BAB II. DASAR TEORI TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Definisi Mesin AC Mobil
Mesin AC mobil adalah mesin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan
pendingin sehingga terjadi perubahan panas dan tekanan. Mesin AC mobil
menggunakan bahan pendingin (refrigerant) yang bersirkulasi menyerap panas dan melepaskan panas, serta terjadi perubahan tekanan rendah menjadi tekanan
tinggi. Sirkulasi tersebut berulang secara terus menerus. Dalam sistem AC mobil,
jumlah refrigeran yang digunakan adalah tetap, yang berubah adalah bentuknya.
AC mobildigunakan untuk mendinginkan udara di dalam kabin mobil.
Dalam penulisan skripsi ini penulis menggunakan AC mobil siklus
kompresi uap dengan putaran kompresor 1700 rpm.
Gambar 2.1 AC mobil
(Sumber : http://topbengkel.blogspot.com/2011/11/image-series-car-air-conditioner_10.html)
Gambar 2.2 Pemasangan AC pada mobil (Sumber : http://repairpal.com/heating-ac)
2.1.2. AC Mobil menggunakan Siklus Kompresi Uap
AC mobil pada umumnya bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen
utama AC mobil dengan siklus kompresi uap terdiri dari kompresor, katup
ekspansi, kondensor dan evaporator. Kompresor berfungsi untuk menaikkan
tekanan dan mensirkulasikan refigerant. Katup ekspansi berfungsi untuk menurunkan tekanan refigerant. Evaporator berfungsi untuk menyerap panas. Kondensor berfungsi untuk membuang panas.
2.1.2.1. Kompresor
Kompresor adalah suatu alat dalam AC mobilyang cara kerjanya dinamis
rendah ke tekanan tinggi). Kompresor bekerja menghisap sekaligus memompa
refigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refigerant. Kompresor yang sering dipakai pada AC mobil adalah : swash plate, resipro (crank shaft) dan
wobble plate . Pada kompresor jenis swash plate, gerakan torak diatur oleh swash plate pada jarak tertentu dengan 6 atau 10 silinder. Ketika salah satu sisi pada torak melakukan langkah tekan, maka sisi yang lainnya melakukan langkah isap.
Pada dasarnya, proses kompresi pada tipe ini sama dengan proses kompresi pada
kompresor tipe crank shaft. Perbedaannya terletak pada adanya tekanan oleh katup isap dan katup tekan. Selain itu , perpindahan gaya pada tipe swash plate
tidak melalui batang penghubung (connecting rod), sehingga getarannya lebih kecil.
(b)
Gambar 2.3 Kompresor jenis swash plate (a) dan potongan (b)
(Sumber : http://globaldensoproducts.com/climate-control/car-air-conditioning-system/compressor/swash-plate-fixed-displacement-compressor/)
Selain kompresor swash plate terdapat juga kompresor resipro (crank shaft) dan wobble plate yang biasa digunakan dalam mesin AC mobil. Kompresor resipro (crank shaft) bekerja dengan memanfaatkan gerak putar dari mesin yang diterima oleh crank shaft kompresor. Di dalam kompresor gerak putar dari crank shaft diubah menjadi menjadi gerak bolak balik torak untuk menghisap dan memampatkan refrigerant. Prinsip kerja kompresor torak terdiri dari dua langkah, yaitu langkah hisap dan langkah kompresi. Saat langkah hisap torak bergerak
turun dari titik mati atas ke titik mati bawah, volume silinder mengembang
sehingga tekanan di dalam silinder turun atau terjadi kevakuman di dalam silinder.
Akibatnya katup hisap membuka dan refrigerant masuk ke dalam silinder. Proses ini berlangsung sampai torak mencapai titik mati bawah. Pada langkah kompresi,
pemampatan sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Akibat tekanan
refrigerant yang tinggi, katup hisap akan menutup dan katup buang membuka sehingga refrigerant keluar dan mengalir ke kondensor.
Gambar 2.4 Kompresor resipro (crank shaft)
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian-kompresor-resipro.png)
Sedangkan kompresor wobble plate adalah kompresor yang mempunyai sistem kerja sama dengan kompresor tipe swash plate. Namun dibandingkan dengan kompresor tipe swash plate, penggunaan kompresor tipe wobble plate
lebih menguntungkan, diantaranya adalah kapasitas kompresor dapat diatur secara
otomatis sesuai dengan kebutuhan beban pendinginan. Selain itu, pengaturan
kapasitas yang bervariasi akan mengurangi kejutan yang disebabkan oleh kopling
magnet (magnetic clutch). Cara kerjanya, gerakan putar dari poros kompresor diubah menjadi gerak bolak-balik oleh plat penggerak (drive plate) dan wobble plate dengan bantuan guide ball. Gerakan bolak-balik ini selanjutnya diteruskan
ke torak melalui batang penghubung. Berbeda dengan jenis kompresor swash plate, kompresor jenis wobble plate hanya menggunakan satu torak untuk satu silinder. Meskipun jenis kompresor wobble plate mempunyai cara kerja dan konstruksi yang berbeda, namun pada prinsipnya sama, yaitu menekan refrigerant
dan menghasilkan laju aliran massa refrigerant.
Gambar 2.5 Kompresor wobble plate
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian-kompresor-tipe-wobble-plate.png)
Kompresor bekerja secara dinamis atau bergerak. Pergerakanya dengan
menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi (perputaran)
udara yang mengalir dari pipa‐pipa AC mobil. Fase refrigerant ketika masuk dan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panas
lanjut. Suhu gas refigerant keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerja kondensor.
2.1.2.2. Kondensor
Kondensor adalah alat yang befungsi sebagai tempat kondensasi atau
penurunan suhu refigerant dari gas panas lanjut ke gas jenuh, proses dari gas jenuh ke cair jenuh, dan proses pendinginan lanjut. Proses pengembunan
refrigerant dari kondisi gas jenuh ke cair jenuh berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap. Saat ketiga proses berlangsung, kondensor mengeluarkan kalor
dari refrigerant ke udara lingkungan. Kalor yang dilepaskan kondensor dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Berdasarkan media pendinginannya,
kondensor dibagi menjadi 3 macam, yaitu kondensor berpendingin air, kondensor
berpendingin udara dan kondensor berpendingin air serta udara.
Kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin kapasitas kecil
adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, pipa dengan pelat besi dan pipa dengan
bersirip. Pada umumnya jenis kondensor yang sering dipakai pada AC mobil
adalah jenis pipa bersirip. Pada penelitian ini, kondensor yang digunakan adalah
kondensor pipa bersirip.
Gambar 2.6 Kondensor pipa bersirip
(Sumber : http://www.carid.com/replace/a-c-condenser-mpn-cnddpi4011.html)
2.1.2.3. Evaporator
Evaporator adalah tempat terjadinya perubahan fase refrigerant dari cair menjadi gas (penguapan). Pada saat proses perubahan fase, diperlukan energi
kalor. Energi kalor diambil dari lingkungan evaporator. Untuk AC mobil, energi
kalor diambil dari beban pendinginan di ruangan kabin mobil. Proses penguapan
freon di evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator
yang banyak digunakan pada AC mobiladalah pipa bersirip.
Gambar 2.7 Evaporator pipa bersirip
(Sumber : http://www.carid.com/auto7/ac-evaporator-core.html)
2.1.2.4. Katup ekspansi
Katup ekspansi adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini
mempunyai dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigerant dan untuk mengatur aliran refigerant ke evaporator. Katup ekspansi merupakan suatu pipa dan katup yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan dengan
pipa‐pipa lainnya. Penurunan tekanan refrigerant dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam katup ekspansi. Proses penurunan tekanan dalam katup
ekspansi diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan atau sering disebut
isoenthalpy (proses yang ideal ). Pada saat refrigerant masuk ke dalam katup ekspansi, refrigerant berada dalam fase cair penuh, tetapi ketika masuk evaporator fase refrigerant berupa campuran fase cair dan gas.
Gambar 2.8 Katup Ekspansi
(Sumber : http://www.asia.ru/en/ProductInfo/931301.html )
2.1.2.5. Receiver/Drier
Receiver/drier merupakan tabung penyimpan refrigerant cair, berisikan fiber dan desiccant (bahan pengering) untuk menyaring benda-benda asing dan uap air yang terikat pada sirkulasi refigerant. Receiver/Drier menerima cairan refrigerant bertekanan tinggi dari kondensor dan mengalirkan ke katup ekspansi (katup ekspansi). Filter / Reciever drier mempunyai 3 fungsi , yaitu : menyimpan refigerant, menyaring benda-benda asing dan uap air dan memisahkan gelembung gas dengan cairan refrigerant sebelum dimasukkan ke katup ekspansi.
Receiver drier dilengkapi dengan filter,desiccant, sight glass dan fusible plug.Filter berfungsi membersihkan kotoran yang ada dalam refrigerant. Jika
refrigerant kotor akan menyebabkan karat pada komponen-komponen pada sistem AC. Desiccant berfungsi untuk mencegah terjadinya pembekuan kotoran di dalam lubang katup ekspansi dan evaporator. Kotoran yang membeku tersebut
menghambat aliran refrigerant, fusible plug berfungsi sebagai alat sebagai alat pengaman . Jika kondensor rusak atau beban pendinginan berlebihan, maka
tekanan akan merusak komponen, dalam keadaan ini solderan khusus pada fusible plug meleleh sehingga refigerant dapat keluar. Dengan demikian, komponen tidak rusak dan solderan khusus tersebut meleleh pada suhu 950C sampai dengan
1000C.
Gambar 2.9 Receiver/Drier
(Sumber :
http://www.autoatlanta.com/porsche- parts/accessories.php?sec=Body&model=944%201982-85&subsec=A/C-and-Climate-Control)
2.1.2.6. Blower
Blower adalah alat yang berfungsi mensirkulasikan udara di dalam dan di luar kabin. Umumnya, blower yang sering digunakan adalah bertipe sirrocco.
Blower pada kabin terdiri atas motor penggerak dan blower/ sudu-sudu yang digerakkan. Blower berfungsi untuk memasukkan udara segar dan mensirkulasikan udara hasil pengkondisian ke dalam kabin.
Gambar 2.10 Blower
2.1.2.7. Kopling Magnet
Kopling magnet adalah alat yang berfungsi menghubungkan dan
memutus kompresor dengan motor penggeraknya. Cara kerja kopling magnet :
bila sakelar dihubungkan, magnet listrik akan menarik plat penekan sampai
berhubungan dengan roda pulley dan poros kompresor terputar. Pada waktu
sakelar diputuskan pegas plat pengembali akan menarik plat penekan sehingga
putaran motor penggerak terputus dari poros kompresor (putaran mesin hanya
Gambar 2.11 Kopling Magnet
(Sumber : http
://m-edukasi.kemdikbud.go.id/online/2008/sistemac/komponen.html)
2.1.3. Bahan Pendingin (Refrigerant)
Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang
mudah diubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Bahan pendingin
ini disebut refrigerant. Refrigerant yaitu fluida atau zat pendingin yang memegang peranan penting dalam sistem pendingin. Refrigerant digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan
membuang panas melalui perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi).
Refrigerant mengalami beberapa proses atau perubahan fase (cair dan uap), yaitu
refigerant yang mula-mula pada keadaan awal (cair) setelah melalui beberapa proses akan kembali ke keadaan awalnya. Berikut beberapa contoh refrigerant
yang ada di lapangan.
2.1.3.1. Udara
Penggunaan udara sebagai refrigerant umumnya dipergunakan dipesawat terbang, sistem pendingin menggunakan refrigerant udara menghasilkan COP yang rendah tetapi aman.
2.1.3.2. Amoniak (NH3)
Amoniak adalah satu-satunya refrigerant selain kelompok fluorocarbon
yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun amoniak (NH3) beracun dan
kadang-kadang mudah terbakar atau meledak pada kondisi tertentu, namun
amoniak (NH3) biasa digunakan pada instalasi-instalasi suhu rendah pada industri
besar.
2.1.3.3. Karbondioksida (CO2 )
Karbondioksida merupakan refrigerant pertama dipakai seperti halnya amoniak. Refrigerant ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan cara sentuhan langsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya yang
tinggi membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu rendah, untuk suhu
tinggi digunakan refrigerant lain. Pada mobil produksi baru, beberapa jenis mobil menggunakan CO2 untuk refrigerant mesin pendingin udaranya.
2.1.3.4. Refrigerant-12
Refrigerant ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia CCl2 F2(Dichloro Difluoro Methane). Refigerant jenis ini dilarang digunakan pada saat ini karena tidak ramah lingkungan. R-12 mempunyai titik didih -21,6 oF
(-29,8 oC) pada tekanan 1 atm. Untuk melayani refrijerasi rumah tangga dan
didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif.
2.1.3.5. Refrigerant -22
Refrigerant ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia CHClF2 . R-22 mempunyai titik didih -40,8 oC pada tekanan 1 atm. Refrigerant
ini telah banyak digunakan untuk menggantikan R-12, tetapi pada saat ini
penggunaan refigerant jenis ini dilarang untuk digunakan karena kurang ramah lingkungan.
2.1.3.6. HFC (Hydro Fluoro Carbon)
Refrigerant jenis ini yang saat ini paling sering digunakan karena memiliki sifat yang ramah lingkungan sehingga tidak merusak lapizan ozon.
Pada saat ini penulis memilih menggunakan jenis refigerant yang aman dipergunakan dalam sistem pendingin. Maka refigerant yang dipilih adalah
refigerant jenis HFC (hydro fluoro carbon) atau R-134a. Freon 134a ataupun HFC-134a adalah refrigerant haloalkana yang tidak menyebabkan penipisan ozon dan memiliki sifat-sifat yang mirip dengan R-12 (diklorodiflorometana). R134a
mempunyai rumus molekul CH2FCF3 dan titik didih pada−96,6 °C pada tekanan 101,321 kPa (1 atm). Secara khusus sifat dari refigerant 134a adalah tidak mudah terbakar, tidak merusak lapisan ozon, tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau,
relatif mudah diperoleh, memiliki kestabilan yang tinggi, dan umur hidup
atmosfer pendek.
2.1.4. Siklus Kompresi Uap
Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor,
evaporator, kondensor dan katup ekspansi. Gambar 2.12. adalah skema susunan
komponen utama dari kompresi uap.
Gambar 2.12 Skema siklus kompresi uap
2.1.5. Tahapan Siklus Kompresi Uap
Untuk mengetahui tahapan siklus kompresi uap pada AC mobil, digunakan
diagram P-h. Dengan adanya diagram P-h, dapat diketahui proses-proses yang
terjadi dalam suatu siklus kompresi uap pada AC mobil. Siklus kompresi uap
Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h.
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s.
Keterangan proses-proses pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14 adalah sebagai
berikut :
Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigerant pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap panas lanjut (superheated) bertekanan rendah,
setelah mengalami kompresi refrigerant akan menjadi uap panas lanjut (superheated) bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik
(iso entropi atau entropi tetap), maka temperatur keluar kompresor pun
meningkat. Proses 1 - 2 adalah kompresi isentropik adiabatis. Dalam proses ini
diperlukan tenaga dari luar untuk menggerakkan kompresor (Win).
Proses 2-2’ (Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut)
Proses ini adalah proses penurunan suhu dari das panas lanjut ke gas jenuh.
Proses ini berlangsung di kondensor. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap.
Pada saat proses, kalor dari refrigerant dibuang keluar, sehingga suhunya turun. Perpindahan kalor dapat terjadi karena suhu refrigerant lebih tinggi dibandingkan dengan suhu udara di sekitar kondensor.
Proses 2’-3’ (Proses Pengembunan)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigerant yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi akan membuang kalor sehingga fasenya berubah dari gas
jenuh menjadi cair jenuh. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi
pertukaran kalor antara refrigerant dengan lingkungannya. Proses ini berlangsung pada tekanan dan suhu tetap, meskipun refrigerant mengeluarkan kalor.
Proses 3’-3 (Proses Pendinginan Lanjut)
Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan
lanjut membuat membuat refrigerant yang keluar dari kondensor benar-benar dalam keadaan cair. Hal ini membuat refrigerant lebih mudah mengalir melalui
katup ekspansi dalam sebuah sistem pendingin. Proses ini terjadi pada entalpi
tetap.
Proses 3-4 (Proses Penurunan Tekanan)
Proses penurunan tekanan ini berlangsung di katup ekspansi. Pada proses ini
tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan temperatur.
Katup ekspansi selain berfungsi menurunkan tekanan dan suhu, berfungsi untuk
mengatur laju aliran refrigerant. Pada proses ini, refrigerant mengalami perubahan fase dari fase cair menjadi campuran cair dan gas.
Proses 4-1’(Proses Pendidihan)
Proses ini berlangsung didalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan
diserap oleh cairan refrigerant bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fase dari campuran cair dan gas menjadi gas bertekanan rendah. Kondisi
refrigerant saat masuk evaporator dalam fase campuran cair dan gas. Proses pendidihan berlangsung pada tekanan konstan, dan suhu konstan.
Proses 1’-1 (Proses Pemanasan Lanjut)
Pada proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Proses berlangsung pada
tekanan konstan. Dengan adanya pemanasan lanjut, refrigerant yang akan masuk ke dalam kompresor benar-benar dalam kondisi gas. Hal ini membuat kompresor
bekerja lebih ringan dan aman.
2.1.6 Rumus-Rumus Perhitungan Karakteristik Untuk Mesin Pendingin.
Dalam analisa unjuk kerja mesin pendingin diperlukan beberapa rumusan
per satuan masa refrigerant, kalor yang diserap evaporator per satuan massa
refrigerant, COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran massa. a) Kerja Kompresor.
Besar kerja kompresi per satuan massa refrigerant dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.1).
Win = h2– h1 (2.1) Pada Persamaan (2.1) :
o Win : kerja kompresor persatuan massa refrigerant(kJ/kg)
o h1 : entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg) b) Kalor yang dilepas kondensor
Besar kalor per satuan massa refrigerant yang dilepas kondensor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.2)
Qout = h2– h3 (2.2) Pada Persamaan (2.2) :
o Qout : besar kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg)
o h3 : entalpi refrigerant saat masuk katup ekspansi (kJ/kg)
c) Kalor yang diserap evaporator
Besar kalor per satuan massa refrigerant yang diserap evaporator dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.3)
Qin = h1– h4 (2.3) Pada Persamaan (2.3) :
o Qin : besar kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator (kJ/kg)
o h1 : entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h4 : entalpi refrigerant saat masuk evaporator (kJ/kg) d) Coefficient Of Performance (COP aktual)
COP dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari siklus refrijerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin pendingin maka
akan semakin baik mesin pendingin tersebut. COP tidak mempunyai satuan
karena merupakan perbandingan antara dampak refrigerasi (h1-h4) dengan kerja
kompresor (h2-h1) dinyatakan dalam Persamaan (2.4)
COP aktual =
ℎ −ℎ4ℎ −ℎ (2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
o COP aktual : koefisien prestasi mesin AC mobil aktual
o h1 : entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg)
o h2 : entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg)
o h4 : entalpi refrigerant saat masuk evaporator (kJ/kg) e) COP ideal (Coefficient Of Performance).
Besarnya koefisien yang menyatakan performance dalam posisi ideal pada siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)
COP ideal = �
� −� (2.5)
o COP ideal : koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil,
o Te : suhu evaporator (K)
o Tc : suhu kondensor (K)
f) Efisiensi mesin AC mobil
Besarnya efisiensi mesin AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2.6)
h = � � �
� � � � % (2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
o COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil
o COPaktual : koefisien prestasi aktual mesin AC mobil
g) Laju liran massa refrigerant.
Besarnya laju aliran massa refrigerant dapat dihitung dengan mempergunakan Persamaan (2.7) m = � / �� = �� (2.7) Catatan : 1 watt = 1 J/s Pada Persamaan (2.7) :
o m : laju aliran massa refrigerant (kg/s)
o V : Voltase kompresor (v)
o I : Arus kompresor (ampere)
o Win: kalor besar kerja kompresor (kJ/kg)
Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, besaran yang penting seperti
kerja kompresor, kerja kondensor, kerja evaporator dan COP dalam siklus
kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dapat diketahui.
Dalam penggunaan diagram entalpi-tekanan tergantung jenis bahan pendingin
(refrigerant) yang dipakai. Untuk diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigerant
Gambar 2.15. Grafik P-h untuk refrigerant R134a (Sumber : http://www.engr.siu.edu)
2.1.7. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor (heat transfer) terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara kedua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada
kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang
berpindah biasanya disebut dengan istilah kalor (heat). Kalor (heat) akan selalu bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Proses ini akan berlangsung
secara terus menerus sampai tidak ada perubahan temperatur diantara kedua
medium tersebut. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan berbagai cara seperti
perpindahan kalor konduksi, perpindahan kalor konveksi dan radiasi. Namun
dalam mesin pendingin perpindahan panas terjadi hanya melalui perpindahan
panas secara konduksi dan konveksi.
a. Perpindahan Kalor Konduksi
Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai
bagian-bagian zat perantaranya. Perpindahan panas secara konduksi dapat
berlangsung pada benda padat, cair dan gas. . Untuk zat cair dan gas, kondisi zat
cair dan gas harus dalam keadaan diam atau tidak bergerak. Contoh perpindahan
kalor secara konduksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan sebatang besi yang
ujungnya dipanasi dengan api, sehingga ujung satunya akan ikut menjadi panas.
Gambar 2.16 memperlihatkan perpindahan kalor secara konduksi yang
dapat dirumuskan sebagai pesamaan laju umum untuk perpindahan kalor
Gambar 2.16 Perpindahan kalor konduksi. q = - k A.∆� ∆� = - kA. � −� ∆� ( 2.8) Pada Persamaan (2.8) :
q : laju perpindahan panas, watt
k : konduktifitas thermal bahan, w/moC
.∆�
∆� = gradien suhu perpindahan kalor, oC/m
∆� : tebal dinding, m
∆� : perubahan suhu, oC
� : suhu dinding 1, oC
� : suhu dinding 2, oC
A : luas penampang benda, m2
Pada persamaan (2.8) memperlihatkan bahwa laju perpindahan kalor
bernilai minus (-) karena kalor akan selalu berpindah ketemperatur yang lebih
rendah
b. Perpindahan Kalor Konveksi
Kalor konveksi adalah perpindahan kalor dengan disertai perpindahan
molekul molekul atau zat perantaranya. Dengan kata lain, perpindahan kalor
perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah saat proses
merebus air.
Gambar 2.17 Perpindahan Kalor Konveksi
Gambar 2.17 memperlihatkan perpindahan kalor secara konveksi atau
sering dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan
seperti pada Persamaan 2.9.
q = hA(Ts−T∞) (2.9) Pada persamaan (2.9) :
q : laju perpindahan panas, watt
h : koefisien perpindahan panas konveksi, watt/m2.oC
A : luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida, m2
Ts : temperatur permukaan, oC
T∞ : temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan, oC
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang
mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung
pada benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu
konveksi paksa dan konveksi bebas. Berikut penjelasan dan contoh dari keduanya:
Konveksi bebas adalah konveksi yang disebabkan oleh beda suhu dan
perbedaan massa jenis dan tanpa peralatan bantu penggerak dari luar yang
mendorongnya. Jadi aliran fluida atau udara pada konveksi bebas terjadi karena
adanya perbedaan kerapatan. Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar
tanpa ada sumber gerakan dari luar yang menggerakkan udara.
b) Konveksi paksa (forced convection)
Pada konveksi paksa perpindahan panas aliran gas atau fluida disebabkan
adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air
atau udara dengan blower.
2.1.8 Beban Pendinginan