COP dan efisiensi mesin AC mobil dengan putaran kompresor 1700 RPM.

(1)

ABSTRAK

Pada era modern saat ini, penggunaan AC mobil banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari khususnya bagi para pengendara mobil. Hampir di setiap mobil dilengkapi dengan AC. AC mobil merupakan alat yang bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap. Siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin (refrigerant) sehingga

menghasilkan perubahan panas dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah a) Membuat AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, b) Mengetahui

karakteristik AC mobil, meliputi : kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator, kalor yang dilepas kondensor, COP, efisiensi dan laju aliran massa dari AC mobil per satuan massa.

Metode yang digunakan adalah dengan metode eksperimental yang dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma tanpa beban pendinginan. Mesin AC mobil mempergunakan siklus kompresi uap, daya penggerak motor listrik 2 hp, putaran kompresor 1700 rpm, menggunakan refrigerant R-134a, dimensi kabin berukuran 1,5 m × 1,25 m × 1,25 m, kabin terbuat dari kayu triplek dengan tebal 3,5 mm. Proses pengambilan data pada AC mobil meliputi P1, P2, T1, T3, V, I. Setelah pengambilan data pada AC

mobil, data tersebut dianalisis secara teoritis dengan menetukan kondisi refrigerant

pada setiap titik siklus, kapasitas refrigerasi dan COP sistem.

Hasil penelitian rata-rata memberikan kesimpulan : a) kerja kompresor per satuan massa refrigerant sebesar 41,51 kJ/kg, b) kalor per satuan massa refrigerant

yang diserap evaporator 192,97 kJ/kg, c) kalor per satuan massa refrigerant yang dilepas kondensor sebesar 233,88 kJ/kg, d) COPaktual sebesar 4,66, e) COPideal

(2)

ABSTRACT

In the modern era, the use of mobile air conditioning is widely used in everyday life, especially for motorists. Almost every car is equipped with air conditioning.Car air conditioner is a tool that works by using a vapor compression cycle. The vapor compression cycle is a refrigeration cycle in which the case of cooling material (refrigerant) to produce heat and pressure changes.The purpose of this study is a) Make the car air conditioner that works with the vapor compression cycle, b) Knowing the characteristics of a mobile air conditioning, comprising: compressor, heat absorbed by the evaporator, condenser heat released, COP, efficiency and mass flow rate of the mobile air conditioning per unit mass.

The method used is the experimental method performed in the laboratory of Mechanical Engineering Faculty of Science and Technology of the University of Sanata Dharma without cooling load. Mobile air conditioning using the vapor compression cycle, the driving force of the electric motor 2 hp, 1700 rpm compressor rotation, using refrigerant R-134a, cabin dimensions measuring 1.5 m × 1.25 m × 1.25 m, the cabin is made of plywood with 3.5 mm thick.The retrieval of data on the mobile air conditioning includes the P 1, P 2, T 1, T 3, V, I. After the

retrieval of data in mobile air conditioning, the data is analyzed theoretically by determining the refrigerant conditions at any point in the cycle, the refrigeration capacity and COP system.

The average research resultsprovides conclusions: a) work per unit mass of refrigerant compressors for 41.51 kJ / kg, b) heat per unit mass absorbed refrigerant evaporator 192.97 kJ / kg, c) heat per unit mass condenser refrigerant disposed of 233.88 kJ / kg, d) COP actual of 4.66, e) COP ideal of 5.22, f) the efficiency of mobile

(3)

COP DAN EFISIENSI MESIN AC MOBIL DENGAN

PUTARAN KOMPRESOR 1700 RPM

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Diajukan oleh :

ANDREAS ENDRA PRATAMA

NIM : 115214060

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(4)

i

COP DAN EFISIENSI MESIN AC MOBIL DENGAN

PUTARAN KOMPRESOR 1700 RPM

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Diajukan oleh :

ANDREAS ENDRA PRATAMA

NIM : 115214060

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(5)

ii

COP AND EFFICIENCY OF MOBILE AIR CONDITIONING

USING 1700 RPM COMPRESSOR

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

ANDREAS ENDRA PRATAMA

Student Number : 115214060

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

vii

ABSTRAK

Pada era modern saat ini, penggunaan AC mobil banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari khususnya bagi para pengendara mobil. Hampir di setiap mobil dilengkapi dengan AC. AC mobil merupakan alat yang bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap. Siklus kompresi uap adalah mesin pendingin yang di dalamnya terjadi siklus dari bahan pendingin (refrigerant) sehingga

menghasilkan perubahan panas dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah a) Membuat AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, b) Mengetahui

karakteristik AC mobil, meliputi : kerja kompresor, kalor yang diserap evaporator, kalor yang dilepas kondensor, COP, efisiensi dan laju aliran massa dari AC mobil per satuan massa.

Metode yang digunakan adalah dengan metode eksperimental yang dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma tanpa beban pendinginan. Mesin AC mobil mempergunakan siklus kompresi uap, daya penggerak motor listrik 2 hp, putaran kompresor 1700 rpm, menggunakan refrigerant R-134a, dimensi kabin berukuran 1,5 m × 1,25 m × 1,25 m, kabin terbuat dari kayu triplek dengan tebal 3,5 mm. Proses pengambilan data pada AC mobil meliputi P1, P2, T1, T3, V, I. Setelah

pengambilan data pada AC mobil, data tersebut dianalisis secara teoritis dengan menetukan kondisi refrigerant pada setiap titik siklus, kapasitas refrigerasi dan COP sistem.

Hasil penelitian rata-rata memberikan kesimpulan : a) kerja kompresor per satuan massa refrigerant sebesar 41,51 kJ/kg, b) kalor per satuan massa

refrigerant yang diserap evaporator 192,97 kJ/kg, c) kalor per satuan massa

refrigerant yang dilepas kondensor sebesar 233,88 kJ/kg, d) COPaktual sebesar

4,66, e) COPideal sebesar 5,22, f) efisiensi mesin AC mobil sebesar 89,40%, g) laju

aliran massa sebesar 0,0333 kg/s.

(11)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat

yang diberikan dalam penyusunan Skripsi ini sehingga semuanya dapat berjalan

dengan lancar dan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat mahasiswa untuk mendapatkan

gelar sarjana S-1 pada Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, Skripsi ini dapat

terselesaikan. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis

menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Suranto dan Suprapti selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak

dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat

penulis dalam menyelesaikan Skripsi.

Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna.

Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi

penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna

bagi kita semua.

Yogyakarta, 20 April 2015

(12)

ix

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... vi

INTISARI ... vii

BAB II. DASAR TEORI TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Dasar Teori ... 4

2.2 Tinjauan Pustaka ... 32

BAB III. PEMBUATAN ALAT ... 35

3.1 Komponen-komponen mesin AC mobil ... 35

3.2 Persiapan Alat dan Bahan ... 43

(13)

x

BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN ... 46

4.1 Mesin yang Diteliti ... 46

4.2 Alur Penelitian ... 47

4.3 Skematik AC mobilyang Diteliti ... 48

4.4 Alat Bantu Penelitian ... 49

4.5 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan ... 51

4.6 Cara Mengolah Data ... 51

4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 52

BAB V. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 53

5.1 Data Hasil Percobaan ... 53

5.2 Perhitungan dan Pengolahan Data ... 54

5.3 Hasil Perhitungan ... 61

5.4 Pembahasan ... 63

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 72

6.1 Kesimpulan ... 72

6.2 Saran ... 73

DAFTAR PUSTAKA ... 74

(14)

xi

DAFTAR

GAMBAR

Gambar 2.1 AC mobil ... 4

Gambar 2.2 Pemasangan AC pada mobil ... 5

Gambar 2.3 Kompresor jenis swash plate (a) dan potongan (b) ... 7

Gambar 2.4 Kompresor resipro (crank shaft) ... 8

Gambar 2.5 Kompresor wobble plate ... 9

Gambar 2.6 Kondensor pipa bersirip ... 10

Gambar 2.7 Evaporator pipa bersirip ... 11

Gambar 2.8 Katup Ekspansi ... 12

Gambar 2.9 Receiver/Drier ... 13

Gambar 2.10 Blower ... 14

Gambar 2.11 Kopling Magnet ... 15

Gambar 2.12 Skema siklus kompresi uap ... 18

Gambar 2.13 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h ... 19

Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s ... 19

Gambar 2.15 Grafik P-h untuk refrigerant R134a ... 26

Gambar 2.16 Perpindahan kalor konduksi ... 28

Gambar 2.17 Perpindahan Kalor Konveksi ... 29

(15)

xii

Gambar 3.8 Pompa vakum ... 40

Gambar 3.9 Manifold gauge ... 41

Gambar 3.10 Sterofoam ... 41

Gambar 3.11 Adaptor ... 42

Gambar 3.12 Kipas Kondensor ... 42

Gambar 3.13 Blower ... 43

Gambar 3.14 Rangkaian listrik adaptor - kipas kondensor ... 44

Gambar 3.15 Rangkaian listrik adaptor - blower ... 44

Gambar 3.16 Tekanan normal pada pengujian alat ... 45

Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (AC mobil) ... 46

Gambar 4.2 Alur penelitian ... 47

Gambar 4.3 Skematik mesin pendingin AC mobil ... 48

Gambar 4.4 Termokopel (a) dan alat penampil suhu digital (b) ... 49

Gambar 4.5 Pengukur Tekanan ... 50

Gambar 4.6 P-h diagram ... 50

Gambar 5.1 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigerant R 134a diambil dari data menit (t) ke-75 ... 57

Gambar 5.2 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigerant dan waktu ... 65

Gambar 5.3 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator dan waktu ... 66

Gambar 5.4 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor dan waktu ... 67

Gambar 5.5 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu ... 68

Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu ... 68

Gambar 5.7 Hubungan efisiensi dan waktu ... 69

(16)

xiii

DAFTAR

TABEL

Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1 & T3) ... 53

Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb ... 54

Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg ... 55

Tabel 5.4 Hasil perhitungan tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1, T3, Te, Tc) ... 61

Tabel 5.5 Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil ... 62

(17)

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

pada diagram P-h. Data 1 (menit 3) ... 75

(18)

xv

(19)

xvi

(20)

1

memberikan kenyamanan dalam berkendara juga dapat meningkatkan konsentrasi

pengemudi pada saat berkendara. Dengan adanya AC pada mobil, maka suhu,

kelembaban udara dan kebersihan udara di dalam mobil dapat terjaga, kondisi

tubuh tidak cepat lelah, dan tidak berkeringat sehingga perjalanan dapat

benar-benar dapat dinikmati. Pada saat hujan, kaca mobil tetap bening dan tidak terjadi

embun, yang dapat menutupi pandangan mata.

Hampir semua kalangan pada saat ini mempergunakan mobil yang

ber-AC. Pada saat mobil belum dilengkapi dengan AC, untuk mendapatkan oksigen

udara dari dalam kabin mobil, pengendara harus membuka jendela kaca mobil

supaya udara luar dapat masuk dan bersirkulasi. Seiring berkembangnya jaman,

mobil dipasang AC. AC mobil dapat menghasilkan udara dalam kabin mobil bersuhu 21oC hingga 23oC, dan dengan kelembaban udara sekitar 60%. Udara di

dalam kabin dapat diperoleh melalui kipas yang mendorong udara luar masuk, dan

udara dilewatkan saringan sehingga diperoleh udara bersih.

Berdasarkan hal di atas, penulis terpacu untuk membuat dan meneliti AC

(21)

menjadi lebih mengetahui, dan lebih memahami sistem kerja AC untuk semua AC

yang dipergunakan di berbagai kendaraan.

1.2Perumusan Masalah

Pada kendaraan yang dilengkapi dengan AC, tidak terdapat informasi

tentang COP dan efisiensidari mesin AC. Padahal informasi tersebut sangat

penting diketahui oleh pengguna. Oleh sebab itu penelitian ini sangat penting

untuk dilakukan, dan dilakukan untuk dapat menjawab COP dan efisiensi dari

mesin AC mobil.

1.3Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tentang AC mobil dengan putaran kompresor 1700

rpm dan ukuran kabin 1,5 m × 1,25 m × 1,25 m adalah :

a. Merancang dan merakit AC untuk mobil.

b. Mengetahui karakteristik dari AC mobil, meliputi :

1. Kerja kompresor persatuan massa refrigerant.

2. Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigerant dalam kabin.

3. Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant. 4. Menghitung COPaktual dan COPideal.

5. Efisiensi mesin AC mobil.

6. Menghitung laju aliran refrigerant. 1.4Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini

(22)

a. Refrigerant yang digunakan dalam AC mobil adalah R-134a.

b. Mesin AC mobil bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap.

c. Komponen AC mobil terdiri dari komponen utama kompresor, kondensor,

katup ekspansi, receiver drier, dan evaporator, menggunakan komponen standart yang ada di pasaran.

d. Putaran kompresor : 1700 rpm.

e. Dimensi kabin : 1,5 m x 1,25 m x 1,25 m, kabin terbuat dari kayu

triplek dengan tebal 3,5 mm.

f. Penggerak kompresor, mempergunakan motor listrik dengan daya 2 hp.

1.5Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian tentang karakteristik AC mobil adalah :

a. Dapat menambah ilmu pengetahuan dan kepustakaan seputar AC mobil.

b. Membuat percontohan alat AC mobil dengan kontruksi sederhana sehingga

mudah dalam pengamplikasianya yang dapat diterima oleh masyarakat

Indonesia.

c. _{Bisa menjadi referensi bagi para perancang AC mobil.}

d. _{Memacu semangat kepada generasi muda untuk meneliti AC mobil sehingga}

(23)

4 BAB II

DASAR TEORI DAN 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

(24)

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

(25)

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.

(26)

(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,

(27)

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

(28)

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

(29)

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

(30)

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

(31)

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.

(32)

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 :

(33)

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

(34)

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).

(35)

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

(36)

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

(37)

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

(38)

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 :

(39)

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

(40)

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

(41)

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 _W_in_{: 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)

o _Q_out_{: 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

(42)

Qin = h1– h4 (2.3)

o _Q_in_{: 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 −ℎ4

ℎ −ℎ

_(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)

(43)

o _COP_ideal_{: koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil,} o _T_e _{: suhu evaporator (K)}

o _T_c _{: suhu kondensor (K)} f) Efisiensi mesin AC mobil

Besarnya efisiensi mesin AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2.6)

h = � � �

� � � � % (2.6)

o _COP_ideal _{: koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil}

o _COP_aktual _{: koefisien prestasi aktual mesin AC mobil}

g) Laju liran massa refrigerant.

(44)

o _W_in_{: 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

(45)

(46)

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

(47)

Gambar 2.16 Perpindahan kalor konduksi.

∆� = gradien suhu perpindahan kalor, o_C/m

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

(48)

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:

(49)

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

Beban pendinginan adalah beban yang diterima evaporator (unit

pendingin). Pada AC mobil, beban pendinginan adalah besarnya aliran kalor yang

dihisap evaporator. Unit pendingin selalu menerima beban pendinginan karena

harus menjaga kondisi udara pada temperatur dan kelembaban tertentu yang

umumnya berada di bawah temperatur dan kelembaban lingkungan di luarnya.

Beban pendinginan biasanya berupa aliran energi berbentuk panas. Beban

pendingin dapat dibagi menjadi dua bagian khusus seperti.

a) Beban laten

Beban laten adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi

karena adanya perubahan wujud (fase). Sebagai contoh air yang sudah

didinginkan sampai 0°C kemudian didinginkan lagi sampai menjadi es pada suhu

(50)

(fase). Beban pendinginan disini disebut beban laten dan panas yang diserap

disebut dengan panas laten.

b) Beban sensible

Beban sensible adalah beban yang diterima atau dilepaskan suatu materi

karena adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu 100°C didinginkan

menjadi 0°C (masih dalam keadaan cair). Beban yang diterima dalam proses itu

disebut beban sensible. Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100°C

menjadi 0°C disebut panas sensible.

2.1.9 Proses Perubahan Fase

Secara umum proses perubahan fase dapat berlangsung karena adanya

pengaruh temperatur. Perubahan fase banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Misalnya perubahan cair ke padat, gas ke cair, padat ke gas dan lain sebagainya.

Namun dalam suatu sistem mesin pendingin hanya berlangsung dua perubahan

fase yaitu pengembunan ( gas ke cair) dan penguapan (cair ke gas).

a) Proses Pengembunan (kondensasi).

Proses pengembunan atau kondensasi adalah adalah proses perubahan wujud

dari zat gas (uap) menjadi zat cair. Proses pengembunan merupakan proses

perubahan zat yang melepaskan kalor/panas (eksothermik). Kondensasi terjadi

ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap

dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari

pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut

(51)

cairan disebut kondensor. Pada mesin AC mobil, proses pengembunan atau

kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah

kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refigerant dibuang keluar dari kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar

kondensor adalah udara. Karenanya udara di sekitar memiliki suhu yang lebih

rendah dibandingkan suhu kondensor.

b) Proses Penguapan (evaporasi)

Proses penguapan adalah proses perubahan bentuk zat dari cair menjadi uap /

gas. Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat

refigerant mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refigerant berubah fase dari cair menjadi gas. Proses penguapan memerlukan kalor. Kalor diambil dari lingkungan

sekitar dimana evaporator itu ditempatkan. Pada mesin AC mobil, kalor diambil

dari lingkungan sekitar evaporator.

2.2 Tinjauan Pustaka

Yuswandi (2007) telah melakukan penelitian tentang pengujian unjuk kerja

sistem AC mobil statik eksperimen menggunakan refrigerant CFC-12 dan HFC-134a dengan variasi putaran (rpm) kompresor. Penelitian tersebut bertujuan untuk

mengetahui pengaruh variasi putaran kompresor terhadap unjuk kerja dari sistem

AC mobil. Peneliti memakai alat peraga mesin AC mobil yang telah dilengkapi

dengan sensor temperatur dan tekanan. Komponen utama sistem AC mobil terdiri

(52)

dilakukan dengan memvariasikan putaran kompresor , yaitu 1000 rpm, 1200 rpm,

1500 rpm, 1800 rpm, dan 2000 rpm. Hasil penelitian menunjukkan semakin tinggi

putaran kompresor maka COP akan mengalami penurunan. CFC-12 mempunyai

COPcarnot, COPstandar, dan COPaktual yang lebih tinggi dibandingkan dengan

HFC-134a. Kapasitas refrigerasi dan kerja kompresi HFC-134a mempunyai nilai yang

lebih besar dibandingkan CFC-12

Marindho (2014) telah melakukan pengujian kinerja HFC-134a refrigerant

pada AC mobil sistem (percobaan statis) dengan variasi kecepatan motor.

Pengujian unjuk kerja AC mobil (static experiment) menggunakan refrigerant

HFC134a dengan variasi kecepatan motor, sistem pengkondisian udara yang

digunakan saat ini pada mobil adalah sistem kompresi uap. Potensi pemanasan

global yang tinggi dari HFC134a pada sistem AC mobil telah mendorong

pengembangan mengenai teknologi alternatif untuk mengurangi pengaruh

pemanasan global dari sistem tersebut. HFC134a merupakan salah satu

refrigerant alternatif untuk sistem refrigerasi yang dapat mengatasi masalah tersebut. Penelitian ini dilakukan dengan menguji HFC134a pada sistem AC

mobil. Putaran kompresor dengan menggunakan variasi kecepatan motor pada

840 rpm, 1400 rpm, 1680 rpm, dan 1960 rpm. Hasil dari penelitian ini digunakan

untuk memperoleh data unjuk kerja dari AC mobil. Berdasarkan analisa data dan

pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut semakin tinggi putaran

kompresor maka COP akan mengalami penurunan, begitu juga sebaliknya. Pada

putaran 840 rpm dapat menghasilkan COP aktual = 3,509, pada putaran 1400 rpm

(53)

menghasilkan COP aktual 2,803 pada putaran 1960 rpm dapat mnghasilkan COP

aktual = 2,635.

Maclaine (2004) telah melakukan pengujian tentang Usage and risk of hydrocarbon refrigerants in motor cars for Australia and the United States. Penggunan refrigerant HC-290/600 di Australia sebesar 0,33 ± 0,12 x 106 pada tahun 2002 dan di Amerika sebesar 4,7 ± 1,7 x 106 pada tahun 2002. Penggunaan

290/600 memberikan hasil : tidak mudah terbakar dan risiko penggunaan

(54)

35

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1. Komponen-komponen mesin AC mobil

Komponen utama AC mobil yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah

kompresor, kondensor, katup ekspansi, reciever drier, evaporator dan fluida kerja

refrigerant R134a.

a) Kompresor

Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Gambar 3.1 Kompresor jenis swash plate

Jenis kompresor : Swash Plate

(55)

b) Kondensor

Spesifikasi kondensor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Jenis : Kondensor pipa bersirip

Bahan pipa : Besi, diameter : 6 mm

Bahan sirip : Besi, jarak antar sirip : 3 mm

Banyak sirip : 1100

Ukuran : p × l × t = 50 cm × 40 cm × 3 cm

Gambar 3.2 Kondensor

c) Katup ekspansi

Spesifikasi katup ekspansi yang dipergunakan pada penelitian ini adalah

(56)

Diameter katup ekspansi : 0,028 inchi

Bahan katup ekspansi : tembaga

Gambar 3.3 Katup Ekspansi

d) Evaporator

Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut :

Bahan pipa evaporator : tembaga, diameter : 6 mm

Bahan sirip evaporator : alumunium

(57)

Gambar 3.4 Evaporator

e) Receiver/Drier

Spesifikasi receiver/drier yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Bahan tabung receiver/drier : besi Diameter : 6 cm

Panjang (tinggi) : 25 cm

(58)

f) Refrigerant R134a

Refrigerant R134a dipergunakan sebagai fluida kerja AC mobil yang dibuat. Dalam penelitian ini dipergunakan refrigerant R134a karena lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigerant lain yang tersedia dipasaran.

Gambar 3.6 Tabung berisi refrigerant R134a 3.1.1. Peralatan pendukung pembuatan AC mobil

a. Alat pemotong pipa

Alat pemotong pipa adalah alat yang mempunyai fungsi untuk memotong

pipa, agar hasil potongan menjadi rapi. Selain ini juga mudah untuk dipergunakan,

(59)

Gambar 3.7 Pemotong pipa

b. Pompa vakum

Pompa vakum adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengeluarkan udara

dari dalam sistem mesin AC mobil sebelum diisi freon sebagai fluida kerja AC

mobil.

Gambar 3.8 Pompa vakum

c. Manifold gauge

Manifold gauge adalah alat yang mempunyai fungsi untuk mengukur tekanan refrigeran pada saat pengisian freon maupun pada saat AC mobil bekerja. Yang

(60)

Gambar 3.9 Manifold gauge

d. Sterofoam

Sterofoam mempunyai fungsi sebagai isolator, agar tidak terjadi kebocoran

beban pendingin.

Gambar 3.10 Sterofoam

e. Adaptor

Adaptor mempunyai fungsi untuk menggerakkan blower dan kipas kondensor. Spesifikasi adaptor sebagai berikut :

(61)

Voltase : 6 Volt, 9 Volt, 12 Volt, 13,2 Volt

Gambar 3.11 Adaptor

f. Kipas kondensor

Kipas kondensor berfungsi untuk mengalirkan fluida udara melewati

kondensor agar proses pelepasan kalor pada kondensor dapat dipercepat.

Gambar 3.12 Kipas Kondesor

g. Blower

(62)

Gambar 3.13 Blower

3.2. Persiapan Alat dan Bahan

Persiapan komponen harus dilakukan sebelum memulai tahap proses

pembuatan AC mobil. Komponen yang harus dipersiapkan berupa

komponen-komponen utama AC mobil (Kompresor, Evaporator, katup ekspansi dan

Kondensor) dan alat bantu yang diperlukan dalam pembuatan AC mobil. Hal ini

sangat perlu dilakukan karena akan mempercepat dan mempermudah proses

selanjutnya dalam pembuatan AC mobil.

Setelah semua komponen-komponen disiapkan, maka akan dilanjutkan

pada proses penyambungan komponen-komponen AC mobil.

3.3 Langkah-langkah Pembuatan mesin AC mobil

Langkah-langkah pembuatan AC mobil dapat diketahui sebagai berikut

ini:

a. Proses pembuatan rangka AC mobil dan kelistrikan.

Pada proses ini, rangka dan komponen AC mobil sudah terpasang. Namun

(63)

digunakan, sehingga perlu adanya perbaikan sistem kelistrikan pada rangkaian

tersebut. Dalam melakukan perbaikan, diperlukan adaptor untuk menggerakan

blower dan kipas kondensor. Adaptor dihubungkan ke blower dan kipas kondensor dengan menghubungkan kabel adaptor dengan kabel blower dan kipas kondensor.

Gambar 3.14 Rangkaian listrik adaptor - kipas kondensor

Gambar 3.15 Rangkaian listrik adaptor - blower

b. Proses pemvakuman AC mobil.

Dalam proses pemvakuman diperlukan pompa vakum yang mempunyai fungsi

(64)

udara-udara yang masih terjebak dalam saluran-saluran pipa di AC mobil agar

siklus dalam AC mobil dapat bekerja dengan maksimal.

c. Proses pengisian refrigerant R134a.

Dalam proses ini diperlukan refrigerant R134a sebagai fluida kerja AC mobil.

Tekanan refrigerant yang akan dimasukan dalam siklus AC mobil harus sesuai dengan standar kerja AC mobil agar dapat bekerja dengan maksimal.

d. Proses pengujian AC mobil.

Dalam proses ini kita nyalakan kompresor dan tunggu selama kira-kira 30-60

menit. Bila terjadi bunga es pada evaporator dan katup ekspansi yang

menghubungkan antara evaporator dan katup ekspansi, serta tekanan pada

manifold gauge cenderung konstan, maka AC mobil siap untuk digunakan untuk mengambil data.

(65)

46

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Mesin yang Diteliti

Mesin yang diteliti adalah AC mobil dengan siklus kompresi uap hasil

rangkaian sendiri dengan komponen standar dari AC mobil yang tersedia di

pasaran. AC mobil yang dirangkai bekerja dengan siklus kompresi uap yang

disertai dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut, dengan putaran

kompresor 1700 rpm. Proses pendinginan yang terjadi dalam AC mobil ini

dilakukan dengan cara menghembuskan udara melewati evaporator. Udara dingin

yang dihasilkan kemudian dialirkan ke ruang kabin mobil. Gambar 4.1

menyajikan mesin yang diteliti.

(66)

4.2 Alur Penelitian

Alur penelitian mengikuti alur seperti tersaji pada Gambar 4.2.

Mulai

Pengumpulan komponen-komponen utama (kompresor, kondensor, katup ekspansi, evaporator), R134a, alat ukur

- Pembuatan mesin AC mobil - Pemasangan alat ukur

- Pengisian refrigerant

- Pemasangan kelistrikan

Uji coba

Pengambilan data : P1, P2, T1, T3

- _{Menggambar siklus kompresi uap pada P-h diagram} - _{Mencari nilai h}₁_{, h}₂_{, h}₃_{, h}₄_{, T}_c_{, T}_k

- _{Perhitungan Q}_in_{, Q}_out_{, W}_in_{, COP}_aktual_{, COP}_ideal_{, efisiensi,}

laju aliran massa

- _{Pengolahan data dan pembahasan}

Kesimpulan dan saran

Selesai

Gambar 4.2 Alur penelitian

Tidak baik

(67)

4.3 Skematik AC mobil yang Diteliti

Gambar 4.3 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti. Dalam

skematik ini ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur

tekanan (manifold gauge) pada AC mobil.

Gambar 4.3 Skema mesin pendingin AC mobil yang diteliti

Keterangan pada Gambar 4.3 :

1. Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T1) dan alat ukur tekanan P1

2. Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2

(68)

4.4 Alat Bantu Penelitian

Proses penelitian AC mobil ini membutuhkan alat-alat yang dipergunakan

untuk membantu dalam pengujian AC mobil tersebut. Alat-alat bantu tersebut

seperti termokopel dan alat penampilnya, pengukur tekanan, P-h diagram.

1. Termokopel dan Alat penampilnya

Termokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang digunakan untuk

mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan listrik. Alat penampil

suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai suhu yang

diukur.

(a) (b)

Gambar 4.4 Termokopel (a) dan alat penampil suhu digital (b)

2. Pengukur Tekanan

Pengukur tekanan mempunyai fungsi untuk mengetahui nilai tekanan

(69)

Gambar 4.5 Pengukur Tekanan

3. P – h diagram

P – h diagram mempunyai fungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap

mesin pendingin. Dengan P - h diagram, dapat diketahui nilai entalpi di setiap

titik yang diteliti, suhu kondensor (Tc), suhu evaporator (Te) dan suhu keluar dari

kompresor (T2).

(70)

4.5 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang

Sudah Ditentukan

Untuk mendapatkan data – data hasil penelitian dipergunakan alat ukur

termokopel dan alat ukur tekanan. Pengukuran suhu dan tekanan dilakukan setiap

9 menit. Hanya saja, ketika suhu udara ruang kabin sudah mencapai 21oC, kopling

magnet diputuskan.

4.6 Cara Mengolah Data

Prosedur pengolahan data :

1. Setelah semua data suhu (T1 dan T2) dan tekanan (P1 dan P2) pada setiap titik

diperoleh maka langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus

kompresi uap pada P – h diagram. Dengan menggambarkan dalam P – h

diagram dapat diketahui nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu kondensor, suhu

evaporator dan suhu refrigerant keluar kompresor.

2. Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk

menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepaskan

kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi kalor

persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COP ideal, nilai COP aktual AC

mobil dan efisiensi, serta laju aliran massa refrigerant.

3. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada

seperti Persamaan (2.1) untuk menghitung kerja kompresor, Persamaan (2.2)

(71)

untuk menghitung kalor yang diserap evaporator, Persamaan (2.4) untuk

menghitung COP aktual, Persamaan (2.5) untuk menghitung COP ideal,

Persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi AC mobil dan Persamaan (2.7)

untuk menghitung laju aliran massa refrigerant.

4. Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COP aktual, COP ideal, Efisiensi, Laju

aliran massa) kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar memudahkan

pembahasan. Dalam proses pembahasan harus mempertimbangkan hasil-hasil

penelitian sebelumnya dan juga tidak lepas dari tujuan penelitian.

4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan diperoleh dari hasil pembahasan yang telah dilakukan. Kesimpulan

merupakan inti dari pembahasan. Kesimpulan harus dapat menjawab tujuan dari

(72)

(73)

Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1 & T3) lanjutan

- P1 : Tekanan refrigerant saat masuk kompresor (Psia).

- P2 : Tekanan refrigerant saat keluar kompresor (Psia).

- T1 : Suhu refrigerant saat masuk kompresor (oC).

- T3 : Suhu refrigerant saat masuk katup ekspansi (oC).

- V : Tegangan listrik (Volt).

- I : Arus listrik (A).

5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data.

Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan

menggambarkannya pada diagram P-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada

penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap

titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb

(74)

Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb lanjutan

Dalam perhitungan ini , besar entalpi (h) dinyatakan dalam satuan Standar

Internasional yaitu kJ/kg (1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg). Besar nilai konversi entalpi

setiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.3.

Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg

(75)

Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg lanjutan

Contoh untuk menentukan besaran nilai nilai entalpi dapat dilihat dari

diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigerant R-134a. Dari diagram dapat dilihat nilai h2 saat menit ke-75 adalah 124 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h

dinyatakan dalam kJ/kg jadi nilai h2 = 124 Btu/lb = 288,42 kJ/kg (124 Btu/lb ×

2,326 kJ/kg).

Keterangan dari diagram P-h pada Gambar 5.2 :

h1= 251,21 kJ/kg h3 = 55,82 kJ/kg

(76)

(77)

1) Kerja Kompresor persatuan massa refrigerant.(Win)

Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigerant yang dihasilkan oleh AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.3) :

Win = h2-h1

= 288,42 kJ/kg – 251,21 kJ/kg

= 37,22 kJ/kg

maka kerja kompresor persatuan massa refrigerant sebesar 37,22 kJ/kg (pada saat t = 75 menit)