jurnal_rekayasa_1423656345.pdf

7/23/2019 jurnal_rekayasa_1423656345.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/jurnalrekayasa1423656345pdf 1/6

75

RANCANGAN BANGUN MODEL MESINPENDINGIN TERPADU

PENGHASIL ES SERUT

Agus Slamet, Wahyu Djalmono P.

Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri SemarangJl. Prof. Soedarto,S.H.,Tembalang, KotakPos 6199/SMG, Semarang 503293Telp. 024-7473417, 024-7466420 (hunting), Fax. 024-7472396

Abstrak

Untuk mendapatkan efek pendinginan yang merata dan praktis penempatannya, es dibuat dalam bentuk

serutan atau es serut (ice planer). Menghasilkan es serut dalam jumlah banyak biasanya es blok dibawa

ke mesin penyerut es tersendiri sehingga diperlukan energy untuk transportasi dari mesin freezer ke

mesin penyerut es sehingga tidak efisien. Pemecahan masalah ini bias dikembangkan dengan pembuatan

model mesin refrigerasi terpadu dengan keluaran produk es dalam bentuk serutan. Pada model ini akan

memadukan mesin freezer dengan mesin serut secara compact ,sehingga menjadi satu mesin keluaran

produknya langsung berupa es serut (ice planer). Komponen utama model mesin ini adalah kompresor

refrigeran hermatic, evaporator jenis bar-tube, piston-liner digunakan untuk mencetak es blok danmendorongnya menuju menyerut. Metode penelitian yang dilakukan melalui tahapan perancangan dan

pembuatan model mesin refrigerasi terpadu dan pengujiannya. Prosedur pengujian menggunakan air

temperatur 250C sebagai sampel uji dimasukan di dalam piston-liner pada mesin refrigerasi.

Pengambilan data pengujian dengan cara menghidupkan mesin refrigerasi terpadu dan mengamati

temperatur evaporator kondensor dan sampel uji, waktu pembekuan dan penyerutan sampel uji (produk)

yang dihasilkan. Dari data pengujian didapatkan tingkat keadaan tunak (steady state) model mesin ini

pada temperature sekitar -150C butuh waktu 20 menit sebelum diberi beban pendinginan. Waktu

pembekuan dari sampel uji menjadi es blok -50C adalah 90 menit, waktu penyerutan dibutuhkan waktu

18 menit, sehingga waktu total untuk merubah air 250C menjadi es serut -5

0C adalah 108 menit. Ukuran

rata-rata panjang dan diameter es serut yang dihasilkan sekitar 6 mm dan 4 mm.

Kata kunci : “refrigerasi”, “terpadu”, “esserut”

1. Pendahuluan

Pada rancangan sistem refrigerasi pada

model mesin penghasil es serut yang

dilatarbelakangi bahwa, pendinginan pada

produk makanan, farmasi dan obat-obatan

menggunakan es blok kurang efektif untuk

mendapatkan efek pendinginan yang merata

dan kurang praktis, makasalah satu

alternative solusinya adalah dengan

mengganti bentuk es blok diganti denganbentuk es serut/ ice planer . (Agus Slamet,

2011)

Rancangan system refrigerasi tersebut

memadukan mesin freezer dengan mesin

serut, dengan komponen utamanya antara

lain rangka utama, system refrigerasi, poros

engkol, piston-liner, motor listrik, reduser,

dinding komposit, pemukul dan penyerut es

blok. Berdasarkan dari hasil rancangan ini

akan dibuat Rancang Bangun Model Mesin

Pendingin Terpadu Penghasil Es Serut yang

keluaran produknya langsung berupa es serut

(ice planer ), mempunyai kapasitas es serut 1

kg/jam menggunakan bahan baku air

bertemperatur 30 0C. Untuk mengetahui

unjuk kerja model mesin pendingin terpadu

ini perlu dilakukan pengujian berdasarkan

waktu pembekuan, waktu penyerutan dan

bentuk dimensi es serut yang dihasilkan.

Hasil dari penelitian ini diharapkanbermanfaat untuk pengembangan dan inovasi

untuk memadukan mesin refrigerasi dengan

mesin penyerut es mesin menjadi model

mesin refrigerasi terpadu yang compact, dan

digunakan sebagai dasar penelitian lanjutan

untuk menghasilkan prototype mesin

refrigerasi terpadu dengan keluaran produk

es dalam bentuk serutan.

Prinsip rancang bangun system refrigerasi ini

mengacu berdasarkan Siklus dari systemrefrigerasi adalah sebagai berikut :



76

Gambar 1. Diagram Blok & Diagram T-s

SiklusKompresiUapStandar

(W.F.Stoecker,1998)

Siklus ini digunakan sebagai dasar untukmenentukan kapasitas pendinginan dan kerjakompresor dengan persamaan aliran energypanas spesifik ( Kharagpur, 2008) :Qin = h1 –h4 atau RE = h1 –h4 (kJ/kg)

Kerja kompresor spesifik menggunakanpersamaan (Michael J. Moran, 2006) :W C = h1 – h2 (kJ/kg) Menentukan beban pendinginan salahsatunya adalah beban transmisi yaitu aliranenergy panas yang mengalir melalui dindingkomposit, dengan menggunakan persamaansebagai berikut (Frank P. Incropera, David P.DeWitt, 1996 ) :

Gambar 2. Rangkain Termal Ekuivalen

Pada Dinding Datar Komposit

Laju perpindahan energy panas (pinerpan)satu dimensi system ini adalah:

∑∞∞ −

=t

x R

T T q 4.1. (Watt)

T∞,1- T∞,4 adalah perbedaan temperatur totaldan melibatkan semua tahanan termal yangada, sehingga:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ){ } Ah Ak L Ak L Ak L Ah

T T q

C C B B A A

x

41

4.1.

/ 1 / / / / 1 ++++

−= ∞∞

Persamaan laju pinerpan ini juga biasanyadiekspresikan dengan menggunakankoefisien pinerpan total (overall heat transfer

coefficient ) U, yaitu :UA = 1/Rtot

T UAq x

∆=. (Watt)

2. Metode Penelitian

a. Perancangan dan Pembuatan Model MesinRefrigerasi Terpadu

Model mesin refrigerasi terpadu mempunyai4 komponen utama yang harus dirancang dandibuat atau dipilih sesuai dengan fungsinya.Komponen-komponen tersebut adalah :1) Kompresor refrigerant hermatic dengan

kapasitas daya 1 hp yang berfungsi untukmenaikan tekanan refrigerant kekondensordan untuk mengatasi beban pendinginpada evaporator.

2) Evaporator jenis bar-tube, yang dapatmenurun kan temperature refrigeran -100

C berfungsi sebagai penyerap energypanas pada beban produk berupa airsehingga dapat membeku sampai menjadies bertemperatur -50 C.

3)

Piston dan Liner mempunyai kapasitasvolume 1 liter digunakan untuk mencetakes blok dan mendorongnya denganputaran poros engkol menuju mesinpenyerut es.

4) Mesin penyerut es jenis pilar dengan inputdaya 0,5 hp yang dimodifikasi sebagaidapat menghasilkan es serut (ice planer )yang berasal dari piston dan linerpenghasil es blok.



77

b. Pengujian Model Mesin RefrigerasiTerpadu

Langkah-langkah pengujian model mesinrefrigerasi terpadu sebagai berikut :Model mesin refrigerasi terpadu diseting

pada posisi yang mudah dan aman untukmengoperasikan dan pengambilan data.Mesin refrigerasi dihidupkan sampaimencapai kondisi tunak (steady state) dengantemperatur kerja evaporator mencapai -100 C,selanjutnya Masukan sample uji air 1 kgdengan temperatur ± 250C ke dalam liner dantutup rapat ruang pendinginan dari bahandinding komposit.Waktu pengukuran temperatur dilakukan

setiap 10 menit pada evaporator dan air didalam liner, jumlah waktu tersebut sebagaidata saat air sudah membeku dengantemperatur -50C. Pengaturan timer kontakmotor listrik kondisi on dilakukan padawaktu tersebut di atas, sehingga motormemutar poros engkol dan piston mendorongkeluat es blok menuju mesin penyerut dandiputar di dalamnya menjadi es serut.Pengambilan data waktu penyerutan dimulaisampai semua es block menjadi es serut,

selanjutnya dilakukan pengukuran dimensirata-rata butiran es serut.Langkah pengujian sampel uji untukpengambilan data dilakukan 10 kali dengantingkat keadaan sampel uji sama setiappengujian.Data pengujian tersebut berupawaktu pembekuan, temperatur produk yangdihasilkan, temperatur kerja evaporator, dankecepatan atau waktu penyerutan es dengandimensi rata-rata es serut. Dari data-datatersebut dapat ditentukan unjuk kerja dan

karakteristik model mesin refrigerasi terpadudengan keluaran produk es dalam bentukserutan.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Perancangan dan Pembuatan Alat

Model Mesin Refrigerasi Terpadu PenghasilEs Serutan mempunyai empat komponenutama diantaranya kompresor refrigeranhermatic, evaporator jenis bar-tube,

rangkaian sistem piston dan liner dan mesinpenyerut es jenis pilar. Perancangan keempat

komponen tersebut dilakukan berdasarkandari data yang didapat pada observasi awal,untuk Kompresor refrigeran hermatic dengan

jenis refrigeran R 134a berkapasitas 1 hpdipilih dari kompresor refigeran bekas untuk

kulkas Toshiba yang menggunakan pasokandaya listrik. (Wahyu Djalmono dkk, 2012)

Gambar 3.Kompresor Refrigeran Hermatic

Evaporator jenis bar-tube dirancangberdasarkan perhitungan beban pendinginan,tube dipilih dari pipa tembaga Ø 1 inch.Panjang pipa evaporator hasil perhitungandirancang berbentuk spiral dan dililitkanpada liner tempat menyimpan air untuk

menjadi es blok.

Gambar 4. Evaporator jenis Bar-Tube

Pembuat es blok dibuat dari rangkaian pistondan liner yang juga dilengkapi denganconecting rod sebagai rangkaian mekanismeyang digerakan oleh motor listrik untukmengeluarkan es blok dari liner kemudianmeluncur menuju mesin penyerut es. Rakitanpiston-liner ini dibuat dari bekas mesin diesel

satu silinder yang dimodifikasi mempunyaikapasitas menampung air 1 liter.



78

Gambar 5. Rangkaian Sistem Piston-Liner

Mesin penyerut es jenis pilar dibuat daripenyerut es manual yang penyerutannyadengan cara berputar dilakukan modifikasiagar dapat diputar menggunakan motorlistrik. Putaran dan daya poros dari motorlistrik yang digunakan sama dengan dayaporos untuk menggerakan mekanismerangkaian sistem piston-liner.

Gambar 6. Mesin Penyerut Es

Perakitan dilakukan pada keempat komponenutama tersebut sehingga menghasilkanModel Mesin Refrigerasi Terpadu DenganKeluaran Produk Es Dalam Bentuk Serutan(Mohammad Romiyadi,dkk, 2011) yangmempunyai kapasitas tiap siklus 1 kg esserut.

Gambar 7. Model Mesin Refrigerasi

Terpadu Dengan Keluaran

Produk Es Dalam BentukSerutan

3.2. Pengujian Model Mesin Refrigerasi

Terpadu

Pengujian dilakukan dengan menggunakansampel uji air dengan massa 1 kgbertemperatur 250C. Mesin refrigerasidihidupkan sampai mencapai kondisi tunak(steady state) dengan temperature kerja

evaporator mencapai -10

0

C, selanjutnyamasukan sample uji air kedalam liner dantutup rapat ruang pendinginan dari bahandinding komposit. Waktu pengukurantemperature dilakukan setiap 5 menit padaevaporator dan air di dalam liner, jumlahwaktu tersebut sebagai data saat air sudahmembeku dengan temperatur -5 0C. Saat airdi dalam liner sudah membeku dan mencapaitemperature pembekuan yang telahditentukan, maka system mekanis piston-

liner dan mesin penyerut dihidupkan. Sistemmekanis ini akan bekerja yang menyebabkanes blok berbentuk silinder di dalam liner akanterdorong keluar dan meluncur menuju mesinpenyerut. Pengamatan yang dilakukan padaproses penyerutan adalah waktu yangdibutuhkan untuk menyerut es blok dandimensi atau bentuk produk es serutnya.



79

Hasil pengujian data yang diperolehmenunjukan bahwa temperatur dan tekaanankerja evaporator tingkat keadaan tunak(steady state) berturut-turut adalah rata-rata -15,630C dan 1,8 psi, waktu tingkat keadaan

transient yang dibutuhkan adalah 20 menit.Temperatur dan tekanan kerja kondensortingkat keadaan tunak dicapai berturut-turutpada 350C dan 129 psi, waktu yangdibutuhkan untuk tingkat keadaantransiennya adalah 40 menit. Sampel ujiberupa air 1 kg di dalam liner membekumenjadi es blok temperatur sekitar -50Cdibutuhkan waktu pembekuannya sekitar 90menit. Memproses es blok berbentuk silindermenjadi es serutan waktu yang dibutuhkan

adalah 18 menit.Hasil pengukuran daripengujian ini dapat dilihat pada grafik yangterdapat di gambar sebagai berikut :

Gambar 8. Grafik Perubahan Temperatur

Terhadap Waktu Pendinginan

Gambar 9. Grafik Perubahan Tekanan

Terhadap Waktu Pendinginan

Pada grafik Gambar 8 temperatur kerjaevaporator mencapai tingkat keadaan tunaksekitar -150C dibutuhkan waktu 20 menittanpa beban pendinginan produk (sampeluji). Temperatur kerja kondensor terlihat

dengan waktu relatif cepat sudah mencapaitingkat keadaan tunak, dan temperaturtersebut tidak terpengaruh pada saat mesinrefrigerasi dibebani pendinginan produk padamenit ke 35 sampai produk berhasildibekukan pada temperatur sekitar -50C. Datatemperatur kerja kondensor tersebutmengindikasikan bahwa beban pendinginanterlalu kecil atau kapasitas kondensor terlalubesar untuk beban pendinginan tersebut.Mengacu pada gambar grafik yang sama

terlihat temperatur produk (sampel uji)menurun cukup tajam dengan membutuhkanwaktu 35 menit untuk menurunkantemperatur produk dari 250C menjadi 00C,sedangkan untuk proses pembekuan atauperubahan fasa dari fasa cair 00C menjadifasa padat -50C terjadi penurunan temperaturyang lambat yaitu membutuhkan waktusekitar 55 menit, sehingga total waktupembekuan produk adalah 90 menit.Berdasarkan grafik pada Gambar 9 terlihatbahwa untuk mencapai tekanan kerjaevaporator maupun kondensor untuk tingkatkeadaan tunak relatif dibutuhkan waktusingkat sekitar 10 menit untuk keduanya.Pembebanan pendinginan produk tidakterlihat mempengaruhi tekanan kerjaevaporator maupun kondensor, ini bisamenjadi salah satu indikasi bahwa kapasitasmaupun spesifikasi kompresor refrigeranhermatic yang digunakan pada mesin

refrigerasi ini sesuai.Bentuk serutan es yang dihasilkan melaluisistem mekanis piston-liner dan mesinpenyerut yang terintegrasi pada mesinrefigerasi adalah lonjong dengan panjangrata-rata 6 mm dan menggumpalmembutuhkan waktu penyerutan sekitar 18menit untuk 1 kg es blok. Bentuk serutan estersebut dihasilkan pada pengaturan posisipisau penyerut es ± 4 mm muncul kepermukaan.



80

4. Kesimpulan

Berdasarkan dari hasil pengujian danpengambilan data serta pembahasannya makadapat dibuat kesimpulan sebagai berikut :- Model Mesin Refrigerasi Terpadu Dengan

Keluaran Produk Es Dalam BentukSerutan dapat berfungsi untukmenghasilkan bentuk produk es serut daribahan 1 kg air.

- Model mesin refrigerasi terpadu ini untukmencapai tingkat keadaan tunak (steady

state), pada temperature dan tekananevaporator -150C dan 2 psi sebelumdiberikan beban pendinginanmembutuhkan waktu sekitar 20 menit.

-

Waktu pembekuan produk (sampel uji)dari temperatur air 250C menjadi es blok -50C adalah sekitar 90 menit.

- Proses penyerutan dari es blok menjadiproduk es serut dibutuhkan waktu 18menit, sehingga waktu total yangdibutuhkan mesin refrigerasi terpadu iniuntuk merubah air bertemperatur 250Cmenjadi es serut -50C adalah 108 menit.

5. Daftar Pustaka

• Agus Slamet, 2011, Rancangan Sistem

Refrigerasi Pada Model Mesin

Penghasil Es Serut, Vol. 6, No. 3Jurnal Teknis, Semarang.

• Frank P. Incropera, David P. DeWitt,1996, Introduction to Heat Transfer,

3nd edition John Wiley & Son, New

York.

• Kharagpur, 2008, Refrigeration And Air

Conditioning, EE IIT, New Delhi.• Mohammad Romiyadi, Dkk, 2011,

Rancang Bangun Model Mesin

Penghasi lSerbuk Es Berkapasitas 1

Kg/Jam, Memadukan Prinsip Mesin

Pendingin Dan Mesin Penghancur

Es, Laporan Tugas Akhir, JurusanTeknik Mesin Polines, Semarang.

• Moran, M.J, Howard N. Shapiro, 2006,Fundamentals of Engineering

Thermodynamics, 5nd edition, John

Wiley & Son, New York.

• Stocker Wilbert F., 1982, Refrigeration

And Air Conditioning, McGraw-Hill,Inc,Sydney.

• Wahyu Djalmono, dkk, 2012, Kajian Model Mesin Refrigerasi Terpadu

Dengan Keluaran Produk Es Dalam

Bentuk Serutan, Laporan PenelitianTerapan, Polines, Semarang.

jurnal_rekayasa_1423656345.pdf

Documents