pengaruh adanya kipas yang mengalirkan udara melintasi

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

313

Pengaruh Adanya Kipas yang Mengalirkan Udara MelintasiKondensor terhadap COP dan Efisiensi Mesin Pendingin

Showcase

Wibowo Kusbandono1, PK Purwadi2

T. Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma1,2

Yogyakarta, Indonesia, [email protected]

AbstactThe purpose of this study was to determine the effect of air flow through or across the condenser onthe characteristics of refrigeration showcase. Airflow across the condenser in this study carried out bya fan mounted near the condenser. Characteristics of refrigeration showcase examined includedCoefficien of Performance (COP) and efficiency. Research carried out on showcase refrigerationworks by using the vapor compression cycle. The vapor compression cycle, has major components: acompressor, evaporator, capillary tube and condenser. Another component is installed filter and toolcontrol temperature inside the cold room showcase. The compressor of the showcase that is used has apower of 1/6 PK, while the other main component size adjusts to the amount of power thecompressor. R134a refrigerants used are environmentally friendly. Variations of research conductedon the number of fans that works used in the condenser air stream which passes through: (a) withoutfan (b) 1 fan is working and (c) 2 fan is working. Fans cool air flow that is used each have the power:63 watts. Showcase space size: 170 cm x 55 cm x 40 cm. The cooling load in the form of 20 bottles ofwater by volume per 1 liter bottle of water. Research results: the flow of air passing through thecondenser effect on the value of the COP and engine efficiency showcase: (1) to the condenserwithout a fan, the COP value of 3.23 and an efficiency of 0.76 (2) to the condenser with 1 fan, COPvalue of 3.56 and an efficiency of 0.77 and (3) to the condenser with 2 fans, COP value of 3.80 and anefficiency of 0.81.

Keywords: showcase, vapor-compression, condenser, air-flow.

1. PendahuluanFungsi mesin pendingin showcase pada

umumnya adalah untuk mendinginkan minumankemasan agar orang yang meminum minumankemasan mendapatkan kesegaran pada saatminum dan terlepas dari rasa dahaganya. Meskidemikian ada juga mesin pendingin showcaseyang dipergunakan untuk mendinginkan bahanmakanan.

Minuman kemasan yang didinginkanshowcase harus mudah dan siap diminum, olehkarenanya kondisi minuman tidak boleh beku.Karena jika minuman menjadi beku, minumanmenjadi sulit untuk diminum. Pengkondisianudara di ruang showcase oleh udara dingin hasilpengkondisian evaporator umumnya tidakdirancang lebih rendah dari 0oC dan tidak lebihdari 12oC. Meski demikian suhu kerja evaporatorbukan berarti tidak boleh dirancang lebih rendahdari 0oC. Jika suhu kerja evaporator dirancanglebih rendah dari 0oC, hal tersebut dimaksudkanagar proses pendinginan udara di ruang showcasedapat berjalan dengan lebih cepat. Hanya sajaperlu ditambahkan peralatan kontrol suhu untukmenjaga agar suhu udara di dalam ruanganshowcase tidak mencapai suhu yang samadenganatau lebih rendah dari 0oC.

Penelitian ini merupakan penelitian dasartentang mesin pendingin showcase, bertujuanuntuk memperluas wawasan agar pemahamantentang karakteristik mesin pendingin khususnya

showcase dan mesin pendingin yang lain dapatdiperoleh ataupun diketahui.

Seperti seringkali terlihat di warung-warung, kadangkala mesin pendingin showcasediletakkan penjual di bagian luar dariwarungnya. Barangkali pemilik warung sengajameletakkan di luar, agar orang orang yang lewatmelihat dan mengetahui kalau warungnyamenjual minuman kemasan dingin. Sepertidiketahui pula, bahwa minuman kemasan yangdidinginkan di dalam ruangan showcase memangsengaja dirancang untuk dapat terlihat dari luar.Pintu showcase didesain terbuat dari bahantransparan. Bahan minuman yang berada didalam ruang showcase terlihat dengan mudahdari luar. Hal ini bertujuan agar pintu showcasetidak seringkali dibuka. Dengan terlihat dari luar,orang menjadi yakin bahwa minuman kemasanyang diinginkannya ada atau tidak berada didalam showcase. Jika pintu showcase tidaksering dibuka, maka beban-pendinginanshowcase tidak sering tergganggu. Karena ketikadibuka, udara luar dapat dengan mudah masuk keruang pendingin minuman dan menjadikan bebanpendinginan yang cukup besar. Hal ini tentu akanmembuat kebutuhan listrik menjadi besar.

Jika mesin pendingin showcase diletakkan diluar ruangan, maka bisa jadi proses perpindahankalor dari kondensor ke udara sekitar dapatberlangsung secara konveksi paksa. Karena diluar seringkali udara bergerak dengan cepat,terutama bila ada angin. Jika ada angin, maka


314

proses perpindahan kalor sudah tidak bisa lagidikatakan sebagai proses perpindahan kalorkonveksi bebas.

Berangkat dari persoalan ini, penulis tertarikuntuk mengetahui pengaruh aliran udara yangmelintasi kondensor terhadap karakteristik mesinpendingin showcase. Aliran udara padapenelitian, dilakukan kipas yang dipasang didekat kondensor.

2. Dasar Teori

Siklus Kompresi UapGambar 1 dan Gambar 2 menyajikan

skematik rangkaian komponen dari mesin yangbekerja dengan siklus kompresi uap danpenggambaran siklus kompresi uap pada diagramtekanan-enthalpi (diagram p-h) yangdipergunakan di dalam mesin showcase padapenelitian ini.

Komponen utama dari mesin kompresi uapmeliputi: kompresor, evaporator, kondensor danpipa kapiler, sedangkan komponen tambahanseperti: filter, kipas dan thermostate. Agar prosesdapat berjalan dengan lancar, pada sebelummasuk pipa kapiler, terdapat peralatan filter yangberfungsi untuk menyaring kotoran maupun uapair dari udara yang terjebak di dalam siklus.Fluida kerja yang dipergunakan pada sikluskompresi dikenal dengan sebutan refrigeran.Proses yang terjadi pada siklus kompresi uapmeliputi: proses kompresi isentropis (berlangsungdi dalam kompresor), desuperheating-kondensasi-subcooling (berlangsung setelah keluar kompresorsampai sebelum masuk pipa kapiler, denganmelalui kondensor), throttling (berlangsung didalam pipa kapiler), evaporasi dan superheating(berlangsung di evaporator sampai sebelummasuk kompresor).

Gambar 1. Rangkaian komponensiklus kompresi uap

Gambar 2. Siklus kompresi uappada P-h diagram

Pada siklus kompresi uap, evaporatorberfungsi untuk menyerap kalor dari udaralingkungannya. Kalor yang diserap olehevaporator (Qin) diambil dari udara ketika udaradilewatkan melintasi evaporator. Ketika udaradilewatkan evaporator, udara mengalami prosespendinginan. Di dalam siklus kompresi uap, kaloryang diambil evaporator dipergunakan untukmengubah wujud refrigeran dari wujud campurancair dan gas menjadi gas panas lanjut. Kondensordi dalam siklus kompresi uap berfungsi untukmelepas kalor ke udara yang melewatinya.Pelepasan kalor dari kondensor menyebabkanrefrigeran mengalami proses desuperheating,kondensasi dan pendinginan lanjut.

Mesin ShowcaseGambar 3 menyajikan skematik dari mesin

pengering baju sistem tertutup yang dipergunakandi dalam penelitian. Fluida kerja yangdipergunakan untuk proses pengeringan pakaianadalah udara, sedangkan fluida kerja yangdipergunakan di dalam mesin siklus kompresi uapadalah refrigeran dengan mempergunakan R134a.

Gambar 3. Skematik mesin showcase

kompresor

evaporator kondensor

pipakapiler


315

3. Metode PenelitianPenelitian dilakukan secara ekperimen yang

dilaksanakan di laboratorium. Mesin showcaseyang dipergunakan dalam penelian ini merupakanhasil rancangan dan rakitan sendiri, denganmempergunakan komponen-komponen mesinpendingin showcase standar yang ada di pasaran.

Objek PenelitianObjek dari penelitian ini adalah mesin

showcase dengan gambar skematik seperti tersajipada Gambar 3, dengan mesin yang bekerjadengan siklus kompresi uap seperti tersaji padaGambar 2 dan rangkaian komponen seperti tersajipada Gambar 1. Daya kompresor di setiap mesinkompresi uap 1/6 PK, berjenis rotari, komponenutama yang lain ukurannya menyesuaikan denganbesarnya daya kompresor. Refrigeran yangdipergunakan R134a yang ramah lingkungan.Pipa kapiler dari tembaga dengan diameter pipa0,030 inci. Komponen yang dipergunakanmerupakan komponen standar yang ada dipasaran. Kipas arus bolak balik untukmengalirkan udara memiliki daya sebesar 63watt/kipas. Beban pendinginan yang dipakaiadalah 20 botol berisi air, 1 liter/botol. Ukuranruang pendingin: panjang x lebar x tinggi = 170cm x 55 cm x 40 cm.

Alur PenelitianAlur peelitian disajikan pada Gambar 4.

Gambar 4. Alur penelitian

Variasi PenelitianPenelitian dilakukan dengan memvariasikan

jumlah kipas yang bekerja yang dipergunakanuntuk mengalirkan udara yang melewatikondensor: (a) tanpa kipas berputar (b) 1 kipasberputar (c) 2 kipas berputar.

Pengambilan DataPengambilan data dilakukan setiap 15 menit.

Dimulai dari mesin saat mesin dihidupkan sampaibaatas waktu yang diinginkan. Data yang diolahpada penelitian ini, adalah data yang diperolehsetelah mesin bekerja selama 360 menit.

4. Hasil dan Pembahasan

Hasil PenelitianHasil penelitian disajikan pada Tabel 1,

Tabel 2 dan Tabel 3.

Tabel 1. Kondisi Kerja ShowcaseNo Kondisi

kipas padakondensor

Tekananrendah

P1

(psia)

Tekanantinggi

P2

(psia)

Suhukerjaevap.(oC)

Suhukerjakond.(oC)

1Tanpakipas

34,9 363,7 -5,33 77,63

21 kipasBerputar

30,7 277,7 -8,66 65,52

32 kipasBerputar

25,7 214,7 -13,12 55,29

Tabel 2. Nilai entalpiNo Kondisi

kipas padakondensor

h1

(kJ/kg)h2

(kJ/kg)h3

(kJ/kg)h4

(kJ/kg)

1Tanpakipas

415 467 287 287

21 kipasberputar

408 456 275 277

32 kipas

berputar403 448 264 264

Tabel 3. Nilai Qin, Qout, Win, COP dan EfisiensiNo Kondisi

pendingankondensor

Qin

(h2-h1),kJ/kg

Qout

(h2-h3),kJ/kg

Win

(h2-h1),kJ/kg

1Tanpa kipas

Berputar128 180 52

21 kipas

Berputar131 181 48

32 kipas

Berputar139 184 45

No Kondisipendingankondensor

COPactual COPideal Efisiensi

1Tanpa kipas

Berputar2,46 3,23 0,76

21 kipasberputar

2,73 3,56 0,77

32 kipasberputar

3,09 3,80 0,81

Belum baik

baik

Mulai

Persiapan

Pembuatan mesin danpemasangan alat ukur

Uji-coba

Pengolahan data, analisis danpembahasan, kesimpulan & saran

Pembuatan artikel

selesai

Pengambilan datapenelitian

Pilih kecepatan aliran udara:tanpa kipas, 1 kipas, 2 kipas


316

PembahasanDari hasil pengolahan data, seperti yang

tersaji pada Tabel 2, nampak bahwa keberadaankipas yang bekerja mengalirkan fluida melintasikondensor berpengaruh terhadap: tekanankompresor, baik pada tekanan masuk kompresormaupun pada tekanan keluar kompresor.Semakin banyak kipas yang bekerja, semakinkecil tekanan keluar kompresor dan semakinkecil tekanan masuk kompresor. Dengan katalain kecepatan aliran udara melewati kondensorberpengaruh terhadap tekanan kerja evaporatordan tekanan kerja kondensor. Jika tekanan kerjaevaporator dan tekanan kerja kondensor berubah,itu berarti suhu kerja evaporator dan suhu kerjakondensor berubah pula. Secara menyeluruh,dengan perubahan kecepatan aliran udara yangmelintasi kondensor, nilai tekanan, suhu, entalpi,entropi dari siklus kompresi uap berubah secarasimultan. Dengan demikian nilai kalor yangdilepas kondensor, kalor yang diserapevaporator, kerja yang dilakukan kompresor,COPaktual, COPideal dan efisiensi showcase ikutmenyesuaikan pula dengan perubahan yangterjadi.

Dari Tabel 1, tampak bahwa semakin banyakkipas yang terpasang, tekanan kerja keluarkompresor semakin menurun. Hal ini berartitekanan kerja kondensor semakin menurun.Semakin besar aliran udara yang melintasikondensor tekanan kerja kondensor semakinmenurun. Dampak dari menurunnya tekanankondensor, menurun pula tekanan kerjaevaporator. Dengan adanya aliran udara yangsemakin besar pada kondensor menyebabkansuhu kerja kondensor turun.

Ketika kecepatan aliran udara melintasikondensor ditingkatkan, mekanisme perpindahankalor bergeser dari perpindahan kalor secarakonveksi bebas ke konveksi paksa. Hal ini berartiadanya aliran udara yang diperbesarmenyebabkan meningkatnya laju aliran kaloryang dibuang kondensor. Jika suhu permukaankondensor tetap, maka kenaikan kecepatan udaramelintasi kondensor secara langsung akanmenaikkan nilai koefisien perpindahan kalorkonveksi yang akan memperbesar laju alirankalor yang dipindahkan. Hal ini sesuai denganpersamaan dasar dari proses perpindahan kalorkonveksi

Di sisi lain, kenyataan memperlihatkan (lihatpada Tabel 1) bahwa ketika kecepatan aliranmelewati kondensor ditingkatkan, suhu kerjakondensor berubah dan cenderung menurun. Halini berarti telah terjadi keseimbangan baru padasistem siklus kompresi uap ketika kondensor diberi kipas. Menurunnya suhu kerja kondensorberpengaruh langsung terhadap laju aliran kaloryang dilepas kondensor ke udara yangmelintasinya. Laju aliran kalor tentu saja akan

menurun karena perbedaan suhu antara suhukondensor dengan suhu udara yang melintasinyamengecil, dengan asumsi bahwa suhu udara yangmelintasi kondensor dianggap tetap.

Tabel 3, memperlihatkan bahwa laju alirankalor yang dilepas kondensor ke udara, dengansemakin diperbesarnya aliran udara yangdilewatkan kondensor secara keseluruhansemakin meningkat. Kesimpulan ini tentu bisa-berbeda untuk mesin siklus kompresi uap yangmempergunakan refrigeran berbeda. Karena poladari p-h diagram untuk setiap refrigerantidaklaah-sama. Bisa pula hasilnya berbeda untukpengambilan besar kecepatan aliran yangdiberikan. Untuk penelitian ini, nilai kalor yangdibuang kondensor berturut turut untuk: tanpakipas, dengan 1 kipas dan 2 kipas sebesar: 180kJ/kg, 181 kJ/kg dan 184 kJ/kg.

Penurunan tekanan pada kondensorberdampak pada menurunnya tekanan kerjaevaporator. Dari Tabel 3, memperlihatkan bahwakerja kompresor yang dilakukan terhadap sistemdengan kenaikan aliran udara pada kompresormenjadi menurun. Kerja kompresor semakinringan.

Diperbesarnya aliran udara oleh kipas yangmelewati kondensor berdampak pada banyaknyakalor yang diserap oleh evaporator. Hal inidikarenakan suhu kerja evaporator ikut berubah.Pada penelitian ini semakin cepat aliran udarayang dialirkan melewati kondensor laju alirankalor yang diserap evaporator semakin menurun,berturut turut dari: tanpa kipas, dengan 1 kipasdan 2 kipas adalah 54 kJ/kg, 48 kJ/kg dan 45kJ/kg.

Diperbesarnya aliran udara oleh kipas yangmelewati kondensor berdampak pada besarnyaCOPaktual dan COPideal mesin siklus kompresi uap.Hal ini dikarenakan besar kalor yang diserapevaporator berubah dan kerja yang dilakukankompresor berubah. Dengan diperbesarnya aliranudara pada kondensor kalor yang diserapevaporator menurun dan kerja kompresorsemakin ringan. Pada penelitian ini semakincepat aliran udara yang dialirkan melewatikondensor nilai COPaktual semakin meningkat,berturut turut dimulai dari: tanpa kipas, dengan 1kipas dan 2 kipas adalah 3,23 ; 3,56 dan 3,8.

Diperbesarnya aliran udara oleh kipas yangmelewati kondensor berdampak pula padabesarnya efisiensi mesin siklus kompresi uap.Hal ini dikarenakan nilai COPaktual dan COPideal

berubah. Pada penelitian ini semakin cepat aliranudara yang dialirkan melewati kondensor,efisiensi mesin pendingin showcase semakinmeningkat, berturut turut dimulai dari: tanpakipas, dengan 1 kipas dan 2 kipas adalah 0,76;0,77 dan 0,81.


317

5. Kesimpulan

Kesimpulan dari penelitian ini adalah:a. Mesin pendingin showcase yang

dipergunakan di dalam penelitian ini dapatbekerja dengan baik, seperti yangdiharapkan.

b. Adanya kipas yang mengalirkan udaramelintasi kondensor berpengaruh terhadapnilai COP dan efisiensi mesin pendinginshowcase. Untuk kondensor tanpa kipas,nilai COP showcase sebesar 3,23 danefisiensi sebesar 0,76, untuk kondensordengan 1 kipas, nilai COP 3,56 dan efisiensisebesar 0,77 dan untuk kondensor dengan 2kipas, nilai COP 3,80 dan efisiensi sebesar0,81.

Daftar Pustaka

Khairil Anwar, Effendy Arif, Wahyu H. Piarah,2010, Efek Temperature Pipa Kapilerterhadap Kinerja Mesin Pendingin, JurnalMekanikal, Vol. 1 No. 1 Januari 2010 : 30 –3

Matheus M Dwinanto, Hari Rarindo dan JonriLomi Ga, 2012, Pengaruh dimensi pipakapiler dan massa refrigeran yangdipergunakan terhadap unjuk kerja mesinrefrigerasi evaporator ganda untukpengawetan ikan, Proceedings SeminarNasional Tahunan Teknik Mesin &Thermofluid IV, No 01/Vol.01/Thn 2012,Penerbit Jurusan Teknik Mesin dan IndustriFT UGM.

Said HI, Abbas, Lita A.Latif (2012), 2012, Studieksperimental performa mesin pendinginpada laboratorium Teknik Mesin UniversitasKhairun Ternate, Proceedings SeminarNasional Tahunan Teknik Mesin &Thermofluid IV, No 01/Vol.01/Thn 2012,Penerbit Jurusan Teknik Mesin dan IndustriFT UGM.

Soegeng Witjahjo, 2009, Uji Prestasi MesinPendingin Menggunakan Refrigeran LPG,Jurnal Austenite Volume 1 Nomor 2Oktober 2009.

pengaruh adanya kipas yang mengalirkan udara melintasi

Documents