindah dari kondensor ke udara sekelilingnya sehingga suhunya turun

mencapai suhu kondensasi (pengembunan) dan wujudnya berubah menjadi cair.

Refrigeran yang bertekanan tinggi ini selanjutnya mengalir kedalam filter

(strainer). Refrigeran kemudian memasuki pipa kapiler yang berdiameter kecil dan


5

panjang sehingga tekanannya akan turun. Dari pipa kapiler refrigerant yang sudah

bertekanan rendah ini kemudian memasuki ruang evaporator.Di dalam evaporator,

refrigerant berubah wujud dari cair menjadi gas (mendidih). Proses pendidihan

dapat berlangsung karena evaporator mengambil kalor dari lingkungan di sekeliling

evaporator, sehingga ruangan di sekitar evaporator menjadi dingin. Setelah men-

didih dan berubah menjadi gas, refrigeran kembali dihisap oleh kompresor dan si-

klus berulang kembali dari awal.

2.2. Mesin pendingin

2.2.1 Bagian Utama Mesin Pendingin

Showcase yaitu suatu mesin pendingin yang dipergunakan untuk mend-

inginkan minuman kemasan seperti: soft drink, minuman kaleng, minuman beren-

ergi, yang dapat dijumpai di tempat-tempat perbelanjaan, rumah sakit, stasiun,

kantin sekolah, serta tempat-tempat lain yang berada di tempat yang ramai yang

dikunjungi banyak orang. Gambar 2.1 memperlihatkan contoh dari mesin pendingin

showcase.


6

Gambar 2.2 Mesin pendingin

Showcase tersusun atas beberapa komponen utama: refrigeran, kompresor, evapo-

rator, kondensor, filter, dan pipa kapiler.

a. Bahan Mesin Pendingin (Refrigeran)

Fluida kerja yang dipergunakan dalam mesin pendingin disebut refrig-

eran.Refrigeran adalah suatu zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi

cair atau sebaliknya. Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan

suatu bahan pendingin atau refrigeran yang digunakan untuk mengambil panas dari

evaporator dan membuangnya dalam kondensor.

Terdapat berbagai jenis refrigeran yang dapat digunakan dalam sistem kom-

presi uap.Suhu kerja evaporator dan kondensor menentukan dalam pemilihan re-

frigeran. Refrigeran yang umum digunakan pada mesin pendingin termasuk

kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons. Pada penelitian ini refrigeran yang

kondensor

evaporator

kompresor

filter

pipa ka-

piler

fan


7

digunakan adalah jenis R134a. Beberapa syarat dari bahan pendingin yang dapat

dipergunakan untuk keperluan proses pendinginan antara lain:

1. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan.

2. Ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon

3. Umur hidup di udara pendek

4. Tidak memberikan efek pemanasan global.

5. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak

pelumas dan sebagainya.

6. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem

pendingin.

7. Bila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat–alat yang sederhana

maupun dengan alat detektor kobocoran.

8. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.

9. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

Gambar 2.3 Refrigeran jenis R134a


8

b. Kompresor

Kompresor adalah suatu alat yang berfungsi untuk menaikkan tekanan.Se-

bagai akibat kenaikan tekanan, suhu refrigeran juga ikut naik.Kompresor yang ser-

ing dipakai pada mesin pendingin adalah jenis kompresor Hermatik (Hermatic

Compressor). Kompresor ini digerakan langsung oleh motor listrik dengan kompo-

nen mekanik dan berada dalam satu wadah tertutup. Kompresor hermatik dapat

bekerja dengan prinsip reciprocating maupun rotary, posisi porosnya bisa vertikal

maupun horizontal. Faktor lain penggunaan kompresor hermatik ini pada mesin

pendingin adalah motor dapat bekerja pada keadaan yang bersih, karena dalam satu

wadah yang tertutup tidak ada debu atau kotoran yang dapat memasukinya.Dalam

penggunaan kompresor hermatik ada beberapa keuntugan dan kerugian, yang di-

milikinya.

1. Keuntungan :

a. Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran bahan

refrijerasi.

b. Bentuknya kecil dan harganya murah.

c. Tidak memakai penggerak dari luar sehingga suaranya lebih tenang dan get-

arannya kecil.

2. Kerugian :

a. Bagian yang rusak di dalam rumah kompresor tidak dapat diperbaiki sebe-

lum rumah kompresor dipotong.

b. Minyak pelumas didalam kompresor hermatik susah diperiksa.


9

Gambar 2.4 Kompresor Hermatik

c. Evaporator

Evaporator merupakan salah satu komponen utama dari sistem pendinginan,

yang di dalamnya mengalir suatu cairan refrigeran yang berfungsi sebagai penyerap

panas dari produk yang didinginkan dengan cara merubah fase dari cair menjadi

gas. Proses penguapan memerlukan panas, panas diambil dari lingkungan sekitar

evaporator (air atau bahan makanan/minuman yang akan didinginkan di sekitar

evaporator). Evaporator jenis plate dan jenis pipa bersirip yang sering dipakai untuk

proses pendinginan makanan ataupun minuman. Bahan pipa evaporator yang ter-

baik adalah logam, karena logam berfungsi sebagai konduktor.Namun kebanyakan

terbuat dari bahan tembaga atau alumunium.Tembaga dan kuningan dapat

digunakan untuk semua refrijeran keculi ammonia. Tembaga akan larut oleh am-

monia murni, alumunium dan magnesium akan berkarat dengan cepat jika

digunakan untuk methyl-klorida jika didalamnya terdapat uap air. Jenis evaporator


10

yang banyak digunakan pada mesin pendingin adalah jenis pipa dengan plat datar

atau plate, pipa-pipa,dan pipa dengan sirip-sirip.

Gambar 2.5 Evaporator

d. Kondensor

Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk menurunkan suhu dan

merubah fase refrigeran dari fase gas menjadi cair.Pada saat terjadinya penurunan

suhu dan perubahan fase, panas dikeluarkan kondensor ke udara melalui rusuk-

rusuk kondensor. Sebagai akibat dari kehilangan panas, kondisi refrigeran berubah

dari gas panas lanjut ke gas jenuh dan kemudian berubah fase menjadi cair. Pada

saat perubahan dari gas panas lanjut ke gas jenuh, suhu refrigeran mengalami

penurunan dan pada saat perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh, suhu

refrigeran tetap. Proses perubahan kondisi yang berlangsung di kondensor berjalan

pada tekanan yang tetap.Kondensor yang umum digunakan pada mesin pendingin

kapasitas kecil, adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, dengan bentuk lintasan

U.


11

Gambar 2.6 Kondensor U, dengan 10 U

e. Filter

Filter (saringan) berguna untuk menyaring kotoran yang mungkin terbawa

aliran refrigeran selama bersirkulasi. Filter dipasang pada posisi sebelum pipa ka-

piler, diharapkan kotoran tidak masuk ke dalam pipa kapiler. Dengan kondisi yang

bersih, kemungkinan pipa kapiler tersumbat menjadi kecil. Sehingga tidak masuk

ke dalam kompresor dan pipa kapiler. Dengan bahan pendingin yang bersih me-

nyebabkan evaporator dapat menyerap kalor lebih maksimal. Bentuk filter berupa

tabung kecil dengan diameter antara 10-20mm, sedangkan panjangnya tak kurang

dari 8-15mm, di dalam tabung tersebut terdapat penyaring atau filter.

Gambar 2.7 Filter


12

f. Pipa Kapiler

Pipa kapiler adalah yang berfungsi untuk menurunkan tekanan. Pipa kapiler

merupakan suatu pipa pada mesin pendingin dengan ukuran diameter berkisar an-

tara 0,026 atau 0,031 inci, yang dimaksudkan untuk menghasilkan drop tekanan

yang diinginkan.Beberapa keuntungan menggunakan pipa kapiler adalah harganya

yang murah dan mudah dicari serta pada saat mulai beroperasi kompresor dapat

bekerja lebih ringan karena momen torquenya (momen puntir) yang diperlukan

lebih kecil. Pada sistem yang menggunakan katup-katup lain, pada saat kompresor

akan mulai bekerja di dalam sistem telah ada perbedaan tekanan pada sisi tekanan

tinggi dan rendah, tapi dengan memakai pipa kapiler pada saat kompresor tidak

bekerja tekanan didalam sistem akan jadi sama karena pada pipa kapiler tidak ter-

dapat alat penutup apa-apa, dengan demikian kompresor dapat bekerja lebih ringan.

Gambar 2.8 Pipa Kapiler

2.2.2 Sistem Kompresi Uap Pada Mesin Pendingin

Sistem refrigerasi uap atau kompresi uap merupakan jenis mesin pendingin

yang sering digunakan saat ini. Mesin ini terdiri dari empat komponen utama yaitu

kompresor, kondensor, katup ekspansi atau pipa kapiler, evaporator, dan filter. Da-


13

lam siklus ini uaprefrigeran bertekanan rendah akan ditekan oleh kompresor men-

jadi bertekanan tinggi, dan kemudian uap refrigeranbertekanan tinggi diembunkan

menjadi cairan refrigeran bertekanan tinggi dalam kondensor. Kemudian cairan re-

frigeran bertekanan tinggi tersebuttekanannya diturunkan oleh katup ekspansi atau

pipa kapiler agar cairan refrigeran tekanan rendah tersebut dapat menguap kembali

dalam evaporator menjadi uap refrigeran tekanan rendah.

2.2.3 Siklus Kompresi Uap

Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap tersaji pada Gambar 2.8. Si-

kluskompresi uap pada diagram P-h tersaji pada Gambar 2.9, dan pada diagram T-

s tersaji pada Gambar 2.10.

Gambar 2.9 Skematik mesin pendingin siklus kompresi uap

1

2 3

4

Sisi tekanan tinggi

Sisi tekanan rendah

Saluran hisap

Uap

Uap Sisi tekan

Qin

Saluran ekspansi

Saluran cairan

Cairan


14

Keterangan:

a. Qin : kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran

b. Kompresor

c. Qout : kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran

d. Katup ekspansi atau pipa kapiler

e. Filter

Gambar 2.10 Diagram P-h

Win

Qin

Qout

P

h h3 = h4

h1 h

2

2 3

1

P2

P1 4


15

Gambar 2.11 Diagram T-s

Proses kompresi uap pada diagram P-h dan T-s meliputi proses: kompresi,

penurunan suhu dan pengembunan, proses penurunan tekanan dan proses pen-

guapan.

1. Proses (1-2) adalah proseskompresi yang berlangsung pada entropi yang

tetap (atau berlangsung pada proses isoentropi). Kondisi awal refrigeran

pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah

dikompresi refrigeran menjadi uap panas lanjut bertekanan tinggi.

2. Proses (2-2a) merupakan penurunan suhu (desuperheating). Proses ini ber-

langsung sebelum memasuki kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan

bertemperatur tinggi keluar dari kompresor dan membuang panas ke kon-

densor sehingga akan berubah fase dari gas panas lanjut menjadi cair.

3. Pada proses (2a-3a) merupakan proses pembuangan kalor ke lingkungan

sekitar kondensor pada suhu yang tetap. Di kondensor terjadi pertukaran

kalor antara refrigeran dengan udara, kalor berpindah dari refrigeran ke

Qi

n

Qout

Win

s

T

1a

1

2a

2

4

3

3a


16

udara yang ada di sekitar kondensor sehingga refrigeran mengembuan men-

jadi cair. Di kondensor terjadi isobar (tekanan sama) dan isothermal (suhu

sama).

4. Pada proses (3a-3) merupakan proses pendinginan lanjut. Terjadi pelepasan

kalor yang lebih besar dari pada yang dibutuhkan pada proses kondensasi,

sehingga suhu refrigeran cair yang keluar dari kondensor lebih rendah dari

suhu pengembunan dan berada pada keadaan cair yang sangat dingin.

5. Proses (3-4) merupakan proses penurunan tekanan berlangsung pada entalpi

yang tetap. Kondisi refrigeran berubah bentuk dari fase cair menjadi fase

campuran antara cair dan gas. Akibat penurunan tekanan, suhu refrigeran

juga mengalami proses penurunan.

6. Proses (4-1a) merupakan proses penguapan. Pada proses ini terjadi peru-

bahan fase dari cair menjadi gas. Kalor yang dipergunakan untuk merubah

fase diambil dari lingkungan sekitar evaporator. Proses berjalan pada

tekanan yang tetap dan suhu yang sama. Suhu evaporator lebih rendah dari

suhu lingkungan di sekitar evaporator.

7. Proses (1a-1) merupakan proses pemanasan lanjut. Pada proses ini temper-

atur refrigeran mengalami panas yang berlebih (super heat). Walaupun tem-

peratur uap refrigeran naik, tetapi tekanan tidak berubah. Sebenarnya ada

perubahan sedikit, namun perubahan ini diabaikan pada sistem refrigerasi.


17

2.2.4 Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin

Dengan melihatsiklus kompresi uap pada diagram P-h yang tersaji pada

Gambar 2.9, maka dapat dihitung besarnya: (a) kerja kompresor per satuan massa

(b) kalor yang dilepas kondensor per satuan massa (c) kalor yang diserap evaporator

per satuan massa (d) COP mesin showcase, dan (e) efisiensi mesin showcase.

a. Kerja kompresor persatuan massa

Kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang diperlukan agar mesin

showcase dapat bekerja dapat dihitung dengan persamaan (2.1):

𝑊𝑖𝑛 = ℎ2 − ℎ1 (2.1)

pada persamaan (2.1):

𝑊𝑖𝑛 : kerja yang dilakukan kompresor, (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

ℎ2 : nilai enthalpi refrigeran keluar dari kompresor, (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

ℎ1 : nilai enthalpi refrigeran masuk ke kompresor, (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

b. Kalor yang dilepas oleh kondensor persatuan massa.

Besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihi-

tung dengan Persamaan (2.2):

𝑄𝑜𝑢𝑡 = ℎ2 − ℎ3 (2.2)

pada persamaan (2.2):

𝑄𝑜𝑢𝑡 : energi kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran,

(𝑘𝐽/𝑘𝑔)


18

ℎ2 : nilai enthalpi refrigeran masuk ke kondensor, (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

ℎ3 : nilai enthalpi refrigeran keluar dari kondensor, (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

c. Kalor yang diserap evaporator persatuan massa.

Besar kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihi-

tung dengan Persamaan (2.3):

𝑄𝑖𝑛 = ℎ1 − ℎ4 = ℎ1 − ℎ3 (2.3)

pada Persamaan (2.3):

𝑄𝑖𝑛 : energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran,

(𝑘𝐽/𝑘𝑔)

ℎ1 : nilai enthalpi refrigeran keluar evaporator (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

ℎ4 : nilai enthalpirefrigeran masuk evaporator (𝑘𝐽/𝑘𝑔)

d. COP aktual mesin pendingin.

COP aktual (Coefficient Of Performance) mesin pendingin adalah per-

bandingan antara kalor yang diserap evaporator dengan energi listrik yang diper-

lukan untuk menggerakkan kompresor. Nilai COP mesin pendingin dapat dihitung

dengan Persamaan (2.4):

𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑄𝑖𝑛

𝑊𝑖𝑛=

(ℎ1 − ℎ4)

(ℎ2 − ℎ1)

(2.4)

pada Persamaan (2.4):

𝑄𝑖𝑛 : kalor yang diserap evaporator persatuan massa


19

𝑊𝑖𝑛 : kerja yang dilakukan kompresor

e. COP ideal mesin pendingin

COP ideal merupakan COP maksimal yang dapat dicapai mesin pendingin,

dapat dihitung denganPersamaan (2.5):

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =𝑇𝑒

𝑇𝑐 − 𝑇𝑒

(2.5)

pada Persamaan (2.5) :

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 : koefisien prestasi maksimum showcase

𝑇𝑒 : suhu evaporator, 𝐾

𝑇𝑐 : suhu kondensor, 𝐾

f. Efisiensi mesin pendingin

Efisiensi mesin pendingin yang dinotasikan dengan η dapat dihitung

menggunakan persamaan (2.6):

η =𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

(2.6)

2.3. Tinjauan Pustaka

Siti Fatimah (2008) telah melakukan penelitian tentang elevasi aliran air

pendingin pada kondensor dengan pendingin air sistem menara dan filling, dengan

mengubah filling alumunium menjadi tembaga dan variasi aliran air pendingin 1m,


20

1.5m, 2m, 2.5m, 3m, bertujuan untuk meningkatkan COP dari mesin yang diteliti

tersebut. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan COP tertinggi ada pada aliran air

pendingin 3m.

Perdana G.R (2014) telah melakukan penelitian tentang pengaruh

penggunaan water cooled condenser terhadap prestasi kerja mesin pendingin

menggunakan refrigeran LPG. Penelitian tersebut bertujuan mempercepat

perpindahan panas dan meningkatkan COP mesin pendingin tersebut. Dari hasil

penelitian tersebut didapatkan nilai COP sebesar 15,31 dengan debit aliran air 73,33

ml/detik.


21

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1. Persiapan Alat

3.1.1 Komponen Utama Mesin Pendingin

a. Kompresor

Kompresor memiliki fungsi untuk memberi tekanan pada cairan refrigeran

sehingga suhu refrigeran juga ikut naik. Kompresor dengan jenis ini bisa didapat di

pasaran. Gambar 3.1 merupakan kompresor yang digunakan pada mesin penulis:

Jenis kompresor : hermetik

Voltase : 220V

Daya Kompresor : 0,8 PK

Gambar 3.1 Kompresor

b. Kondensor

Kondesor merupakan alat untuk mengubah fase refrigeran dari fase gas ke

cair, kondensor yang digunakan pada alat ini adalah kondensor berbentuk U dan

terdapat 7 lilitan pada pipa keluar dari kompresor menuju kondensor untuk bagian

memanaskan air pada tampungan air 0.


22

Gambar 3.2 merupakan kondensor yang digunakan pada mesin penulis:

Panjang pipa : 8 m

Diameter pipa : 0,47 cm

Bahan pipa : Besi & Tembaga

Bahan sirip : Baja

Diameter sirip : 2 mm

Jumlah sirip : 120 buah

Jumlah U : 7

Gambar 3.2 kondensor

c. Pipa Kapiler

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran, dari yang

semula tekanannya tinggi menjadi bertekanan rendah. Penurunan tekanan terjadi

karena diameter dari pipa kapiler kecil. Gambar 3.3 merupakan gambar pipa kapiler

pada mesin penulis:


23

Panjang pipa kapiler : 1 m

Diameter pipa kapiler : 0,026 inchi

Bahan pipa kapiler : Tembaga

Gambar 3.3 Pipa kapiler

d. Evaporator

Evaporator digunakan untuk menguapkan refrigeran, yaitu merubah fase

cair refrigeran menjadi gas dengan menyerap kalor yang diambil dari lingkungan

evaporator tersebut. Gambar 3.4 merupakan evaporator yang penulis pakai, yaitu

evaporator jenis plat.

Gambar 3.4 Evaporator plat


24

e. Filter

Filter merupakan alat untuk menyaring kotoran yang terdapat dalam cairan

refrigeran agar tidak terjadi penyumbatan dalam pipa kapiler.

Gambar 3.5 Filter

f. Refrigeran

Refrigeran merupakan gas sebagai bahan pendingin. Pada mesin ini,

refrigeran yang dipakai adalah jenis R-134a (Gambar 3.6).

Gambar 3.6 Refrigeran R-134a


25

3.1.2 Peralatan Pendukung Perakitan Mesin Pendingin

a. Tube cutter

Alat untuk memotong pipa tembaga. Hasil potongan menggunakan tube cut-

ter akan lebih bersih, rapi dan lebih cepat dibandingkan menggunakan gergaji.

Gambar 3.7 Tube cutter

b. Tube expander

Alat untuk melebarkan atau mengembangkan pipa tembaga agar dapat

disambungkan dengan pipa lain. Ukuran diameter dari alat ini sangat bervariasi ter-

gantung dari kebutuhan.

Gambar 3.8 Tube expander


26

c. Manifold gauge

Manifold gauge merupakan alat yang berfungsi untuk mengukur tekanan

refrigeran dalam siklus pendinginan, baik saat pengisian refrigeran atau saat mesin

pendingin beroperasi. Pengukuran tekanan dalam manifold gauge adalah

pengukuran tekanan evaporator atau tekanan hisap kompresor, dan tekanan

kondesor atau tekanan keluar kompresor.

Gambar 3.9 Manifold gauge

d. Alat las tembaga

Alat yang digunakan dalam proses pengelasan, dan dapat juga digunakan

untuk menambal, menyambung, atau melepaskan sambungan pipa tembaga pada

mesin pendingin.

Gambar 3.10 Alat las tembaga


27

e. Bahan Las

Bahan las digunakan untuk melakukan penyambungan pipa kapiler, bahan

yang dipakai perak tembaga dan borak.

Gambar 3.11 Bahan las

f. Pompa vakum

Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigeran dalam sistem

pendinginan. Hal ini dilakukan.

Gambar 3.12 Pompa vakum


28

g. Bak tampung

Bak tampung ini berguna sebagai simulasi tempat tampungan tetesan air

dari sirkulasi sistem pendinginan pada mesin pendingin ini.

Gambar 3.13 Bak tampung

h. Ulir pipa kondensor

Ulir pada pipa kondensor berfungsi sebagai pemanas tetesan air yang berada

dalam bak tampungan.

3.2. Perakitan Mesin Pendingin

3.2.1 Proses Perakitan Mesin Pendingin

Langkah – langkah yang dilakukan dalam pembuatan mesin pendingin

yaitu:

1. Mempersiapkan semua komponen utama mesin pendingin seperti kompresor,

kondensor, filter, pipa kapiler, evaporator, refrigeran R-134a, dan komponen

pendukungnya seperti alat potong pipa, alat pembengkok pipa, pompa vakum,

alat las, manifold gauge, dan alat – alat lain yang digunakan dalam pembuatan

mesin pendingin.


29

2. Pembuatan rangka mesin pendingin memerlukan alat pemotong alumunium

untuk memotong alumunium sesuai ukuran yang telah ditentukan, dan paku

keling untuk menyambungkan potongan alumunium sehingga menjadi sebuah

kerangka.

3. Proses penyambungan antara kompresor dengan kondensor menggunakan las,

dalam proses ini diperlukan pipa tembaga sebagai penghubung kompresor

dengan kondensor. Dalam penyambungan terdapat perbedaan material yang

akan disambung, pipa output kompresor terbuat dari besi sedangkan pipa

penghubung dari tembaga. Sehingga dalam proses ini membutuhkan bahan

bantuan yaitu borak yang berfungsi sebagai bahan tambahan dalam proses

pengelasan karena perbedaan karakteristik material serta mencegah terjadinya

kebocoran dalam sambungan dan agar tersambung dengan baik. Bahan yang

digunakan pada proses pengelasan ini menggunakan perak dan kuningan.

4. Proses pengelasan antara kondenser dengan input filter diperlukan pipa

tembaga sebagai penghubung antara pipa output kondenser dengan pipa input

filter. Proses penyambungan menggunakan las dengan bahan perak dan

kuningan. Diperlukan borak untuk perekat dalam proses pengelasan karena

perbedaan material antara kondenser dengan filter. Alat bantu yang diperlukan

adalah tang untuk menahan pipa tembaga saat proses penyambungan.

5. Proses pengelasan antara filter dengan pipa kapiler adalah untuk menyambung

output filter dengan pipa kapiler. Proses penyambungan menggunakan bahan

perak dan kuningan. Tang digunakan untuk penahan saat proses pengelasan

tersebut.


30

6. Proses penyambungan antara pipa kapiler dengan evaporator. Penyambungan

dengan las dilakukan untuk menyambung output pipa kapiler dengan input

evaporator, dengan menggunakan bahan perak dan tembaga. Tang digunakan

sebagai alat bantu untuk penahan saat pengelasan serta memipihkan diameter

pipa input evaporator supaya output pipa kapiler tersambung dengan baik.

7. Proses penyambungan evaporator dengan kompresor dibutuhkan pipa tembaga

sebagai penghubung evaporator dengan kompresor. Proses penyambungan las

dengan bahan kuningan dan perak.

8. Proses pengisian metil berfungsi untuk membersihkan saluran – saluran pipa

pada mesin pendingin yang sudah jadi dan juga sebagai proses pengecekan

kebocoran pada mesin pendingin.

9. Proses pemvakuman mesin pendingin menggunakan pompa vakum untuk

mengeluarkan udara – udara yang masih terjebak dalam saluran pipa mesin

pendingin agar nantinya proses siklus dalam mesin pendingin berjalan dengan

baik.

10. Proses pengisian refrigeran R-134a sebagai fluida kerja mesin pendingin.

Tekanan refrigeran yang dimasukkan dalam siklus mesin pendingin harus

sesuai dengan standar kerja mesin pendingin agar bekerja dengan baik.

11. Proses uji coba mesin pendingin setelah semua alat terpasang dengan baik,

hubungan kabel kompresor ke aliran listrik yang stabil, maka kompresor akan

menyala dan memompakan refrigeran ke seluruh komponen mesin pendingin

secara konstan atau stabil.


31

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1. Mesin pendingin yang diteliti

Mesin pendingin yang diteliti ini menggunakan sistem kompresi uap yang

dirangkai dengan komponen yang didapat dari pasaran. Pendinginan pada mesin

pendingin ini dilakukan dengan cara kontak langsung dengan evaporator.

Gambar 4.1 Skematik mesin pendingin


32

Diagram alir berikut menunjukan tahap pembuatan dan pengolahan mesin

pendingin:

Gambar 4.2 Diagram alir pembuatan mesin pendingin

4.2. Alat bantu penelitian

Dalam penilitian mesin pendingin ini memerlukan alat-alat yang di-

pergunakan untuk membantu dalam pengambilan data. Alat-alat bantu tersebut ada-

lah:


33

a. Pressure gauge (pengukur tekanan)

Alat ini digunakan untuk mengetahui nilai dari tekanan refrigeran. Alat ini

mempunyai dua warna, warna merah untuk menunjukan tekanan tinggi sedangkan

warna biru untuk menunjukan tekanan rendah.

Gambar 4.3 Pressure gauge

b. P-H Diagram

Mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap dari mesin

pendingin. Dengan diagram ini dapat mengetahui nilai entalpi dari setiap titik, suhu

evaporator dan kondensor.


34

Gambar 4.4 P-H Diagram 134a

c. Botol minum

Botol minum ini berfungsi sebagai tempat air untuk beban dari penelitian

yang berisi 1 liter air.

Gambar 4.5 Botol minum


35

d. Roll kabel

Karena terbatasnya panjang kabel dari mesin pendingin maka dibutuhkan

roll kabel untuk menyambungkan ke daya listrik.

Gambar 4.6 Roll kabel

4.3. Variasi penelitian

Variasi penelitian yang digunakan adalah jumlah air yang merendam seba-

gian dari kondensor sebagai simulasi tampungan air pada mesin pendingin.

Penelitian pertama menggunakan beban 1 liter air tanpa menggunakan rendaman

air diuji selama 5 jam. Penelitian kedua menggunakan 1 liter air dan 1

2 liter ren-

daman air pada sebagian kondensor.

4.4. Langkah-langkah pengambilan data

Cara mendapatkan data adalah melalui proses berikut:

a. Mengecek pada semua bagian mesin pendingin dan memastikan tidak ada

kebocoran dan kerusakan pada setiap komponen.


36

b. Mempersiapkan botol minum yang di pakai untuk tempat air sebagai

beban pendinginan dan mengisinya dengan 1 liter air.

c. Menghidupkan mesin pendingin.

d. Melakukan pengambilan data nilai tekanan tinggi dan tekanan rendah yang

dapat dilihat pada pressure gauge.Proses pengambilan data diukur setiap

15 menit dan belangsung selama 5 jam.

4.5. Cara mengolah data dan pembahasan

Berdasarkan data yang telah didapat (P1, P2), maka data tersebut dapat

digunakan untuk menentukan Te dan Tc dengan cara mengkonversi data P1 dan P2

ke satuan MPa dan memasukan data tersebut ke dalam P-h diagram. Dari data (P1,

P2, Tc, Te) dapat digambar siklus kompresi uap pada P-h diagram dan dapat di-

peroleh nilai entalpi (h1, h2, h3, h4). Nilai entalpi tersebut digunakan untuk menge-

tahui karakteristik mesin pendingin dengan cara menghitung kalor yang dilepas

oleh kondensor (Qout), kalor yang diserap oleh evaporator (Qin), kerja kompresor

(Win), COPideal, COPaktual dan efisiensi dari mesin pendingi. Pengolahan data

dilakukan dengan memperhatikan tujuan dari penelitian.

4.6. Cara mendapatkan kesimpulan

Kesimpulan diperoleh dari hasil dari pengolahan data dan hasil pembaha-

san. Kesimpulan dapat menjawab tujuan penelitian.


38

BAB V

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

5.1. Data Penelitian

a. Nilai Tekanan

Hasil penelitian untuk nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi tanpa ren-

daman pada sebagian kondensor data ini didapat dengan pengujian selama 5 jam

disajikan table 5.1.

Tabel 5.1 nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi pada satuan psi dan MPa

dengan variasi tanpa rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Tekanan

(psi)

Tekanan

(Mpa)

P1

P2

P1

P2

1 15 7 165 0,149 1,238

2 30 6 160 0,142 1,204

3 45 7 155 0,149 1,170

4 60 7 165 0,149 1,238

5 75 7 155 0,149 1,170

6 90 6 160 0,142 1,204

7 105 6 160 0,142 1,204

8 120 6 165 0,142 1,238

9 135 6 165 0,142 1,238

10 150 7.5 160 0,153 1,204

11 165 7 170 0,149 1,273

12 180 7.5 160 0,153 1,204

13 195 7 160 0,149 1,204

14 210 7 165 0,149 1,238

15 225 7 160 0,149 1,204

16 240 7 155 0,149 1,170

17 255 7 155 0,149 1,170

18 270 7,5 160 0,153 1,204

19 285 7,5 160 0,153 1,204

20 300 7 155 0,149 1,170


39

Hasil penelitian untuk nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi dengan ren-

daman air 1

2𝑙 pada sebagian kondensor data ini didapat dengan pengujian selama 5

jam disajikan table 5.2.

Tabel 5.2 nilai tekanan rendah dan tekanan tinggi pada satuan psi dan MPa

dengan variasi 1

2𝑙 rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Tekanan

(psi)

Tekanan

(MPa)

P1

P2

P1

P2

1 15 7 195 0,149 1,445

2 30 9 205 0,163 1,514

3 45 10 210 0,170 1,549

4 60 10 215 0,170 1,583

5 75 10 220 0,170 1,618

6 90 10 220 0,170 1,618

7 105 10 215 0,170 1,583

8 120 10 210 0,170 1,549

9 135 10 205 0,170 1,514

10 150 9 195 0,163 1,445

11 165 9 200 0,163 1,480

12 180 9 200 0,163 1,480

13 195 8,5 200 0,159 1,480

14 210 8 200 0,156 1,480

15 225 8 200 0,156 1,480

16 240 8,5 195 0,159 1,445

17 255 9 195 0,163 1,445

18 270 9 195 0,163 1,445

19 285 9 195 0,163 1,445

20 300 9 200 0,163 1,480

Data pada tabel 5.1 dan 5.2 digunakan untuk mencari nilai suhu evaporator

(Te) dan suhu kondensor (Tc) dengan cara tekanan rendah (P1) dan tekanan tinggi


40

(P2) ditambah 14.7 dan dikonversikan ke Mpa.Setelah dikonversi digambarkan

pada P-h diagram maka akan mendapat nilai Te dan Tc dan dapat digunakan untuk

mencari nilai entalpi (h1, h2, h3, h4) dengan cara memasukan nilai Te dan Tc pada P-

h diagram.

Gambar 5.1 Proses Siklus Kompresi Uap

b. Nilai suhu kerja evaporator dan kondensor

Tabel 5.3 nilai Te dan Tc pada variasi tanpa rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Suhu (oC) Suhu (oK)

Te Tc Te Tc

1 15 -18 44 255,15 317,15

2 30 -19 42,5 254,15 315,65

3 45 -18 41 255,15 314,15

4 60 -18 44 255,15 317,15

5 75 -18 41 255,15 314,15

6 90 -19 42,5 254,15 315,65

7 105 -19 42,5 254,15 315,65

8 120 -19 44 254,15 317,15

9 135 -19 44 254,15 317,15

10 150 -17 42,5 256,15 315,65

Win

Qin

Qout

P

h h3 = h4

h1 h2

2 3

1

P2

P1 4


41

NO

Waktu

t

(menit)

Suhu (oC) Suhu (oK)

Te Tc Te Tc

11 165 -18 45 255,15 318,15

12 180 -17 42,5 256,15 315,65

13 195 -18 42,5 255,15 315,65

14 210 -18 44 255,15 317,15

15 225 -18 42,5 255,15 315,65

16 240 -18 41 255,15 314,15

17 255 -18 41 255,15 314,15

18 270 -17 42,5 256,15 315,65

19 285 -17 42,5 256,15 315,65

20 300 -18 41 255,15 314,15

Tabel 5.4 nilai Te dan Tc pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Suhu (oC) Suhu (oK)

Te Tc Te Tc

1 15 -18 51 255,15 324,15

2 30 -16 54 257,15 327,15

3 45 -14 55,5 259,15 328,65

4 60 -14 56 259,15 329,15

5 75 -14 58 259,15 331,15

6 90 -14 58 259,15 331,15

7 105 -14 56 259,15 329,15

8 120 -14 55,5 259,15 328,65

9 135 -14 54 259,15 327,15

10 150 -16 51 257,15 324,15

11 165 -16 52 257,15 325,15

12 180 -16 52 257,15 325,15

13 195 -17,5 52 255,65 325,15

14 210 -17,5 52 255,65 325,15

15 225 -17,5 52 255,65 325,15

16 240 -17,5 51 255,65 324,15

17 255 -16 51 257,15 324,15

18 270 -16 51 257,15 324,15

19 285 -16 51 257,15 324,15

20 300 -16 52 257,15 325,15


42

c. Nilai Entalpi

Tabel 5.5 nilai entalpi pada variasi tanpa rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Entalpi (kJ/kg)

h1 h2 h3 h4

1 15 388,5 431 260 260

2 30 386,5 430 259 259

3 45 388 429 257 257

4 60 388 431 260 260

5 75 388 429 257 257

6 90 386,5 430 259 259

7 105 386,5 430 259 259

8 120 386,5 431 260 260

9 135 386,5 431 260 260

10 150 389 430 259 259

11 165 388 432 261 261

12 180 389 430 259 259

13 195 388 430 255 255

14 210 388 431 260 260

15 225 388 430 259 259

16 240 388 429 257 257

17 255 388 429 257 257

18 270 389 430 259 259

19 285 389 430 259 259

20 300 388 429 257 257

Tabel 5.6 nilai entalpi pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Entalpi (kJ/kg)

h1 h2 h3 h4

1 15 388,5 437.5 271 271

2 30 390,5 440 275 275

3 45 391,5 441,5 279 279

4 60 391,5 442 280 280

5 75 391,5 443 281 281

6 90 391,5 443 281 281

7 105 391,5 442 280 280

8 120 391,5 440 279 279

9 135 391,5 440 271 271

10 150 390,5 437,5 272 272


43

NO

Waktu

t

(menit)

Entalpi (kJ/kg)

h1 h2 h3 h4

11 165 390,5 439 272 272

12 180 390,5 439 272 272

13 195 389 439 272 272

14 210 389 439 272 272

15 225 389 439 272 272

16 240 389 437,5 271 271

17 255 390,5 437.5 271 271

18 270 390,5 437.5 271 271

19 285 390,5 437.5 271 271

20 300 390,5 439 272 272

5.2 Perhitungan

a. Menghitung energi yang diberikan kompresor

Kerja kompresor (Win) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(2.1) yaitu 𝑊𝑖𝑛 = ℎ2 − ℎ1. Berikut adalah contoh perhitungan 𝑊𝑖𝑛 yang diambil

dari tabel 5.7.

𝑊𝑖𝑛 = ℎ2 − ℎ1

= 436 − 390

= 46 𝑘𝐽/𝑘𝑔

b. Menghitung energi kalor persatuan massa refrigeran (Qin)

Menghitung energi kalor yang diserap evaporator dapat dihitung dengan

persamaan (2.3) yaitu 𝑄𝑖𝑛 = ℎ1 − ℎ4. Penghitungan untuk 𝑄𝑖𝑛 diambil dari nilai

entalpi yang disajikan pada Tabel 5.7.

𝑄𝑖𝑛 = ℎ1 − ℎ4

= 390 − 270

= 120 𝑘𝐽/𝐾𝑔


44

c. Menghitung energy kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)

Jumlah energi kalor yang dilepas oleh kondensor dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (2.2) yaitu 𝑄𝑜𝑢𝑡 = ℎ2 − ℎ3. Penghitungan untuk 𝑄𝑜𝑢𝑡 di-

ambil dari nilai entalpi yang disajikan pada Tabel 5.7.

𝑄𝑜𝑢𝑡 = ℎ2 − ℎ3

= 436 − 270

= 166 𝑘𝐽/𝐾𝑔

d. Koefisien prestasi ideal (COPideal)

Perhitungan koefisien prestasi ideal (COPideal) dapat dihitung menggunakan

persamaan (2.5) Te dan Tc menggunakan Tabel 5.5.

COPideal =Te

(Tc−Te) =

255.15

(323.15−255.15)

= 255.15

68

= 3,75

e. Koefisien prestasi aktual (COPaktual)

Perhitungan koefisien prestasi aktual (COPideal) dapat dihitung

menggunakan persamaan (2.4) dengan data entalpi Tabel 5.7.

COPaktual= Qin

Win =

(h1−h4)

(h2−h1)

= 120

46 =

(390−270)

(436−390)

= 2,61


45

f. Efisiensi mesin pendingin

Perhitungan efisiensi mesin pendingin dapat dihitung menggunakan persa-

maan (2.6).

Efisiensi = COPaktual

COPideal x 100%

= 2.61

3.75 x 100%

= 70 %

Tabel 5.7 memperlihatkan nilai Win, Qin, Qout, COP, dan Efisiensi pada mesin

pendingin yang diteliti dengan variasi tanpa rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Win

(kJ/Kg)

Qin

(kJ/Kg)

Qout

(kJ/Kg)

COP Efisiensi

(%) Ideal Aktual

1 15 42,5 128,5 171 4,115 3,023 73,470

2 30 43,5 127,5 171 4,132 2,931 70,926

3 45 41 131 172 4,324 3,195 73,882

4 60 43 128 171 4,115 2,976 72,333

5 75 41 131 172 4,324 3,195 73,882

6 90 43,5 127,5 171 4,132 2,931 70,926

7 105 43,5 127,5 171 4,132 2,931 70,926

8 120 44,5 126,5 171 4,034 2,842 70,466

9 135 44,5 126,5 171 4,034 2,842 70,466

10 150 41 130 171 4,305 3,170 73,651

11 165 44 127 171 4,050 2,886 71,268

12 180 41 130 171 4,305 3,170 73,651

13 195 42 133 171 4,217 3,071 72,828

14 210 43 128 171 4,115 2,976 72,333

15 225 42 129 171 4,217 3,071 72,828

16 240 41 131 172 4,324 3,195 73,882

17 255 41 131 172 4,324 3,195 73,882

18 270 41 130 171 4,305 3,170 73,651

19 285 41 130 171 4,305 3,170 73,651

20 300 41 131 172 4,324 3,195 73,882


46

Tabel 5.8 memperlihatkan n ilai Win, Qin, Qout, COP, dan Efisiensi pada mesin

pendingin yang diteliti dengan variasi 1

2𝑙 rendaman air

NO

Waktu

t

(menit)

Win

(kJ/Kg)

Qin

(kJ/Kg)

Qout

(kJ/Kg)

COP Efisiensi

(%) Ideal Aktual

1 15 49 117,5 166,5 3,697 2,397 64,847

2 30 49,5 115,5 165 3,673 2,333 63,516

3 45 50 112,5 162,5 3,728 2,250 60,341

4 60 50,5 111,5 162 3,702 2,207 59,638

5 75 51,5 110,5 162 3,599 2,145 59,612

6 90 51,5 110,5 162 3,599 2,145 59,612

7 105 50,5 111,5 162 3,702 2,207 59,638

8 120 48,5 112,5 161 3,728 2,319 62,207

9 135 48,5 115,5 169 3,811 2,484 65,193

10 150 47 118,5 165,5 3,838 2,521 65,691

11 165 48,5 118,5 167 3,781 2,443 64,609

12 180 48,5 118,5 167 3,781 2,443 64,609

13 195 50 117 167 3,678 2,340 63,614

14 210 50 117 167 3,678 2,340 63,614

15 225 50 117 167 3,678 2,340 63,614

16 240 48,5 118 166,5 3,732 2,432 65,190

17 255 47 119,5 166,5 3,838 2,542 66,245

18 270 47 119,5 166,5 3,838 2,542 66,245

19 285 47 119,5 166,5 3,838 2,542 66,245

20 300 48,5 118,5 167 3,781 2,443 64,609

5.3 Pembahasan

Mesin pendingin berhasil dirakit dan mampu bekerja mendinginkan beban

kerja dengan baik. Suhu kerja evaporator pada menit ke 300 untuk variasi tanpa

rendaman adalah -18oC dan untuk variasi 1

2𝑙 sebesar -16oC. Suhu kerja kondensor

pada menit ke 300 untuk variasi tanpa rendaman adalah 41oC dan untuk variasi 1

2𝑙

adalah 52oC. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dapat diperoleh grafik

hubungan Win, Qin, Qout, dan COP dari waktu ke waktu.


47

Gambar 5.2 Grafik hubungan Win dengan waktu pada variasi tanpa rendaman air

Gambar 5.3 Grafik hubungan Win dengan waktu pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

Persamaan berlaku untuk t dari 15 menit sampai dengan 300 menit. Kerja

kompresor terendah pada variasi tanpa rendaman air adalah 47 kJ/kg dan tertinggi

adalah 51.5 kJ/kg dan untuk rata-ratanya sebesar 49.075 kJ/kg, sedangkan untuk

20

30

40

50

60

70

80

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Win

(kJ

/kg)

Waktu,t (menit)

20

30

40

50

60

70

80

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Win

(kJ

/kg)

Waktu,t (menit)


48

variasi 1

2𝑙 rendaman air terendah adalah 30.5 tertinggi adalah 35.5 dan untuk rata-

ratanya sebesar 42.25 kJ/kg.

Gambar 5.4 Grafik hubungan Qin dengan waktu pada variasi tanpa rendaman

Gambar 5.5 Grafik hubungan Qin dengan waktu pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

Persamaan berlaku untuk t dari 15 menit sampai dengan 300 menit. Panas

yang diserap evaporator terendah pada variasi tanpa rendaman air adalah 110,5

100

110

120

130

140

150

160

170

180

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Qin

(kJ

/kg)

Waktu,t (menit)

100

110

120

130

140

150

160

170

180

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Qin

(kJ

/kg)

Waktu,t (menit)


49

kJ/kg dan nilai tertingginya adalah 119,5 kJ/kg dan rata-ratanya sebesar 115,95

kJ/kg, sedangan untuk variasi 1

2𝑙 rendaman air nilai terendahnya adalah 126,5 kJ/kg

dan nilai tertingginya adalah 133 kJ/kg dan rata-ratanya sebesar 129,2 kJ/kg.

Gambar 5.6 Grafik hubungan Qout dengan wantu pada variasi tanpa rendaman air

Gambar 5.7 Grafik hubungan Qout dengan wantu pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

Persamaan berlaku untuk t dari 15 menit sampai dengan 300 menit. Panas

yang dilepas kondensor terendah pada variasi tanpa rendaman air adalah 161 kJ/kg

130

140

150

160

170

180

190

200

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Qo

ut

(kJ/

kg)

Waktu,t (menit)

130

140

150

160

170

180

190

200

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Qo

ut

(kJ/

kg)

Waktu,t (menit)


50

dan nilai tertingginya adalah 169 kJ/kg dan rata-ratanya sebesar 165,27 kJ/kg, se-

dangan untuk variasi 1

2𝑙 rendaman air nilai terendahnya adalah 160,5 kJ/kg dan nilai

tertingginya adalah 164,5 kJ/kg dan rata-ratanya sebesar 161,4 kJ/kg.

Gambar 5.8 Hubungan COPideal dengan waktu pada variasi tanpa rendaman air

Gambar 5.9 Hubungan COPideal dengan waktu pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

Persamaan berlaku untuk t dari 15 menit sampai dengan 300 menit. COP

terendah pada variasi tanpa rendaman air adalah 3,599 dan nilai tertingginya adalah

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

CO

Pid

eal

Waktu, t (menit)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

CO

Pid

eal

Waktu, t (menit)


51

3,838 dan rata-ratanya sebesar 3,735, sedangan untuk variasi 1

2𝑙 rendaman air nilai

terendahnya adalah 3,764 dan nilai tertingginya adalah 4,295 dan rata-ratanya sebe-

sar 4,027.

Gambar 5.10 Hubungan COPactual dengan waktu pada variasi tanpa rendaman air

Gambar 5.11 Hubungan COPactual dengan wantu pada variasi 1

2𝑙 rendaman air

Persamaan berlaku untuk t dari 15 menit sampai dengan 300 menit. COPak-

tual terendah pada variasi tanpa rendaman air adalah 2,145 dan nilai tertingginya

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

CO

Pak

tual

Waktu, t (menit)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

CO

Pak

tual

Waktu, t (menit)


52

adalah 2,542 dan rata-ratanya sebesar 2,370, sedangan untuk variasi 1

2𝑙 rendaman

air nilai terendahnya adalah 4,034 dan nilai tertingginya adalah 4,324 dan rata-ra-

tanya sebesar 4,206.

Gambar 5.12 Hubungan efisiensi dengan waktu pada variasi tanpa rendaman air

Gambar 5.13 Hubungan efisiensi dengan wantu pada variasi 1

2𝑙 air

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Efis

ien

si (

%)

Waktu, t (menit)

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Efis

ien

si (

%)

Waktu, t (menit)


53

Persamaan berlaku untuk t dari 15 menit sampai dengan 300 menit. Efisiensi

terendah pada variasi tanpa rendaman air adalah 59,612 dan nilai tertingginya ada-

lah 66,245 dan rata-ratanya sebesar 63,44445 , sedangan untuk variasi 1

2𝑙 rendaman

air nilai terendahnya adalah 70,926 dan nilai tertingginya adalah 73,882 dan rata-

ratanya sebesar 72,6392.


58

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan

Mesin pendingin yang dirakit dapat bekerja dengan baik. Terdapat perbe-

daan COP dan efisiensi antara variasi tanpa rendaman air dan ½ rendaman air.

Pada kondisi pipa tanpa rendaman air diperoleh nilai:

a. Rata-rata suhu kerja evaporator (Te) sebesar -18,05 °C dan rata-rata suhu

kerja kondensor (Tc) sebesar 42,625 °C.

b. Rata-rata COPideal sebesar 4,027 dan rata-rata COPaktual sebesar 4,206.

c. Rata-rata efisiensi sebesar 72,639%.

Pada kondisi pipa ½ rendaman air diperoleh nilai:

a. Rata-rata suhu kerja evaporator (Te) sebesar -15,7°C dan rata-rata suhu

kerja kondensor (Tc) sebesar 53,25°C.

b. Rata-rata COPideal sebesar 3,735 dan rata-rata COPaktual sebesar 2.370.

c. Rata-rata efisiensi sebesar 63,444%.

6.2. Saran

Dinding mesin pendingin lebih baik terbuat dari bahan yang dapat menahan

dingin dari dalam ruang pendingin agar tidak keluar ke luar.

Saluran dari pipa kapiler ke evaporator lebih baik diberi isolator supaya

kinerja mesin pendingin optimal dan data yang dihasilkan lebih akurat.


59

DAFTAR PUSTAKA

Djojodiharjo, H. 1987. Termodinamika Teknik Aplikasi Dan Termodinamika

Statistik. Jakartaa: Gramedia

Handokod, K. 1981. Teknik Lemari Es. Jakarta: penerbit P.T. Ichtiar Baru

Kulshrestha

K, S. Buku Teks Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan Panas Terj. Budihardjo

dkk, Jakarta; 1989

Leo, L. P. 2013, Mesin Pendingin Air dengan siklus Kompresi Uap, Yogyakarta:

Universitas Sanata Dharma.

Sumanto, 2004. Dasar-dasar Mesin Pendingin, Yogyakarta: Andi Offset.

Willis, G,R, 2013, Prestasi Kerja Refrigeeran R22 dengan R134a pada Mesin Pend-

ingin. Jurnal Teknik Mesin


60

LAMPIRAN


61

Cara menentukan Te dan Tc pada menit pertama tanpa rendaman air


62

Cara menentukan Te dan Tc pada menit kedua tanpa rendaman air


63

Cara menentukan Te dan Tc pada menit ketiga tanpa rendaman air


64

Cara menentukan Te dan Tc pada menit pertama dengan ½ rendaman air


65

Cara menentukan Te dan Tc pada menit kedua dengan ½ rendaman air


66

Cara menentukan Te dan Tc pada menit ketiga dengan ½ rendaman air


67

Cara menentukan besar entalpi (h) menit pertama tanpa rendaman air


68

Cara menentukan besar entalpi (h) menit kedua tanpa rendaman air


69

Cara menentukan besar entalpi (h) menit ketiga tanpa rendaman air


70

Cara menentukan besar entalpi (h) menit pertama dengan ½ rendaman air


71

Cara menentukan besar entalpi (h) menit kedua dengan ½ rendaman air


72

Cara menentukan besar entalpi (h) menit ketiga dengan ½ rendaman air


PENGARUH RENDAMAN AIR PADA PIPA DI ANTARA …

Documents