1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Siklus-siklus mesin pendingin umumnya memerlukan energi listrik dalam jumlah cukup besar. Kebutuhan energi untuk sistem pengkondisian udara dan penerangan pada gedung-gedung yang tinggi bisa mencapai 90% dari total energi yang dikonsumsinya (Nasution dkk, 2003a; Nasution dkk, 2003b; Nasution dkk, 2005). Perangkat seperti AC mobil dan freezer juga memerlukan energi listrik yang relatif besar, terutama sebagai penggerak kompresor. Kelihatannya sebagian besar perangkat mesin pendingin memiliki potensi yang besar dalam penggunaan energi listrik. Oleh karena itu perlu dipikirkan upaya untuk menghemat energi dari sisi kebutuhan energinya maupun dengan cara memperbaiki efisiensi kerja mesin pendingin.
Pada mesin pendingin AC mobil, langkah yang dapat ditempuh untuk memperbaiki koefisien prestasinya adalah memelihara sistem pendingin dari kebocoran, memilih jumlah isian refrigeran yang mampu memberikan efek pendinginan yang optimal, serta memilih pengoperasian laju aliran udara yang melintas pada kondensor secara tepat.
2
AC mobil yang mengerti dan memahami mengenai kapasitas optimal untuk isian refrigeran. Realitas di lapangan bahwa pengisian refrigeran terkadang hanya didasarkan pada pengalaman pribadi seorang bengkel AC mobil. Kadang-kadang antara bengkel satu dengan lainnya memiliki patokan yang berbeda. Informasi tidak pernah didapatkan secara ilmiah, bagaimana jika seandainya refrigeran yang diisikan itu cukup banyak. Isian refrigeran dapat dirasakan apabila jumlahnya berkurang, maka efek pendinginannya juga berkurang. Fenomena ini menjadi menarik untuk diungkap secara ilmiah, sehingga bisa dijadikan rujukan untuk proses pembelajaran dan kepentingan ilmiah lainnya.
Fenomena lain yang sering ditemui di masyarakat adalah penambahan extra fan bagi para pemilik AC mobil. Ada apakah dibalik perlakuan ini? Apakah dengan pemberian perangkat kipas tambahan (extra fan) akan mampu menaikkan unjuk kerja suatu AC mobil. Tentunya fenomena ini juga belum pernah diungkapkan secara ilmiah. Oleh karena itu, melalui penelitian ini diharapkan mampu mengkaji dan mengungkap secara ilmiah beberapa perilaku tersebut.
1.2 Ruang Lingkup Penelitian
3
c. Analisis dilakukan dengan mengacu pada kaidah termodinamika seperti teori-teori yang berkaitan siklus kompresi uap. Aspek yang ditinjau dalam penelitian ini adalah menganalisis efek pendinginan dan koefisien prestasi.
1.3 Sistematika Penulisan
Untuk memperjelas kandungan laporan ini, maka penulisannya disusun dengan sistematika sebagai berikut. Bab I merupakan pendahuluan yang berisi tentang gambaran umum penelitian meliputi latar belakang masalah dan lingkup pembahasan.
DAFTAR PUSTAKA
Althouse, A.D., Turnquist CH., and Bracciano A.F., 1979, Modern Refrigeration and Air Conditioning, The Goodheart-Willcox Co. inc, Illinois. pp 99-140.
Arismunandar, W. dan Saito, H., 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, pp 95-170.
Boentarto, 2003, Teknik AC Mobil, Penerbit Aneka. Solo.
Cengel, Y.A., and Boles, M.A., 2002, Thermodynamics: an Engineering Approach, Fourth edition, International edition, McGraw Hill Co, New York, pp 563-593.
Effendy, Marwan., 2005., Usaha Peningkatan Prestasi Freezer dengan Melilitkan Pipa Kapiler pada Line Suction, Prosiding Seminar Nasional Efisiensi dan Konservasi Energi, Diponegoro University, ISBN 1907-0063, December 2005, Semarang Indonesia.
Effendy, Marwan., 2005., Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning, Jurnal Teknik GELAGAR vol 16 No 1 April 2005., Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, pp 51-58.
Effendy, Marwan., 2006, Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompresor terhadap Prestasi Kerja Mesin Pendingin AC, Prosiding Seminar Nasional Teknik Mesin, Universitas Kristen Petra, ISBN 979-25-4410-0, February 2006, Surabaya Indonesia.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2003a, Saving Energy for Air Conditioning with Variable Speed and Proportional Control System, Proceeding Malaysia Science and Technology Congress September 2003, Malaysia, pp 843-850.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2003b, Variable Speed of Compressor for Energy Saving of Air Conditioning, Proceedings International Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion Desember 7-11, 2003, Bali, pp 53-1 – 53-9.
Pita, G.E., 1981, Air Conditioning Principles and Systems an Energy Approach, John Willey and Sons, New York, pp 293–321
Stoecker, W.F. dan Jerold, W.J., 1992, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Terjemahan Supratman Hara, Cetakan ke-3, Penerbit Erlangga, Jakarta, pp 1-418
Tanuwijaya, H., Azis, A. dan Setyawan, S. 2004, Unjuk Kerja Refrigerator dengan Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon R 290, Jurnal Poros, Vol.7 No.3 Juli 2004, hal: 153-163
Wertenbach, Jurgen. 2003. Energy Analysis of Refrigerant Cycles. SAE Cooperative Research, Scottsdale, AZ.
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
(Lanjutan tahun ke-2)
OPTIMASI KAPASITAS TEKANAN PENGISIAN REFRIGERAN
DAN LAJU ALIRAN UDARA YANG MELINTASI KONDENSOR
UNTUK MENINGKATKAN PRESTASI KERJA AC MOBIL
Marwan Effendy, ST. MT.
Ir. Tri Tjahjono, MT.
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2010
iii
RINGKASAN
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengoptimisasi penggunaan tekanan isian refrigeran pada sistem pendingin AC mobil terhadap prestasi kerjanya. Isian diekspresikan dengan tekanan pengisian refrigeran yang dimasukan dalam sistem pendingin AC mobil. Cara yang ditempuh yaitu melakukan penelitian secara eksperimental. Unjuk kerja diukur dengan parameter dampak refrigerasi dan koefisien prestasi (COP)
Dalam eksperimen ini diawali dengan perakitan sistem pendingin AC mobil yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Bahan pendingin (fluida kerja) yang dipergunakan adalah refrigeran Freon-12. Untuk keperluan pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, pengukur tekanan, dan termometer yang dipasang menyatu dengan sistem. AC dilengkapi kabin ruangan beban berukuran 60cm x 60cm x 60cm.
Hasil penelitian menunjukkan pada tekanan pengisian refrigeran antara 130-170psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih besar dari 170psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin pada interval temperatur 11-190C. Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. Sistem AC akan bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan mengalami penurunan.
iv
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan penelitian ini dapat terselesaikan.
Riset ini dapat terlaksana atas dukungan dana dari program Hibah Bersaing Dirjen Dikti tahun 2009. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Harun Joko Prayitno, M.Hum selaku Ketua LPPM-UMS yang selalu memberikan dukungan dan motivasi dalam melakukan penelitian.
2. DP2M Ditjen Dikti atas dukungan dananya dalam pelaksanaan penelitian ini. 3. Saudara Desi Arna, Riski Budi Yuliawan, Yogi Kuncoro, dan Suyadi Narto
atas kerja sama dan kontribusinya dalam membantu pelaksanaan penelitian. 4. Semua pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu.
Sebagai peneliti, saya menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, meskipun demikian semoga dapat bermanfaat dalam pengembangan keilmuan. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati melalui e-mail effendy@ums.ac.id
Surakarta, 12 Oktober 2010 Tim Peneliti
v
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Halaman Pengesahan ... ii
Ringkasan ... iii
Kata Pengantar ... iv
Daftar Isi ... v
Daftar Gambar ... vii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Ruang Lingkup Penelitian ... 2
1.3 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Daur Refrigerasi Carnot... 6
2.2 Daur Kompresi Ideal ... 7
2.3 Refrigerasi 134a ... 11
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT ... 15
BAB IV METODE PENELITIAN ... 17
4.1 Waktu dan Tempat ... 18
4.2 Bahan dan Alat ... 18
vi
4.4 Kalibrasi ... 24
4.5 Parameter yang ditetapkan ... 24
4.6 Rancangan Instalasi ... 25
4.7 Instalasi Penelitian ... 26
4.8 Prosedur Eksperimen ... 27
4.9 Parameter yang diukur ... 27
4.10 Parameter yang dianalisis ... 28
4.11 Cara Menganalisis Data ... 28
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
5.1 Temperatur Kabin Ruangan Pada Berbagai Tekanan Pengisian Refrigeran ... 32
5.2 Dampak Refrigerasi ... 35
5.3 Kinerja AC ... 36
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 37
8.1 Kesimpulan ... 37
8.2 Saran-Saran... 38
DAFTAR PUSTAKA
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Daur Carnot degan ekspresi diagram T-S 7
Gambar 2.2 Sirkuit Sistem AC mobil 8
Gambar 2.3 Siklus kompresi uap ideal 9
Gambar 2.4 Diagram tekanan entalpi 10
Gambar 4.1 Diagram alir penelitian 17
Gambar 4.2 Kompresor AC Mobil merk Sanden 18
Gambar 4.3 Kondensor 19
Gambar 4.4 Filter Dryer 19
Gambar 4.5 Katup Ekspansi 20
Gambar 4.6 Evaporator 21
Gambar 4.7 Tabung Refrigeran 22
Gambar 4.8 Pompa Vakum dan Pelumas 21
Gambar 4.9 Termoreader, RH-meter dan Anemometer 23
Gambar 4.10 Manometer 23
Gambar 4.11 Rancangan Instalasi 25
Gambar 4.12 Instalasi Penelitian 26
Gambar 5.1 Temperatur Kabin ruangan untuk Konveksi Alami 33 Gambar 5.2 Temperatur Kabin ruangan untuk Konveksi Paksa 33
Gambar 5.3 Dampak Refrigerasi 35
1
Optimasi Kapasitas Tekanan Pengisian Refrigeran dan Laju Aliran Udara yang Melintasi Kondensor
Terhadap Prestasi Kerja AC Mobil
Marwan Effendy dan Tri Tjahjono
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pebelan Kartasura 57102
effendy@ums.ac.id; ttjahjono@yahoo.com
RINGKASAN
Berbagai siklus pendingin umumnya memerlukan energi listrik dalam jumlah cukup besar. Kebutuhan energi untuk sistem pengkondisian udara dan penerangan pada gedung-gedung tinggi bisa mencapai 90% dari total energi yang dikonsumsinya (Nasution dkk, 2003a; Nasution dkk, 2003b; Nasution dkk, 2005). Perangkat seperti AC mobil dan freezer juga memerlukan energi listrik yang relatif besar, terutama sebagai penggerak kompresor. Sebagian besar perangkat mesin pendingin memiliki potensi yang besar dalam pemakaian energi listrik. Oleh karena itu perlu dipikirkan upaya untuk menghemat energi dari sisi kebutuhan energinya maupun dengan cara memperbaiki efisiensi kerja mesin pendingin.
Pada mesin pendingin AC mobil, langkah yang dapat ditempuh untuk memperbaiki koefisien prestasinya adalah memelihara sistem pendingin dari kebocoran, memilih jumlah isian refrigeran yang mampu memberikan efek pendinginan yang optimal, serta memilih pengoperasian laju aliran udara yang melintas pada kondensor secara tepat.
Pada pengisian kapasitas refrigeran yang tepat dan mampu memberikan efek pendinginan yang baik sehingga kondisinya nyaman bagi penggunanya. Informasi kapasitas isian ini secara pasti memang jarang ditemukan pada literatur-literatur atau buku-buku yang telah beredar di masyarakat, sehingga jarang sekali para pengguna AC mobil yang mengerti dan memahami mengenai kapasitas optimal untuk isian refrigeran. Realitas di lapangan bahwa pengisian refrigeran terkadang hanya didasarkan pada pengalaman pribadi seorang bengkel AC mobil. Kadang-kadang antara bengkel satu dengan lainnya memiliki patokan yang berbeda. Informasi tidak pernah didapatkan secara ilmiah, bagaimana jika seandainya refrigeran yang diisikan itu cukup banyak. Isian refrigeran hanya dapat dirasakan apabila berkurang, maka efek pendinginan juga berkurang. Fenomena ini menjadi menarik untuk diungkap secara ilmiah, sehingga dapat dijadikan rujukan untuk proses pembelajaran dan kepentingan ilmiah lainnya.
2
pemberian perangkat kipas tambahan (extra fan) akan mampu menaikkan unjuk kerja suatu AC mobil. Tentunya fenomena ini juga belum pernah diungkapkan secara ilmiah. Oleh karena itu, melalui penelitian ini diharapkan mampu mengkaji dan mengungkap secara ilmiah beberapa perilaku tersebut.
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengoptimisasi penggunaan tekanan isian refrigeran pada sistem pendingin AC mobil terhadap prestasi kerjanya. Isian diekspresikan dengan tekanan-pengisian refrigeran yang dimasukan dalam sistem pendingin AC mobil. Cara yang ditempuh yaitu dilakukan penelitian secara eksperimental. Unjuk kerja diukur dengan parameter dampak refrigerasi dan koefisien prestasi (COP)
Dalam eksperimen ini diawali dengan perakitan sistem pendingin AC mobil yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Bahan pendingin (fluida kerja) yang dipergunakan adalah refrigeran R134a. Untuk keperluan pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, pengukur tekanan, dan termometer yang dipasang menyatu dengan sistem. AC dilengkapi kabin ruangan beban berukuran 60 cm × 60 cm × 60 cm.
Hasil penelitian menunjukkan pada tekanan pengisian refrigeran antara 130-170 psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih besar dari 170 psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin pada interval temperatur 11-190C. Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. Sistem AC akan bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan mengalami penurunan.
Dari uraian pembahasan yang telah disampaikan di atas, dapat disimpulkan sebagai berikut: 1). Pada tekanan pengisian refrigeran antara 130-170 psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih besar dari 170 psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin berukuran 60 cm × 60 cm × 60 cm pada interval temperatur 11-190C. 2). Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. 3). Sistem AC akan bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan mengalami penurunan.
