2. Kopling magnet (Magnetic Clutch)
2.1.2 Siklus Kompresi Uap
Rangkaian siklus kompresi uap disajikan pada Gambar 2.13. Gambar 2.14 siklus kompresi uap pada diagram p-h. Gambar 2.15 menyajikan siklus kompresi uap pada diagram T-s. Pada Gambar – gambar tersebut, Qin adalah
besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dan Win adalah kerja yang dilakukan kompesor persatuan massa refrigeran.
Gambar 2.13 Skema rangkaian komponen mesin kompresi uap mesin AC mobil
Proses yang terjadi pada siklus kompresi uap adalah refrigeran menyerap kalor dari lingkungan yang dipergunakan untuk menguapkan refrigeran sehingga refrigeran berubah menjadi gas. Refrigeran yang berubah fase menjadi gas dikompresikan oleh kompresor menuju kondensor. Di dalam kondensor refrigeran mengalami proses kondensasi. Refrigeran membuang kalor ke lingkungan sehingga refrigeran berubah fase dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh yang disertai penurunan suhu, dari gas jenuh ke cair jenuh dan dari cair jenuh ke cair lanjut. Kemudian refrigeran menuju ke katup ekspansi, katup ekspansi berfungsi menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk ke evaporator. Selain menurunkan tekanan katup ekspansi juga merubah fase dari cair jenuh menjadi campuran cair dan gas, sehingga pada saat refrigeran masuk ke dalam evaporator sudah dalam bentuk campuran dan gas. Di evaporator terjadi perubahan fase dari campuran cair dan gas menjadi gas panas lanjut yang disertai peningkatan suhu sebelum dihisap kembali oleh kompresor. Proses ini akan berlangsung secara berulang-ulang.
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap pada diagram P-h
Gambar 2.15 Siklus komprsi uap pada diagram T-s
Pada siklus kompresi uap tersusun ada beberapa proses. Berikut merupakan proses-proses kompresi uap:
a. Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah gas panas lanjut bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi gas panas lanjut bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Win : besarnya kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)
h1 : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b. Proses (2-2’) adalah desuperheating atau proses penurunan suhu gas panas lanjut
Proses ini adalah proses penurunan suhu dari gas panas lanjut ke gas jenuh. Proses ini berlangsung di kondensor. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap. Pada saat proses, kalor dari refrigeran dibuang keluar, sehingga suhunya turun. Perpindahan kalor dapat terjadi karena suhu refrigeran lebih tinggi dibandingkan suhu udara di sekitar komdensor.
c. Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair. Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan dengan Persamaan (2.2)
Qout = h2 – h3 (2.2)
Pada Persamaan (2.2):
Qout : besarnya kalor yang dilepas di kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)
h2 : entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
d. Proses (3’-3) adalah subcooling atau pendinginan lanjut
Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan lanjut membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam keadaan cair. Hal ini membuat refrigeran lebih mudah mengalir ke katup ekspansi dalam sistem pendinginan. Proses ini terjadi pada entalpi tetap.
e. Proses ekspansi (3-4)
Proses ekspansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur, atau dapat dituliskan dengan Persamaan (2.3)
h3 = h4 (2.3)
Proses penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan. f. Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur konstan) di dalam evaporator. Kalor dari lingkungan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator adalah campuran cair dan uap, seperti pada titik 4 dari Gambar 2.14. Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)
Qin = h1 – h4 (2.4)
Pada Persamaan (2.4)
Qin : besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)
h1 : entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
g. Proses (1’-1) adalah superheating atau pemanasan lanjut
Proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Proses berlangsung pada tekanan konstan. Dengan adanya proses pemanasan lanjut, refrigeran akan masuk ke kompresor dalam keadaan gas panas lanjut. Hal ini membuat kompresor bekerja lebih ringan dan aman.
h. COPaktual (Coefficient Of Peformance)
COP aktual adalah COP yang sebenarnya dilakukan oleh mesin yang berarti energi yang diserap di evaporator dibandingkan konsumsi energi yang dibutuhkan kompresor, dapat hitung dengan menggunakan Persamaan (2.5)
COPaktual = (h1 – h4) / (h2– h1) (2.5) Pada Persamaan (2.5)
COPactual : koefisien prestasi mesin AC mobil aktual
h1 : Enthalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)
h2 : Enthalpi refrigeran keluar kompresor (kJ/kg)
h4 : Enthalpi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg)
i. COPideal
Perhitungan COP ideal dapat dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.6). COPideal merupakan koefisien prestasi maksimum yang dapat dicapai mesin AC yang bekerja dengan kondisi kerja yang sama.
COPideal= (2.6)
Pada Persamaan (2.6)
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil
Te : suhu mutlak evaporator (K)
j. Efisiensi AC Mobil
Besarnya efisiensi AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7)
Efisiensi = (COPactual : COPideal) × 100% (2.7) Pada Persamaan (2.7)
COPactual : koefisien prestasi mesin AC mobil aktual
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil
k. Laju aliran massa
Laju aliran massa refrigeran dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.8)
ṁ= [(VI)/1000] / Win (2.8)
Pada Persamaan (2.8)
ṁ : laju aliran massa refrigeran, kg/s
v : voltase motor listrik, volt
I : arus kompresor, ampere
Win : daya kompresor, kJ/kg
Untuk mengetahui nilai entalpy dari setiap proses yang bekerja dalam siklus kompresi uap, dapat menggunakan p-h diagram. 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 tergantung jenis pendingin (refrigerant) yang dipakai. Untuk refrigeran 134a disajikan pada Gambar 2.16
Gambar 2.16 Diagram p-h untuk R134a 2.1.3 Sistem Kelistrikan AC Mobil
Sistem kelistrikan pada AC mobil berfungsi untuk mengatur dan menghidupkan kerja dari sistem AC tersebut, Gambar 2.17 menyajikan sistem kelistrikan AC mobil.
Bagian sistem kelistrikan pada AC mobil melipiti 1. Adaptor (Sumber Arus)
Adaptor (Sumber Arus) berfungsi untuk mengubah arus AC (arus bolak-balik) yang tinggi menjadi tegangan DC (arus searah) yang lebih rendah sesuai yang dibutuhkan.
Gambar 2.18 Adaptor 2. Saklar
Saklar berfungsi untuk menghidupkan AC. Dalam saklar terdapat tiga posisi saklar yaitu 1, 2, dan 3. Sebagai urutan pilihan kecepatan pendinginan atau banyaknya udara yang dihisap dari ruangan mobil dan udara dingin yang dikeluarkan dalam sistem AC (evaporator).
3. Saklar Temperatur
Saklar temperatur menghidupkan atau mengaktifkan termostat (pengatur suhu ruangan mobil). Aliran listrik didapat setelah saklar blower aktif, bila saklar blower belum aktif maka saklat temperatur juga belum aktif.
Gambar 2.20 Saklar temperatur 4. Relay
Relay berfungsi sebagai saklar elektronik yang menghubungkan sumber arus dari adaptor untuk disalurkan ke kopling magnet aktif dalam kompresor. Pemasangan relay bertujuan supaya kerja untuk menghidupkan kopling magnet tidak terlalu berat.
Gambar 2.21 Relay 5. Resistor
Resistor berfungsi sebagai penghambat untuk membatasi aliran listrik yang mengalir dalam rangkaian.