RANCANG BANGUN MINI FREEZER UNTUK MEJA KASIR …digilib.polban.ac.id/files/disk1/162/jbptppolban-gdl-gilangrama... · III.7 Cara Kerja Sistem Kompresi Uap ... IV.5.2 Analisis Temperatur

RANCANG BANGUN MINI FREEZER UNTUK MEJA

KASIR OUTLET BERBASIS REFRIGERAN

HYDROCARBON

Design And Construction Mini Freezer For Cashier Outlet Based Hydrocarbon

Refrigerant

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan

DIPLOMA IV PROGRAM STUDI TEKNIK PENDINGIN DAN TATA UDARA Di Jurusan Teknik Refrigerasi Dan Tata Udara

Oleh Gilang Ramadhan

NIM 131624007

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2017

iv

LEMBAR PERSEMBAHAN

“Jika seseorang meninggal dunia, maka terputuslah amalnya kecuali tiga perkara

yaitu: sedekah jariyah, ilmu yang bermanfaat serta do’a anak yang sholeh”.

(HR. Muslim no. 1631)

Teruntuk Bapa dan Mamah tercinta

Terimakasih atas segala kasih saying serta nasihat bapa dan mamah selama ini

Terlebih atas segala jasa bapa dan mamah selama ini dalam mendidik sedari kecil

Semoga bapa dan mamah mendapat keberkahan serta rezki yang berlimpah

Terima kasih bapa & mamah, untuk segalanya.

Adikku yang selalu memberi nasihat untuk selalu bermawas diri.

Azmi Mutia Ainun yang selalu menemani dikala senang maupun sedih, yang

selalu mengingatkan dalam kebaikan ibadah, aku persembahkan ini untukmu.

Rekan tugas akhir Firda Rahma, Suci Anugrahhaeni M. tak banyak yang bisa ku

balas atas kerendahan hati kalian karena selalu menjadikan tugas akhir ini yang

terbaik.

Sahabat-sahabat sekaligus keluarga baruku kelas D-IV 2013, semoga ini menjadi

permulaan untuk hal yang lebih baik di hari esok.

v

ABSTRAK

Es krim merupakan makanan yang mudah rusak pada suhu ruang, maka

penyimpanan es krim harus dibawah temperatur -20°C. Freezer merupakan tempat

yang dapat menjaga es krim tetap awet dan segar. Pada umumnya freezer

mempunyai ukuran yang besar dan memakan tempat yang luas, maka freezer

berukuran kecil menjadi pilihan untuk perancangan sehingga dinamakan mini

freezer. Ukuran penyimpanan mini freezer atau kabin di desain sebesar 0,35 m x

0,35 m x 0,30 m yang dapat memuat 20 gelas es krim. Sistem ini dirancang memiliki

kapasitas pendinginan sebesar 72,24 Watt, cocok untuk outlet kecil. Refrigeran

yang digunakan berbasis hydrocarbon yaitu R290 sebagai media pendinginannya.

Hasil pengujian didapat performansi sistem dengan (COP) sebesar 2,52 dan

efisiensi sebesar 66,32%. Temperatur kabin diatur pada -24°C sehingga

menghasilkan rata-rata temperatur produk -21,33°C dengan chilling time selama 1

jam. Konsumsi daya yang digunakan selama 300 menit sebesar 1,04 kWh.

Kata Kunci: Mini Freezer, Rancang Bangun, Penyimpanan, performansi

sistem

vi

ABSTRACT

Ice cream is food easly damage on room temperature, then the ice cream storage

should be temperature -20°C. Freezer is a storage can keep ice cream fresh.

Freezer in general has a large size and takes up a large space, than a small freezer

becomes an option design so called mini freezer. Storage of mini freezer or cabin

in the design is 0,35 m x 0,35 m x 0,30 m which can contain 20 glass of ice cream.

The system is design to have a cooling capacity of 72,24 Watt, suitable for small

outlets. Refrigerant used hydrocarbon-based R290 as a cooling medium. Test

results obtained system performance with (COP) of 2.52 and efficiency of 66.32%.

The cabin temperature is set to -24°C so as to produce an average product

temperature of -21.33°C with chilling time for 1 hour. Power consumption used in

300 minute is 1,04 kWh.

Keywords: Mini Freezers, Design and Construction, Storage, System

Performance

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah Yang Maha Esa,

karena berkat rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas

akhir yang berjudul “Rancang Bangun Mini Freezer Untuk Meja Kasir Outlet

Berbasis Refrigeran Hydrocarbon”. Laporan ini disusun sebagai salah satu syarat

dalam menempuh pendidikan Diploma IV di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata

Udara Politeknik Negeri Bandung.

Tugas akhir ini tidak terwujud apabila penulis tidak mendapat motivasi serta

bantuan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dan melalui tulisan ini

penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Keluarga, terutama Mamah dan Bapak yang selalu mendukung secara

materi maupun moril dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Ade Suryatman Margana, ST., M.Eng. selaku pembimbing I yang

telah memberikan bimbingan baik berbentuk pengetahuan, saran, kritik dan

motivasi yang dibutuhkan dalam menyelesaikan laporan ini.

3. Bapak Tandi Sutandi, ST., MT. selaku pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan baik berbentuk pengetahuan, saran, kritik dan

motivasi yang dibutuhkan dalam menyelesaikan laporan ini.

4. Bapak Triaji Pangpripto Pramudantoro, ST., M.Eng. selaku Ketua Jurusan

Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang telah membantu dan

mempermudah dalam proses pengerjaan laporan ini.

5. Seluruh dosen di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara yang telah

memberikan penulis pelajaran yang sangat berharga baik secara ilmu

pengetahuan maupun moral.

6. Seluruh staff pengelola di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara, yang

telah memberikan dorongan untuk segera menyelesaikan tugas akhir dan

tanggung jawab. Terutama kepada Bapak Prayogo, Bapak Sunardi dan

Bapak Suherman yang telah menemani selama melaksanakan tugas akhir.

7. Rekan tugas akhir Firda Rahma dan Suci Anugrahhaeni Misbah yang telah

memberikan dorongan untuk menyelesaikan tugas akhir serta pelajaran

dalam melampaui semua rintangan dalam perkuliahan.

viii

8. Azmi Mutia Ainun dari Jurusan Administrasi Niaga yang banyak

memotivasi dalam penyelesaian tugas akhir baik sebelum pelaksanaan tugas

akhir hingga terselesaikannya tugas akhir ini.

9. Rekan-rekan HMRA di Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

angkatan 2012, 2013, 2014 dan 2015 terutama kelas DIV angkatan 2013

yang telah memotivasi dalam menyelesaikan laporan ini.

10. Kepada seluruh pendukung yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir

ini masih jauh dari kesempurnaan. Karena itu, penulis harapkan saran dan kritik

yang membangun demi kesempurnaannya dan semoga dapat bermanfaat bagi kita

semua.

Bandung, 17 Juli 2017

Penulis

ix

DAFTAR ISI

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

LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN PENULIS ....................................................... iii

LEMBAR PERSEMBAHAN ...................................................................... iv

ABSTRAK .................................................................................................... v

ABSTRACT ................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ................................................................................. vii

DAFTAR ISI ................................................................................................ ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii

DAFTAR TABEL......................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang ..................................................................................... I-1

I.2 Rumusan Masalah ................................................................................ I-2

I.3 Tujuan .................................................................................................. I-2

I.4 Batasan Masalah .................................................................................. I-2

I.5 Metode Penelitian ................................................................................ I-3

I.6 Langkah Penelitian .............................................................................. I-3

I.7 Sistematika Penulisan .......................................................................... I-4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II.1 Freezer .................................................................................................. II-1

II.2 Sistem Refrigerasi pada Mini Freezer ................................................. II-2

II.2.1 Proses Kompresi ........................................................................... II-4

II.2.2 Proses Kondensasi ........................................................................ II-5

II.2.3 Proses Ekspansi ............................................................................ II-7

II.2.4 Proses Evaporasi ............................................................................ II-7

II.3 Komponen Komponen Sistem ............................................................. II-8

II.3.1 Komponen Utama Sistem ............................................................. II-8

x

II.3.2 Komponen Pendukung sistem ...................................................... II-12

II.3.3 Komponen Kelistrikan Sistem ...................................................... II-14

II.4 Perhitungan Beban Refrigerasi ............................................................ II-20

II.4.1 Beban Kalor Melalui Dinding ...................................................... II-20

II.4.2 Beban Pertukaran Udara ............................................................... II-21

II.4.3 Beban Produk ............................................................................... II-22

BAB III DATA PERANCANGAN

III.1 Data Perancangan Sistem .................................................................... III-2

III.1.1 Coefisient Of Performance (COP) Rancangan ............................. III-3

III.1.2 Efesiensi Sistem Kompresi Uap Rancangan ................................ III-4

III.2 Refrigeran yang Digunakan ................................................................. III-4

III.3 Kontruksi Mini Freezer ....................................................................... III-5

III.4 Perhitungan Beban Pendingin ............................................................. III-6

III.4.1 Beban Pendinginan Dinding Kabin Mini Freezer ........................ III-6

III.4.2 Beban Infiltrasi ............................................................................. III-9

III.4.3 Beban Produk dan Wadah ............................................................ III-10

III.4.4 Beban Pendindinan Total .............................................................. III-12

III.5 Pemilihan komponen ........................................................................... III-12

III.6 Instalasi Sistem .................................................................................... III-24

III.7 Cara Kerja Sistem Kompresi Uap ........................................................ III-28

III.8 Cara Kerja sistem Kelistrikan .............................................................. III-29

BAB IV DATA HASIL PERANCANGAN DAN ANALISIS

IV.1 Peralatan Pengambilan Data ................................................................. IV-1

IV.2 Titik Pengukuran ................................................................................. IV-1

IV.3 Prosedur Pengambilan Data ................................................................. IV-2

IV.4 Data Hasil Pengukuran ........................................................................ IV-2

IV.4.1 Perhitungan Data ........................................................................ IV-3

IV.4.2 Analisis Grafik COPaktual dan COPcarnot Terhadap Waktu .......... IV-5

IV.4.3 Analisis Grafik Efesiensi sistem Terhadap Waktu ...................... IV-6

IV.4.4 Analisis Grafik Tekanan Discharge dan Tekanan Suction

Sistem Terhadap Waktu .............................................................. IV-7

xi

IV.4.5 Analisis Grafik Temperatur Discharge, Temperatur Masuk

TXV, Temperatur Suction, Temperatur Kabin Terhadap Waktu

..................................................................................................... IV-8

IV.4.6 Analisis Temperatur Produk........................................................ IV-9

IV.4.7 Analisis Pengukuran Arus ........................................................... IV-10

IV.4.8 Analisis konsumsi Daya Listrik .................................................. IV-10

IV.5 Analisis Perbandingan Hasil Penelitian Sistem Mini Freezer ............. IV-11

IV.5.1 Analisis Temperatur Kondensasi ............................................... IV-11

IV.5.2 Analisis Temperatur Evaporasi .................................................. IV-12

IV.5.3 Analisis Chilling Time dan Temperatur Kabin .......................... IV-12

IV.5.4 Analisis Efek Refrigerasi ........................................................... IV-12

IV.5.5 Analisis Efesiensi Sistem ........................................................... IV-13

BAB V PENUTUP

V.1 Simpulan .............................................................................................. V-1

V.2 Saran .................................................................................................... V-1

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 (A) Chest Freezer (B) Upright Freezer ...................................... II-1

Gambar II.2 Diagram Siklus Refrigerasi Kompresi Uap .............................. II-2

Gambar II.3 Diagram P-h Siklus Refrigerasi Kompresi Uap ....................... II-3

Gambar II.4 Proses kerja kompresi ............................................................... II-4

Gambar II.5 Proses kondensasi ..................................................................... II-6

Gambar II.6 Proses Ekspansi ......................................................................... II-7

Gambar II.7 Proses evaporasi ....................................................................... II-8

Gambar II.8 Kompresor Hermetic Reciprocating ......................................... II-9

Gambar II.9 Air Cooled Condenser ............................................................... II-9

Gambar II.10 Thermostatic Expansion Valve ................................................ II-10

Gambar II.11 Pipa Kapiler ............................................................................. II-10

Gambar II.12 Evaporator Fin and Tube Coil ................................................. II-11

Gambar II.13 Refrigeran ................................................................................ II-12

Gambar II.14 Filter Drier .............................................................................. II-12

Gambar II.15 Insulasi ..................................................................................... II-13

Gambar II.16 High (Merah) dan Low (Biru) Pressure Gauge ...................... II-13

Gambar II.17 Thermostat ............................................................................... II-14

Gambar II.18 Sight Glass ............................................................................... II-14

Gambar II.19 MCB ........................................................................................ II-15

Gambar II.20 Saklar Toggle ........................................................................... II-15

xiii

Gambar II.21 Pilot Lamp ............................................................................... II-16

Gambar II.22 Amperemeter ........................................................................... II-16

Gambar II.23 Voltmeter ................................................................................. II-17

Gambar II.24 Kapasitor ................................................................................. II-17

Gambar II.25 Relay ........................................................................................ II-18

Gambar II.26 Cara Kerja Solenoid Valve ....................................................... II-19

Gambar II.27 solenoid Valve.......................................................................... II-19

Gambar II.28 Termometer Digital ................................................................ II-19

Gambar III.1 Langkah perancangan sistem .................................................. III-1

Gambar III.2 Desain sistem ........................................................................... III-2

Gambar III.3 Diagram P-h rancangan awal sistem (CoolPack) .................... III-3

Gambar III.4 Kontruksi Mini Freezer ........................................................... III-5

Gambar III.5 Gambar Rancangan Kabin ...................................................... III-9

Gambar III.6 Pemilihan Kompresor .............................................................. III-13

Gambar III.7 Kondenser yang digunakan ..................................................... III-14

Gambar III.8 Pemilihan Evaporator .............................................................. III-18

Gambar III.9 Pemilihan Filter Dryer ............................................................. III-19

Gambar III.10 Pemilihan Sight Glass ........................................................... III-20

Gambar III.11 Pemilihan High And Low Pressure Gauge ........................... III-20

Gambar III.12 Pemilihan Thermostat ........................................................... III-21

Gambar III.13 Pemilihan Lampu Indikator .................................................... III-22

Gambar III.14 Pemilihan MCB ..................................................................... III-23

xiv

Gambar III.15 Pemilihan Relay .................................................................... III-23

Gambar III.16 Pemilihan Amperemeter dan Voltmeter ................................. III-24

Gambar III.17 Electronic Energy Meter ....................................................... III-24

Gambar IV.1 Titik Pengukuran ..................................................................... IV-1

Gambar IV.2 Grafik COPaktual dan COPcarnot terhadap waktu ....................... IV-5

Gambar IV.3 Grafik Efesiensi terhadap waktu ............................................. IV-7

Gambar IV.4 Grafik Tekanan Discharge Dan Tekanan Suction Sistem

Terhadap Waktu ........................................................................ IV-8

Gambar IV.5 Grafik Temperatur Discharge, Temperatur Masuk TXV,

Temperatur Suction, Temperatur Kabin Terhadap Waktu ........ IV-9

Gambar IV.6 Grafik Temperatur Produk Terhadap Waktu ........................... IV-9

Gambar IV.7 Grafik Arus Listrik Kompresor ................................................ IV-10

Gambar IV.8 Grafik Konsumsi Daya Listrik ................................................. IV-11

xv

DAFTAR TABEL

Tabel III.1 Kondisi Ketersediaan Alat .......................................................... III-3

Tabel III.2 Properties R290 (Propane) at -32°C ........................................... III-4

Tabel III.3 Kontruksi dinding kabin dan wadah es krim .............................. III-6

Tabel III.4 Data Perancangan Produk ........................................................... III-10

Tabel III.5 Spesifikasi Wadah Es Krim ........................................................ III-11

Tabel III.6 Spesifikasi Kompresor ................................................................ III-13

Tabel III.7 Spesifikasi Kondenser ................................................................. III-14

Tabel III.8 Spesifikasi TXV .......................................................................... III-15

Tabel III.9 Variabel Pemilihan Evaporator ................................................... III-15

Tabel III.10 Tabel Konstanta C dan n ........................................................... III-17

Tabel IV.1 Perbandingan Perancangan dan Pengukuran Mini Freezer ......... IV-11

DAFTAR PUSTAKA

1. Stoecker, F Willbert, dkk. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga, 1992.

2. Hill, Kathryn. 2009. Chest or Upright Freezer. http://www.thekitchn.com. diakses pada: 22 Juli 2017

3. Hermawan. 2010. Siklus Refrigerasi. https://teachintegration.wordpress.com. Batam. (diakses pada: 22 Juli 2017)

4. Gumilar, Anggi. 2016. Rancang Bangun Mini Water Chiller Sebagai Air Conditioner dengan Metode Ice Bank. Bandung: Polban

5. Seaside Computing. 2017. Refrigeration basic II. http://www.refrigerationbasics.com/. diakses pada: 22 Juli 2017

6. Dossat, R.J. Principles of Refrigeration-SI Version, Second Edition. John Wiley & Sons. Canada, 1981.

7. ASHRAE. Handbook. Refrigeration Load. Chapter 13. 2006. 8. Gosney, W.B., Olama,. Heat and Enthalpy Gains Through Cold Room

Doorways, California.1975