Cold Storage Test Rig

LAPORAN PENELITIAN

PENGUJIAN PERFORMANSI COLD STORAGE TEST TEST KAPASITAS REFRIGERASI 765 WATT DALAM MENGA MENG AWETKAN WETK AN DAGING DAGI NG AY AYAM

OLEH : DIAN MORFI NASUTION, ST AHMAD RIZALI NASUTION, ST FADLY AHMAD KURNIAWAN NASUTION, ST DIN ASWAN ASWAN AMRAN RITONGA, R ITONGA, ST, MT

JURUSAN TEKNIK MESIN SEKOLAH TINGGI TEKNIK HARAPAN MEDAN 2013

RI G

ABSTRAK

Cold Storage merupakan 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 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 d engan massa daging da ging ayam 1,5 kg dan pengujian 2 dengan den gan massa daging dagin g ayam 3 kg. Daging ayam tersebut akan didinginkan hingga mencapai suhu -2,8 ⁰C. Berdasarkan data hasil pengujian selanjutnya dilakukan perhitungan performansi Cold Storage 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 performansi, Cold Storage, Storage, daging ayam

i

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 COLD

STORAGE STORAGE

TE ST

RI G

" PENGUJIAN PERFORMANSI

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

ii

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 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. 2.3 .1. Jeni Jeniss Cold Storage .................................................... ............................................................................... ........................... 19 2.3.2. Jenis produk yang disimpan pada Cold Storage ...................... Storage ...................... ........ 21

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

22

3.1. Tempat dan Waktu .............................................. .................................... 22 3.1.1. Tempat ............................................................................................. 22 3.1.2. Waktu .................................................. ............................................ 22 iii

3.2. Bahan dan Peralatan ................................................................................ 22 3.2.1. Bahan ............................................................................................... 22 3.2.2. Peralatan 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 ................................................... Storage ................................................... 30 4.2. Grafik Performansi Cold Storage ............................................................ Storage ............................................................ 41

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

47

5.1. Kesimpulan ................................................. ............................................ 47 5.2. Saran ........................................................................................................ 48

DAFTAR PUSTAKA

iv

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

v

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

vi

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 hin gga 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 mel engkapi 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 s ebagai 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 terusmenerus, 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. Qc

Qe

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

8

campuran tak bereaksi seperti air (H2O) – ammonia (NH3), atau Lithium Bromida (LiBr 2) – Air (H2O). Pada sistem H2O – NH3, air berfungsi sebagai absorben dan amonia berfungsi sebagai refrigerant . Sedangakan pada sistem LiBr 2 – H2O, LiBr 2 berfungsi sebagai absorben dan H 2O 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

1. Lemari es (Gambar 2.7. a) Refrigerasi Domestik

2. Freezer (Gambar 2.7. b) 3. Dispenser air (Gambar 2.7. c) 1. Lemari pendingin supermarket

Refrigerasi Komersial

(Gambar 2.7. d) 2. Box es krim (Gambar 2.7. e) 3. Ice Maker (Gambar 2.7. f) 1. Pabrik es

Refrigerasi Industri

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

AC

Komersial

(Gambar 2.7. i)

Chiller Mobile Air Conditioning (MAC)

window,

split ,

dan package.

Water cooled and air cooled chillers (Gambar 2.7. j) AC mobil (Gambar 2.7. k)

13

d a

e

b

c

f g

i h

j

k Gambar 2.7. Aplikasi Mesin Refrigerasi

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

 2 − 1 )........................................................(2.1) W=   = ( 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) ṁ = 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.

Coeff ici ent Of Per for mance (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  =

6.

( + 273)  + 273 − ( + 273)

… … … … … . . … … (2.6)

Efisiensi Siklus Kompresi Uap

Perbandingan

besaran COP aktual dan COP Carnot 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 -25°C. c. Bangunan yang biasanya difungsikan untuk memproduksi ice cream.

Gambar 2.10. Bangunan Cold Storage 2.3.1. Jenis Cold Stor age 1. Jacketed Col d 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. Sambungansambungannya 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. Gr idded Cold Stor age (Cold Storage dengan Pipa Pendingin Polos)

Pada tipe ini pipa pendingin polos dirangkai menutupi seluruh langitlangit 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. F in ned Gr id 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 ⁰C

Suhu akhir daging ayam

: -2,8 ⁰C

Suhu awal ruang pendingin

: 23,8 ⁰C

Tanggal

: 1 Agustus 2012 Tabel 3.1. Data hasil pengujian 1

Waktu Siklus (Menit) 0 5 10

Kondensor

Evaporator

T

p

T

p

( C) 33 34 35

(Kg/Cm) 0,3 8,2 8,2

( C) 23,790 10,990 4,790

(Kg/Cm) -8,8 -15 -15

V

I

(Volt)

(Am)

213,9 214,4 214,1

1,74 1,74 1,716

T Ruang

Pendingin (⁰C) 23,8 11,0 4,8

T Daging

Ayam (⁰C) 33,2 29,5 28,2

27

Waktu Siklus (Menit) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 166

Kondensor

Evaporator

T

p

T

p

( C) 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 34 34 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35

(Kg/Cm) 8,1 8,4 8,2 8,2 8,2 8,2 8,2 8,2 8,2 8,4 8,4 8,3 8,4 8,3 8,4 8,4 8,5 8,8 8,6 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8

( C) -1,410 -5,010 -8,410 -10,010 -11,510 -12,410 -13,110 -13,610 -14,110 -14,510 -14,610 -15,110 -15,310 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -16,110 -16,110 -16,210 -16,210 -16,510 -16,610 -16,610 -16,710 -16,710 -16,710 -17,010 -17,110

(Kg/Cm) -15 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14 -14

2. Bahan yang diuji

V

I

(Volt)

(Am)

214 213,3 212,8 212,9 213,7 213,7 213,7 213,7 213,3 213,5 214,4 214,9 213,7 213,4 211,1 214,7 209,9 208,1 211,0 211,4 210,1 211,4 210,1 208,2 209,3 208,8 208,8 209,2 209,6 210,5 210,8 210,5

1,728 1,728 1,716 1,716 1,722 1,722 1,722 1,722 1,722 1,728 1,734 1,746 1,722 1,698 1,698 1,686 1,698 1,692 1,674 1,704 1,716 1,692 1,698 1,686 1,68 1,674 1,686 1,68 1,686 1,692 1,692 1,718

: Daging Ayam

Massa

: 3 Kg

Suhu awal daging ayam

: 30 ⁰C

Suhu akhir daging ayam

: -2,8 ⁰C

Suhu awal ruang pendingin

: 19,9 ⁰C

T Ruang

Pendingin (⁰C) -1,4 -5,0 -8,4 -10 -11,5 -12,4 -13,1 -13,6 -14,1 -14,5 -14,6 -15,1 -15,3 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -16,1 -16,1 -16,2 -16,2 -16,5 -16,6 -16,6 -16,7 -16,7 -16,7 -17,0 -17,1

T Daging

Ayam (⁰C) 25,9 23,8 21,6 19,4 17,2 17,2 17,2 12,0 10,6 9,4 8,2 7,1 6,4 5,6 4,8 3,6 2,9 2,2 1,5 0,5 0,2 0,0 -0,2 -0,3 -0,3 -0,9 -1,2 -1,5 -1,9 -2,3 -2,7 -2,8

28

Hari/ Tanggal

: 2 Agustus 2012 Tabel 3.2. Data hasil pengujian 2

Waktu Siklus (Menit) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180

Kondensor

Evaporator

T

P

T

P

( C) 37 37 37 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 37 38 38 38 38 38 37 37 38 38 37 37 37 37 37 37 37 37 37 36 37 37

(Kg/Cm) 10,2 8,7 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,9 8,8 8,8 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9

( C) 19,890 10,490 5,590 2,790 0,290 -0,810 -4,910 -6,910 -7,910 -8,810 -9,410 -9,910 -10,510 -11,010 -11,010 -11,510 -11,610 12,790 -12,210 -12,510 -12,610 -12,710 -13,010 -13,110 -13,110 -13,410 -13,510 -13,610 -13,710 -13,810 -14,010 -14,010 -14,110 -14,110 -14,210 -14,510 -14,610

(Kg/Cm) 0,8 -29 -16 -9 -9 -9 -9 -9 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -11 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12

V

I

(Volt)

(Am)

205,8 209,1 208,1 205,9 210,7 210,7 210,4 209,7 209,4 210,0 210,3 210,1 209,6 210,0 209,1 212,0 211,7 211,6 213,0 211,1 209,7 209,9 210,6 210,0 210,4 207,5 207,4 210,8 208,8 209,2 212,0 211,7 212,7 211,9 211,9 212,6 212,3

1,678 1,614 1,668 1,668 1,710 1,710 1,704 1,692 1,692 1,692 1,704 1,704 1,698 1,734 1,692 1,728 1,734 1,728 1,740 1,716 1,722 1,692 1,734 1,704 1,74 1,716 1,704 1,740 1,722 1,734 1,764 1,758 1,758 1,758 1,776 1,764 1,764

T Ruang

Pendingin ( C) 19,9 10,5 5,6 2,8 0,3 -0,8 -4,9 -6,9 -7,9 -8,8 -9,4 -9,9 -10,5 -11,0 -11,0 -11,5 -11,6 12,8 -12,2 -12,5 -12,6 -12,7 -13,0 -13,1 -13,1 -13,4 -13,5 -13,6 -13,7 -13,8 -14,0 -14,0 -14,1 -14,1 -14,2 -14,5 -14,6

T Daging

Ayam ( C) 3,0 29,9 29,6 29,1 28,4 27,6 26,7 25,7 24,7 23,5 22,3 21,1 19,9 18,8 17,6 16,5 15,3 14,2 13,2 12,2 11,3 10,4 9,5 8,7 8,0 7,3 6,5 5,9 5,2 4,6 4,0 3,5 3,0 2,6 2,3 1,9 1,6

29

Waktu Siklus (Menit) 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295

Kondensor

Evaporator

T

P

T

P

( C) 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37

(Kg/Cm) 8,9 8,9 8,9 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,9 8,9 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8

( C) -14,610 -14,610 -14,910 -15,010 -15,110 -15,110 -15,110 -15,110 -15,410 -15,410 -15,510 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610 -15,610

(Kg/Cm) -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12 -12

V

I

(Volt)

(Am)

212,5 213,5 212,6 213,6 212,4 212,5 213,3 212,6 211,6 212,7 212,0 212,6 212,7 212,0 211,7 212,6 213,6 211,8 211,6 212,1 211,8 213,1 212,6

1,752 1,770 1,758 1,800 1,746 1,818 1,782 1,764 1,758 1,752 1,794 1,764 1,783 1,752 1,760 1,752 1,761 1,731 1,761 1,781 1,761 1,772 1,782

T Ruang

Pendingin ( C) -14,6 -14,6 -14,9 -15,0 -15,1 -15,1 -15,1 -15,1 -15,4 -15,4 -15,5 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6 -15,6

T Daging

Ayam ( C) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,2 -0,4 -0,8 -1,2 -1,6 -2,0 -2,3 -2,7 -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 ⁰C dan temperatur evaporator 10,990 ⁰C yaitu:

1 = 405,0382 kJ/kg 2 = 416,0295 kJ/kg  =

0,2238336  = = 0,015478 / 2 − 1  416,0295 − 405,0382

c. Kalor yang dilepas Kondensor

 =  (2 − 3 ) Nilai 3 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur kondensor 34 ⁰C yaitu 241,5352 kJ/kg,

30

31

 =  2 − 3  = 0,015478 416,0295 − 241,5352  = 2,7545 kW d. Kalor yang diserap Evaporator

 =  (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

  =

11,306   × 100% = × 100% = 91,61% 12,342 




 =

 2 − 1 

32

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur kondensor 35 ⁰C dan temperatur evaporator -17,110 ⁰C yaitu:

1 = 388,9137 kJ/kg 2 = 425,8868 kJ/kg  =

0,2169834  = = 0,00585 / 2 − 1  425,8868 − 388,9137



 =  2 − 3  = 0,00585 425,8868 − 242,6125  = 1,0734kW d. Kalor yang diserap Evaporator


  =

  () 0,8565 = = 3,9473   ( ) 0,2169834

f. COP Carnot

 =

(−17,110 + 273)

35 + 273 − (−17,110 + 273)

= 4,9105


  =

3,9473   × 100% = × 100% = 80,38%  4,9105

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) 80

387,955

423,354

248,748

248,748

0,21741

0,00614

1,0724

0,8550

3,9325

5,0858

Efisiensi Siklus (%) 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

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

35

2. Pengujian 2 ( 3 kg Daging Ayam)


Tegangan (V ) 209,1 Volt dan kuat arus ( I ) 1,614Ampere, lalu diambil harga cos  0,6.


 2 − 1 

 =

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur kondensor 37 ⁰C dan temperatur evaporator 10,490 ⁰C yaitu:

1 = 404,7857 kJ/kg 2 = 421,3632 kJ/kg  =

0,2024924  = = 0,01221 / 2 − 1  421,3632 − 404,7857



 =  2 − 3  = 0,01221 421,3632 − 244,7357 = 2,1574 kW d. Kalor yang diserap Evaporator

 =  (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


  =

  9,6546 × 100% = × 100% = 90,28% 10,6937 




 =

 2 − 1 

Nilai 1 dan 2 diperoleh dari tabel sifat refrigerant R-134a pada temperatur kondensor 37 ⁰C dan temperatur evaporator -15,610 ⁰C yaitu:

37

1 = 389,8161 kJ/kg 2 = 426,7785 kJ/kg  =

0,2273119  = = 0,00614 / 2 − 1  426,7785 − 389,8161



 =  2 − 3  = 0,00614 426,7785 − 244,7357  = 1,1195 kW d. Kalor yang diserap Evaporator


  =   =

    ()   () 0,8922 0,2273119

= 3,9250

f. COP Carnot

 =

(−15,610 + 273)

37 + 273 − (−15,610 + 273)

= 4,8924


  =

  3,9250 × 100% = × 100% = 80,22%  4,8924

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


0 5

408,276 403,166

418,471 419,604

251,697 251,697

251,697 251,697

0,20720 0,20249

0,02032 0,01232

3,3895 2,0684

3,1823 1,8659

15,3584 9,2146

17,1181 10,6937

89,7205 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 20

398,817 397,030

421,307 421,831

253,179 253,179

253,179 253,179

0,20606 0,21618

0,00916 0,00872

1,5405 1,4701

1,3344 1,2539

6,4757 5,8002

7,8327 7,2471

82,6747 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 45

392,571 392,036

423,301 423,494

253,179 253,179

253,179 253,179

0,21258 0,21319

0,00692 0,00678

1,1769 1,1542

0,9643 0,9410

4,5360 4,4140

5,7741 5,6439

78,5578 78,2094

50 55

391,679 391,381

423,625 423,736

253,179 253,179

253,179 253,179

0,21501 0,21481

0,00673 0,00664

1,1472 1,1323

0,9322 0,9175

4,3354 4,2714

5,5598 5,4913

77,9784 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 75

390,723 390,424

423,985 423,525

253,179 252,000

253,179 252,000

0,21228 0,21980

0,00638 0,00664

1,0901 1,1390

0,8778 0,9192

4,1352 4,1819

5,3456 5,3904

77,3559 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 (kJ/kg)

m (kg/s)

Wc (kW)

Qk (kW)

Qe (kW)

COP Aktual

COP Carnot


90

390,004

424,264

253,179

253,179

0,22237

0,00649

1,1105

0,8881

3,9937

5,1940

76,8913

95 100

389,824 389,764

424,335 424,359

253,179 253,179

253,179 253,179

0,21735 0,21666

0,00630 0,00626

1,0779 1,0721

0,8606 0,8554

3,9595 3,9481

5,1572 5,1450

76,7755 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

120 125

389,463 389,283

424,479 423,975

253,179 251,697

253,179 251,697

0,21966 0,21364

0,00627 0,00616

1,0746 1,0609

0,8549 0,8473

3,8920 3,9659

5,0849 5,1496

76,5411 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

135 140

389,162 389,102

424,024 424,048

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22008 0,21573

0,00631 0,00617

1,0879 1,0640

0,8678 0,8482

3,9431 3,9319

5,1253 5,1132

76,9348 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

150 155

388,921 388,921

424,122 424,122

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22438 0,22330

0,00637 0,00634

1,0991 1,0938

0,8747 0,8705

3,8983 3,8983

5,0772 5,0772

76,7799 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

165 170

388,861 388,801

424,149 423,590

251,697 250,220

251,697 250,220

0,22351 0,22580

0,00633 0,00649

1,0923 1,1253

0,8688 0,8995

3,8870 3,9835

5,0653 5,1542

76,7368 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

185 190

388,559 388,559

424,271 424,271

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22338 0,22674

0,00626 0,00635

1,0795 1,0957

0,8561 0,8689

3,8324 3,8324

5,0066 5,0066

76,5468 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 (kJ/kg)

m (kg/s)

Wc (kW)

Qk (kW)

Qe (kW)

COP Aktual

COP Carnot


200

388,318

424,371

251,697

251,697

0,23069

0,00640

1,1049

0,8742

3,7894

4,9604

76,3941

205 210

388,257 388,257

424,396 424,396

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22251 0,23180

0,00616 0,00641

1,0633 1,1077

0,8408 0,8759

3,7787 3,7787

4,9490 4,9490

76,3544 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

230 235

388,076 388,015

424,472 424,498

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22359 0,22820

0,00614 0,00625

1,0614 1,0808

0,8378 0,8527

3,7471 3,7365

4,9149 4,9036

76,2393 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

245 250

387,955 387,955

424,523 424,523

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22755 0,22285

0,00622 0,00609

1,0754 1,0532

0,8479 0,8304

3,7262 3,7262

4,8924 4,8924

76,1618 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

260 265

387,955 387,955

424,523 424,523

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22349 0,22569

0,00611 0,00617

1,0562 1,0666

0,8327 0,8410

3,7262 3,7262

4,8924 4,8924

76,1618 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

275 280

387,955 387,955

424,523 424,523

251,697 251,697

251,697 251,697

0,22358 0,22665

0,00611 0,00620

1,0567 1,0712

0,8331 0,8445

3,7262 3,7262

4,8924 4,8924

76,1618 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 0,23000 0,22500 ) W 0,22000 k ( c 0,21500 W 0,21000

Daya Kompresor

0,20500 0

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165

Waktu (menit)

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.

42

b. Hubungan waktu dengan laju massa R-134a 0,05000 0,04000 ) s 0,03000 / g k ( 0,02000 m 0,01000

m

0,00000 0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

Waktu (menit)

Gambar 4.2. Hubungan waktu dengan laju massa R-134a c. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor 8,0000

) 6,0000 W k ( 4,0000 k Q 2,0000

Q kondensor

0,0000 0

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165

Waktu (menit)

Gambar 4.3. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor d. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator 8,0000 6,0000 ) W k ( 4,0000 e Q 2,0000

Q evaporator

0,0000 0

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165

Waktu (menit)

Gambar 4.4. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator

43

e. Hubungan waktu dengan COP aktual 40,0000

l 30,0000 a u t k a 20,0000 P O C 10,0000

COP Aktual

0,0000 0

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165

Waktu (menit)

Gambar 4.5. Hubungan waktu dengan COP aktual f. Hubungan waktu dengan COP Carnot

t o n r a C P O C

35,0000 30,0000 25,0000 20,0000 15,0000 10,0000 5,0000 0,0000

COP Carnot

0

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165

Waktu (menit)

Gambar 4.6. Hubungan waktu dengan COP Carnot g. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus 100,0000 ) % ( s u 90,0000 l k i S i s n 80,0000 e i s i f E 70,0000

Efisiensi Siklus

0

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165

Waktu (menit)

Gambar 4.7. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus

44

2. Pengujian 2 (3 kg Daging Ayam)

a. Hubungan waktu dengan daya kompresor 0,23500 0,23000 ) 0,22500 W 0,22000 k ( c 0,21500 W 0,21000 0,20500 0,20000

Daya Kompresor

0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300

Waktu (menit)

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 0,02500 0,02000 ) s / 0,01500 g k ( 0,01000 m 0,00500

m

0,00000 0

20

40

60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Waktu (menit)

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

45

c. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor 4,0000

) 3,0000 W k ( 2,0000 k Q 1,0000

Q kondensor

0,0000 0

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

Waktu (menit)

Gambar 4.10. Hubungan waktu dengan kalor yang dilepas kondensor d. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator 3,5000 3,0000 ) 2,5000 W 2,0000 k ( e 1,5000 Q 1,0000 0,5000

Q evaporator

0,0000 0

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

Waktu (menit)

Gambar 4.11. Hubungan waktu dengan kalor yang diserap evaporator e. Hubungan waktu dengan COP aktual 20,0000

l 15,0000 a u t k 10,0000 a P O C 5,0000

COP Aktual

0,0000 0

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

Waktu (menit)

Gambar 4.12. Hubungan waktu dengan COP aktual

46

f. Hubungan waktu dengan COP Carnot 20,0000

t 15,0000 o n r a 10,0000 C P O C 5,0000

COP Carnot

0,0000 0

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

Waktu (menit)

Gambar 4.13. Hubungan waktu dengan COP Carnot g. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus 95,0000 ) % ( s 90,0000 u l k i S 85,0000 i s n e i 80,0000 s i f E 75,0000

Efisiensi Siklus

0

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

Waktu (menit)

Gambar 4.14. Hubungan waktu dengan efisiensi siklus

47

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 ⁰C) 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 ⁰C) 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.

Cold Storage Test Rig

Recommend Documents