PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

(1)

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

YOGYAKARTA

2015

(2)

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

YOGYAKARTA

2015

(3)

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

YOGYAKARTA

2015

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

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.

(9)

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

(10)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xv BAB I. PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan Penelitian ... 2 1.4 Batasan Masalah ... 2 1.5 Manfaat Penelitian ... 3

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

(11)

x

BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN ... 46

4.1 Mesin yang Diteliti ... 46

4.2 Alur Penelitian ... 47

4.3 Skematik AC mobil yang 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

(12)

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

Gambar 3.1 Kompresor jenis swash plate... 35

Gambar 3.2 Kondensor ... 36

Gambar 3.3 Katup Ekspansi ... 37

Gambar 3.4 Evaporator ... 38

Gambar 3.5 Receiver/drier ... 38

Gambar 3.6 Tabung berisi refrigerant R134a ... 39

(13)

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

(14)

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

(15)

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

pada diagram P-h. Data 1 (menit 3) ... 75 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

(16)

xv

(17)

xvi

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada era modern saat ini penggunaan AC didalam alat transportasi semakin luas. Tidak hanya untuk kendaraan umum, tetapi juga untuk kendaraan pribadi. Kendraan umum yang mempergunakan AC, seperti kendaraan : bis malam, bis kota, taksi, kereta api, dll. AC mobil berfungsi selain untuk 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 yang dipergunakan untuk mobil. Dengan penelitian ini, diharapkan penulis

(19)

menjadi lebih mengetahui, dan lebih memahami sistem kerja AC untuk semua AC yang dipergunakan di berbagai kendaraan.

1.2 Perumusan 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.

1.3 Tujuan 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. 1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah :

(20)

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. 1.5 Manfaat 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 mampu merancang AC mobil yang semakin baik.

(21)

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 mobil digunakan 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 :

(22)

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 mobil yang cara kerjanya dinamis atau bergerak. Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan freon (dari tekanan

(23)

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.

(24)

(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, torak bergerak naik dari titik mati bawah ke titik mati atas. Refrigerant mengalami

(25)

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

(26)

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 pengembunan freon. Pada kondensor berlangsung tiga proses utama yaitu proses

(27)

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

(28)

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 mobil adalah 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.

(29)

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

(30)

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-

(31)

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 memutar puli saja).

(32)

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).

(33)

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.

(34)

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,

(35)

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 disajikan pada Gambar 2.13.

(36)

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 :

(37)

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

(38)

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 perhitungan, antara lain seperti, kerja kompresor, kalor yang dilepas evaporator

(39)

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)

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)

(40)

Qin = h1 – h4 (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_1−ℎ4

ℎ_2−ℎ1 (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 = 𝑇𝑒

𝑇_{𝑐−𝑇𝑒} (2.5)

(41)

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 = 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙

𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑥100% (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 = (𝑉𝐼)/1000 𝑊𝑖𝑛 = 𝑃 𝑊𝑖𝑛 (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 P : Daya kompresor (kJ/s)

(42)

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 134a disajikan pada Gambar 2.15.

(43)

Gambar 2.15. Grafik P-h untuk refrigerant R134a (Sumber : http://www.engr.siu.edu)

(44)

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 konduksi atau sering dikenal dengan hukum fourier seperti pada Persamaan (2.8)

(45)

Gambar 2.16 Perpindahan kalor konduksi. q = - k A.∆𝑇 ∆𝑥 = - kA. 𝑇1−𝑇2 ∆𝑥 ( 2.8) Pada Persamaan (2.8) :

 q : laju perpindahan panas, watt

 k : konduktifitas thermal bahan, w/mo_C

 .∆𝑇

∆𝑥 = gradien suhu perpindahan kalor, o_C/m

 ∆𝑥 : tebal dinding, m  ∆𝑇 : perubahan suhu, o_C

 𝑇₁ : suhu dinding 1, o_C

 𝑇2 : 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 konveksi membutuhkan media (fluida atau gas) untuk mengalirkan kalor. Contoh

(46)

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_.o_C

 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: a) Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection)

(47)

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 0°C. Pada proses ini tidak terjadi perubahan suhu melainkan perubahan wujud

(48)

(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 kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi

(49)

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 dari : kompresor, kondensor, receiver drier, katup ekspansi, dan evaporator. Fluida kerja yang digunakan yaitu refrigerant CFC-12 dan HFC-134a. Pengujian

(50)

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 dapat menghasilkan COP aktual = 3,139 pada putaran 1680 rpm dapat

(51)

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 HC-290/600 jauh lebih kecil dibanding dengan refrigerant yang dijual di pasaran.

(52)

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

(53)

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 sebagai berikut:

(54)

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

(55)

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

(56)

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, pipa tidak bengkok dan tidak menghasilkan tatal.

(57)

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 berwarna biru untuk tekanan rendah dan berwarna merah untuk tekanan tinggi.

(58)

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 :

(59)

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

Blower digunakan untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator ke

(60)

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 dalam hal kelistrikan, terutama blower dan kipas kondensor tidak dapat

(61)

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 untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini bertujuan untuk mengeluarkan

(62)

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.

(63)

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.

(64)

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 h1, h2, h3, h4, Tc, Tk

- Perhitungan Qin, Qout, Win, COPaktual, COPideal, efisiensi,

laju aliran massa

- Pengolahan data dan pembahasan Kesimpulan dan saran

Selesai

Gambar 4.2 Alur penelitian

Tidak baik

(65)

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

(66)

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

refrigerant. Pengukur tekanan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi,

(67)

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).

(68)

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) untuk menghitung energi kalor yang dilepas kondensor, Persamaan (2.3)

(69)

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 penelitian.

(70)

53

BAB V

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

5.1. Data Hasil Percobaan

Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigerant (P1 & P2) dan suhu

refrigerant (T1 & T3) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu,

disajikan pada Tabel 5.1.

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

No t (menit) P1 (Psia) P2 (Psia) T1 (oC) T3 (oC) V (Volt) I (A) 1 3 31,20 177,70 16,40 23,93 220 6,14 2 12 31,45 177,20 16,53 24,48 220 6,15 3 21 32,20 172,20 16,90 23,55 220 6,18 4 30 31,70 173,45 16,78 23,73 220 6,20 5 39 31,95 178,45 17,13 24,80 220 6,19 6 48 31,20 178,45 18,18 25,83 220 6,21 7 57 32,20 180,95 17,13 24,75 220 6,23 8 66 32,20 179,20 15,45 22,63 220 6,20 9 75 31,20 178,45 17,13 24,25 220 6,25 10 84 31,95 178,45 16,35 24,60 220 6,23 11 93 31,45 178,45 15,98 23,75 220 6,26 12 102 32,20 181,70 17,53 25,25 220 6,25 13 111 32,45 180,95 16,95 24,98 220 6,26 14 120 32,45 181,45 17,10 24,33 220 6,26 15 129 32,45 180,45 16,63 24,43 220 6,27 16 138 31,45 178,95 16,70 25,00 220 6,28 17 147 31,95 178,95 16,95 25,25 220 6,29 18 156 31,45 178,45 16,48 24,05 220 6,25 19 165 32,20 178,95 16,45 24,83 220 6,27 20 174 32,95 182,70 16,45 24,58 220 6,28 21 183 32,70 182,20 16,45 23,85 220 6,30 22 192 32,70 184,70 17,33 25,43 220 6,31 23 201 32,95 185,20 16,63 23,65 220 6,30

(71)

Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1 & T3) lanjutan No t (menit) P1 (Psia) P2 (Psia) T1 (o_C) T3 (o_C) V (Volt) I (A) 24 210 31,70 176,70 16,23 24,43 220 6,30 25 219 32,70 182,20 15,88 23,85 220 6,32 26 228 32,20 182,20 16,58 24,05 220 6,32 27 237 33,20 184,70 16,48 23,88 220 6,32 Keterangan :

- 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 No t (menit) h1 (Btu/lb) h2 (Btu/lb) h3 (Btu/lb) h4 (Btu/lb) 1 3 106 124 24 24 2 12 108 125 25 25 3 21 109 126 26 26 4 30 108 126 26 26

(72)

Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb lanjutan No t (menit) h1 (Btu/lb) h2 (Btu/lb) h3 (Btu/lb) h4 (Btu/lb) 5 39 107 127 24 24 6 48 109 128 26 26 7 57 108 124 25 25 8 66 106 123 26 26 9 75 108 124 24 24 10 84 108 127 26 26 11 93 108 124 25 25 12 102 106 122 24 24 13 111 107 127 25 25 14 120 107 123.1 25 25 15 129 107 125 24 24 16 138 107 125 25 25 17 147 107 123 25 25 18 156 107 124 24 24 19 165 108 124 25 25 20 174 106 124 25 25 21 183 108 128 24 24 22 192 108 127.8 26 26 23 201 109 129 24 24 24 210 106 124 24 24 25 219 108 126 23 23 26 228 108 127 23 23 27 237 105 124 23 23

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 No t (menit) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) 1 3 246,56 288,42 55,82 55,82 2 12 251,21 290,75 58,15 58,15 3 21 253,53 293,08 60,48 60,48 4 30 251,21 293,08 60,48 60,48 5 39 248,88 295,40 55,82 55,82

(73)

Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg lanjutan No t (menit) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) h3 (kJ/kg) h4 (kJ/kg) 6 48 253,53 297,73 60,48 60,48 7 57 251,21 288,42 58,15 58,15 8 66 246,56 286,10 60,48 60,48 9 75 251,21 288,42 55,82 55,82 10 84 251,21 295,40 60,48 60,48 11 93 251,21 288,42 58,15 58,15 12 102 246,56 283,77 55,82 55,82 13 111 248,88 295,40 58,15 58,15 14 120 248,88 286,33 58,15 58,15 15 129 248,88 290,75 55,82 55,82 16 138 248,88 290,75 58,15 58,15 17 147 248,88 286,10 58,15 58,15 18 156 248,88 288,42 55,82 55,82 19 165 251,21 288,42 58,15 58,15 20 174 246,56 288,42 58,15 58,15 21 183 251,21 297,73 55,82 55,82 22 192 251,21 297,26 60,48 60,48 23 201 253,53 300,05 55,82 55,82 24 210 246,56 288,42 55,82 55,82 25 219 251,21 293,08 53,50 53,50 26 228 251,21 295,40 53,50 53,50 27 237 244,23 288,42 53,50 53,50

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