i
KARAKTERISTIK SISTEM AC MOBIL PADA PUTARAN KOMPRESOR 852 RPM
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar sarjana S-1 Teknik Mesin
Oleh :
SIRILLUS AFFAN DENADA NIM 135214050
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
2019
ii
CHARATERISTIC OF CAR AIR CODITIONING USING 852 RPM COMPRESSOR
FINAL PROJECT
As partial of fulfillment of requirment to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
SIRILLUS AFFAN DENADA Student Number 135214050
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2019
iii
iv
v
vi
vii
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk: (a) Merancang dan merakit sistem pengkondisian udara yang dapat dipergunakan pada mobil. (b) Mengetahui sistem kerja pengkondisian udara pada mobil. (c) Mengetahui karakteristik dari sistem pengkondisian udara pada mobil yang meliputi : Qin, Qout, COPaktual, COPideal dan efisiensi dan laju aliran massa refrigerant.
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Perpindahan Panas Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Mesin menggunakan komponen utama meliputi : Kompresor, Evaporator, Kondensor dan Katup ekspansi. Mesin bekerja menggunakan siklus kompresi uap, penggerak motor listrik dengan putaran rotor 1420 rpm, perbandingan diameter pulley D1 = 3 inch dan D2 = 5 inch, menghasilkan putaran kompresor 852 rpm. Refrigerant : R-134a. Menggunakan pipa PVC berdiameter 3 inch, dan kipas yang berfungsi untuk mengambil udara segar. Ukuran kotak pengganti kabin p x l x t = 1,5 m x 1,2 m x 1 m terbuat dari triplek dengan ketebalan 3 mm dengan isolator gabus.
Mesin AC mobil yang diteliti memberikan kesimpulan : (a) Mesin AC mobil bekerja secara baik dengan suhu kerja kompresor 43,25˚C dan suhu kerja evaporator – 3,5˚C, (b) Kerja kompresor per satuan massa refrigeran terendah 35 kJ/kg, dan tertinggi 40 kJ/kg, rata-rata 36,75 kJ/kg, (c) Kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator terendah 172 kJ/kg, dan tertinggi diserap evaporator 180 kJ/kg, rata-rata 175,5 kJ/kg, (d) Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas oleh kondensor terendah 207 kJ/kg, dan tertinggi dilepas kondensor 215 kJ/kg, dan rata-rata 212,25 kJ/kg, (e) COPaktual terendah mesin AC mobil 4,3, dan tertinggi 5,1, rata-rata 4,78, (f) COPideal terendah mesin AC mobil 5,6, dan tertinggi 5,85, rata-rata 5,73, (g) Efisiensi mesin AC mobil terendah 70%, tertinggi 91%, dan rata-rata 82,75%, (h)Laju aliran massa terendah 0,052 kg/s, tertinggi 0,060 kg/s, dan rata-rata 0,050 kg/s.
Kata kunci : AC Mobil, putaran komporesor, siklus kompresi uap
viii
ABSTRACT
This study aims to: (a) Design and assemble an air conditioning system that can be used in cars. (b) Discover he air conditioning working system in the car. (c) Find out the characteristics of the air conditioning system in the car which include Qin, Qout, COPactual, COPide and the efficiency and mass flow rate of the refrigerant.
This research was conducted at the Mechanical Engineering Heat Transfer Laboratory Sanata Dharma University, Yogyakarta. The operated machine applied main components included : Compressors, Evaporators, Condensers and expansion valves. The machine used a vapor compression cycle, the electric motor drive with rotor rotation of 1420 rpm, the ratio of pulley diameter D1 = 3 inch and D2 = 5 inch, resulted a compressor rotation of 852 rpm. Refrigerant: R- 134a. Used a PVC pipe with a diameter of 3 inches, and a fan that serves to take fresh air. The size of the substitute box for cabin p x l x t = 1.5 m x 1.2 m x 1 m was made of plywood with a thickness of 3 mm with cork insulator.
The study of the car air conditioning machine provides some conclusions, such as : (a) The car air conditioner engine worked well with the compressor working temperature 43.25˚C and the evaporator - 3,5˚C working temperature, (b) The compressor worked per unit of refrigerant mass lowest 35 kJ / kg, and the highest was 40 kJ / kg, an average of 36.75 kJ / kg, (c) The heat per unit of mass of refrigerant absorbed by the evaporator was lowest at 172 kJ / kg, and the highest absorbed by the evaporator 180 kJ / kg, an average of 175, 5 kJ / kg, (d) The heat of the mass of the refrigerant released by the lowest condenser 207 kJ / kg, and the highest released condenser 215 kJ / kg, and an average of 212.25 kJ / kg, (e) COP 4.3, and highest 5.1, average 4.78, (f) The lowest COPide of the car air conditioning engine 5.6, and the highest 5.85, average 5.73, (g) The efficiency of the lowest car AC engine 70%, highest 91%, and average 82.75%, (h) The lowest mass flow rate is 0.052 kg / s, the highest was 0.060 kg / s, and an average of 0.050 kg / s.
Keywords : Car air conditioning, compositor rotation, vapor compression cycle
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat – Nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang telah memberikan petunjuk, pengarahan, dan saran selama penyusunan skripsi ini.
3. Kedua orang tua penulis, Ignatius Ujianto dan Natalia Ninik Prihantini yang telah memberi motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.
4. Gregorius Septiano Dwito, selaku adik saya yang telah memberi semangat dan motivasi kepada penulis.
5. Seluruh Tenaga Kependidikan dan Staff Pengajar Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam mnyusun Skripsi ini.
6. Rekan rekan Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama penyusunan Skripsi ini.
x
xi
xii
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Alur kerja sistem pengkondisian udara pada mobil ... 5
Gambar 2. 2 Kompresor jenis swash plate... 6
Gambar 2. 3 Kompresor jenis wobble plate ... 7
Gambar 2. 4 Kompresor jenis respiro (crank shaft) ... 8
Gambar 2. 5 Kondensor ... 9
Gambar 2. 6 Evaporator ... 10
Gambar 2. 7 Katup Ekspansi ... 10
Gambar 2. 8 Receiver Drier ... 11
Gambar 2. 9 Blower ... 12
Gambar 2. 10 Kopling magnet ... 12
Gambar 2. 11 Rangkaian kelistrikan AC mobil ... 13
Gambar 2. 12 Motor listrik dan blower ... 14
Gambar 2. 13 Thermostat ... 14
Gambar 2. 14 Siklus kompresi uap ... 16
Gambar 2. 15 Diagram P-h ... 17
Gambar 2. 16 Perpindahan kalor secara konduksi ... 22
Gambar 2. 17 Perpindahan kalor secara konveksi ... 23
Gambar 3. 1 Kompresor jenis swash plate...28
Gambar 3. 2 Kondensor ... 29
Gambar 3. 3 Katup ekspansi ... 30
Gambar 3. 4 Evaporator ... 30
Gambar 3. 5 Receiver/Drier ... 31
Gambar 3. 6 Mesin Listrik ... 32
Gambar 3. 7 Adaptor ... 32
Gambar 3. 8 Kipas kondensor ... 33
Gambar 3. 9 Blower ... 33
Gambar 3. 10 Fan / kipas angin ... 34
Gambar 3. 11 Thermostat ... 34
Gambar 3. 12 Kabin (ruang AC mobil) ... 35
xiv
Gambar 3. 13 Refrigerant R-134a ... 35
Gambar 3. 14 Pengembang pipa (flaring tool) ... 36
Gambar 3. 15 Pemotong pipa ... 36
Gambar 3. 16 Pisau cutter ... 37
Gambar 3. 17 Meteran dan Mistar ... 37
Gambar 3. 18 Obeng dan Kunci pas ring set ... 38
Gambar 3. 19 Sealant ... 38
Gambar 3. 20 Pompa vakum ... 39
Gambar 3. 21 Manifold gauge ... 39
Gambar 3. 22 Plat besi kerangka dasar ... 40
Gambar 3. 23 Styrofoam ... 40
Gambar 3. 24 Rangkaian listrik adaptor – kipas kondensor ... 42
Gambar 3. 25 Rangkaian listrik adaptor – blower ... 42
Gambar 3. 26 Alur kerja mesin yang diteliti ... 44
Gambar 3. 27 Diagram alir penelitian ... 45
Gambar 3. 28 Skematik mesin yang diteliti ... 46
Gambar 3. 29 Penampil suhu digital dan Termokopel ... 47
Gambar 3. 30 Clamp meter ... 47
Gambar 3. 31 Stopwatch ... 48
Gambar 3. 32 Kabel roll ... 48
Gambar 3. 33 Tachometer ... 49
Gambar 4. 1 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h R134a menggunakan hasil rata - rata Tabel 4.1...55
Gambar 4. 2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h R134a menggunakan hasil rata - rata Tabel 4.2...58
Gambar 4. 3 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h R134a menggunakan hasil rata – rata Tabel 4.3...61
Gambar 4. 4 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h R134a menggunakan hasil rata – rata Tabel 4.4...64
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Tabel variasi penelitian ... 44
Tabel 3. 2 Tabel yang digunakan dalam pengambilan data... 50
Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran untuk tekanan P1 25 psi sirkulasi udara dalam 52 Tabel 4. 2 Data hasil pengukuran untuk tekanan P1 25 psi sirkulasi udara luar ... 52
Tabel 4. 3 Data hasil pengukuran untuk tekanan P1 30 psi sirkulasi udara dalam 53 Tabel 4. 4 Data hasil pengukuran untuk tekanan P1 30 psi sirkulasi udara luar ... 53
Tabel 4. 5 Perbandingan nilai Win tiap variasi ... 67
Tabel 4. 6 Perbandingan nilai Qin tiap variasi ... 68
Tabel 4. 7 Perbandingan nilai Qout tiap variasi... 68
Tabel 4. 8 Perbandingan nilai COPaktual tiap variasi... 69
Tabel 4. 9 Perbandingan nilai COPideal tiap variasi ... 69
Tabel 4. 10 Perbandingan nilai efisiensi tiap variasi ... 70
Tabel 4. 11 Perbandingan nilai laju aliran massatiap variasi ... 70
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan teknologi mesin pendingin di abad 21 sekarang ini sangat mempengaruhi dunia, tidak hanya untuk meningkatkan kualitas dan kenyamanan hidup manusia. Mesin pendingin juga dibutuhkan untuk penyimpanan, pembuatan makanan, distribusi bahan makanan, proses kimia, pengkondisian udara pada bidang industri, perkantoran, transportasi dan rumah tangga.
Teknologi mesin pendingin yang digunakan khususnya pada alat transportasi di era globalisasi saat ini bukan merupakan hal yang asing lagi. Udara yang semakin panas dampak dari pemanasan global ditambah polusi udara menjadikan penggunaan Air Conditioner (AC) pada kendaraan umum atau mobil pribadi menjadi sangat dibutuhkan untuk menunjang faktor kenyamanan saat berkendara, sehingga kebutuhan AC pada kendaraan pribadi dan kendaraan umum saat ini sangatlah penting.
Dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin berkembang, sistem pendingin pada mobil semakin menarik untuk dibahas khususnya pada karakteristik AC mobil tersebut, dimana pada setiap mobil atau kendaraan mempunyai karakteristik yang berbeda tergantung pada spesifikasi dari setiap komponennya. Oleh karena itu penulis mengambil tema tugas akhir yang berkaitan dengan karakteristik AC khususnya pada mobil single blower.
Mesin AC mobil dibuat dengan menggunakan RPM tertentu pada kompresor sehingga dapat digunakan untuk menganalisis karakteristik mesin AC mobil tersebut, dimana pada mesin AC mobil ini menggunakan putaran kompresor 852 RPM.
Berdasarkan hal di atas, penulis terpacu untuk membuat dan meneliti mesin pengkondisian udara pada mobil. Dengan penelitian ini, diharapkan penulis menjadi lebih mengetahui, dan lebih memahami sistem kerja pengkondisian udara di berbagai kendaraan.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang terjadi adalah kebanyakan pengguna kendaraan tidak mengetahui secara jelas spesifikasi AC mobilnya sendiri, kenyataan bahwa mobil yang ada di pasaran tidak mencantumkan nilai Coefficient Of Performance (COP) dan nilai efisiensi. Untuk mengetahui COP dan efisiensi pada AC mobil tersebut maka diperlukan suatu penelitian. Untuk melakukan penelitian diperlukan kemampuan. Kemampuan dan keahlian dapat diperoleh dengan baik melalui pengalaman penelitian.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian AC mobil dengan putaran kompresor 852 rpm dan kotak pengganti kabin ukuran 1,5 m × 1,2 m × 1 m adalah :
1. Merancang dan merakit sistem pengkondisian udara yang dapat dipergunakan pada mobil.
2. Mengetahui karakteristik dari sistem pengkondisian udara pada mobil yang telah dibuat dengan berbagai variasi, termasuk pengkondisian udara dengan sirkulasi dalam dan luar yang mengalirkan udara segar masuk ke dalam kabin serta variasi tekanan refrigerant, meliputi: Kalor yang diserap evaporator (Qin), kalor yang dilepas kondensor (Qout), COPaktual dan COPideal dari sistem pengkondisian udara pada mobil, efisiensi dan laju aliran massa refrigerant.
1.4 Batasan Masalah
Batasan yang diambil dalam penelitian ini adalah :
1. Mesin menggunakan komponen utama meliputi : kompresor, evaporator, kondensor dan katup ekspansi yang diperoleh dipasaran.
2. Mesin bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap.
3. Menggunakan penggerak motor listrik dengan putaran rotor 1420 rpm.
4. Menggunakan perbandingan pulley dengan diameter D1 = 3 inch dan D2 = 5 inch, sehingga menghasilkan putaran kompresor 852 rpm.
5. Refrigerant yang dipergunakan adalah R-134a.
6. Menggunakan pipa PVC berdiameter 3 inch dan kipas yang berfungsi untuk mengalirkan udara dari dalam ruang pengganti kabin ke evaporator dan untuk mengambil udara segar.
7. Ukuran kotak pengganti kabin p x l x t = 1,5 m x 1,2 m x 1 m terbuat dari triplek dengan ketebalan 3 mm dengan isolator gabus.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian tentang karakteristik AC mobil ini adalah :
1. Hasil penelitian dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan dan kepustakaan tentang mesin pengkondisian udara khususnya pada mobil.
2. Dapat dipergunakan sebagai referensi peneliti lain yang melakukan penelitian sejenis.
3. Diperolehnya teknologi tepat guna, berupa mesin pengkodisian udara pada mobil yang bekerja dengan penggerak motor listrik.
4. Memacu generasi muda untuk meneliti atau mengembangkan teknologi mesin pendingin AC mobil agar menjadi lebih baik.
4
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 DASAR TEORI
2.1.1 Definisi Mesin AC Mobil
Sistem kerja pengkondisian udara pada mobil melibatkan beberapa komponen dan terbagi atas empat bagian, yaitu bagian yang berfungsi menaikkan tekanan yaitu kompresor, katup ekspansi berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigerant, evaporator berfungsi untuk menyerap kalor dari udara sekitar ke refrigerant, kondensor berfungsi untuk melepas kalor dari refrigerant ke udara sekitar. Dengan adanya empat komponen tersebut, proses penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung dengan sempurna.
Pada saat mesin pengkondisian udara pada mobil dinyalakan, udara dalam kabin mobil bergerak dan bersikulasi secara terus menerus melewati evaporator dengan bantuan blower kabin. Kalor dalam kabin diserap oleh evaporator , kalor tersebut menaikkan suhu refrigerant yang kemudian akan dinaikan tekanannya di kompresor, setelah melewati kompresor, kondensor berfungsi untuk menurunkan suhu refrigerant yang kemudian akan melewati katup ekspansi yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigerant, pada akhirnya kembali lagi ke evaporator untuk mendinginkan udara dalam kabin. Agar suhu di dalam kabin selalu dalam kondisi ideal, dipasanglah pengatur suhu (thermostat). Thermostat bekerja dengan membaca suhu di dalam kabin, ketika suhu di dalam kabin sudah mencapai suhu yang diinginkan thermostat akan menghentikan sirkulasi refrigerant dengan menghentikan kerja kompresor, kemudian ketika suhu dalam kabin mulai naik thermostat akan menghidupkan kembali kompresor.
Dalam penulisan skripsi ini penulis menggunakan mesin pengkondisian udara pada mobil dengan putaran kompresor 852 rpm.
Gambar 2. 1 Alur kerja sistem pengkondisian udara pada mobil (Sumber : http://repairpal.com/heating-ac)
2.1.2 Komponen – komponen Mesin AC Mobil
Mesin pengkondisian udara pada mobil pada umumnya bekerja menggunakan siklus kompresi uap. Komponen utama sistem pengkondisian udara pada mobil terdiri dari kompresor, katup ekspansi, evaporator, kondensor.
Kompresor berfungsi untuk menaikan tekanan refrigerant. Katup ekspansi berfungsi menurunkan tekanan refrigerant. Evaporator berfungsi menyerap panas. Kondensor berfungsi membuang panas.
2.1.2.1 Kompresor
Kompresor adalah salah satu komponen dalam system pengkondisian udara pada mobil yang bekerja secara dinamis. Komponen ini berfungsi untuk menaikan tekanan dan mensirkulasikan refrigerant. Fungsi kompresor mirip dengan fungsi jantung pada tubuh manusia dan refrigerant sebagai darahnya.
Kompresor memiliki dua saluran, yaitu saluran hisap (suction) dan saluran buang (discharge). Saluran hisap dihubungkan dengan evaporator dan merupakan bagian dengan tekanan rendah, sedangkan saluran buang dihubungkan dengan kondensor dan merupakan bagian dengan tekanan tinggi. Refrigerant dalam fase gas pada tekanan dan temperatur rendah dihisap oleh kompresor melalui saluran hisap kemudian dimampatkan sehingga tekanan dan temperaturnya naik, selanjutnya
mengalir ke kondensor melalui saluran buang. Tipe kompresor yang sering kita temukan dalam sistem AC mobil ada tiga jenis yaitu : swash plate, respiro(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. Perpindahan gaya pada tipe swash plate tidak melalui batang penghubung (connecting rod), sehingga getarannya lebih kecil.
(a)
(b)
Gambar 2. 2 Kompresor jenis swash plate
(Sumber : http://globaldensoproduct.com/climate-control/car-air-conditioning- system/compressor/swash-plate-fixed-displacement-compressor/)
Selain kompresor jenis swash plate masih ada jenis kompresor lain yang biasa terdapat pada mesin AC mobil yaitu jenis wobble plate dan respire (crank
shaft). Kompresor jenis wobble plate system kerjanya sama dengan swash plate.
Cara kerjanya, gerakan putar dari poros kompresor diubah menjadi gerak bolak- balik oleh plat penggerak (drive plate) dan wobble plate dengan bantuan guide ball. Gerakan bolak-balik ini selanjutnya diteruskan ke torak melalui batang penghubung. Berbeda dengan jenis kompresor swash plate, kompresor jenis wobble plate hanya menggunakan satu torak untuk satu silinder. Meskipun jenis kompresor swash plate dan wobble plate di atas mempunyai cara kerja dan konstruksi yang berbeda, namun pada prinsipnya sama, yaitu menekan refrigerant dan menghasilkan laju aliran massa refrigerant. Penggunaan kompresor jenis 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 magnetic (magnetic clutch).
Gambar 2. 3 Kompresor jenis wobble plate
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian- kompresor-tipe-wobble-plate.png)
Sedangkan pada kompresor jenis respire (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 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 jenis respiro (crank shaft)
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian- kompresor-tipe-respiro.png)
2.1.2.2 Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar kalor yang berfungsi sebagai tempat kondensasi dan memindahkan kalor dari refrigerant ke udara lingkungan dengan bantuan ekstra fan. Konstruksi kondensor sama dengan konstruksi radiator, terdiri dari susunan pipa-pipa persegi dan sirip-sirip yang berfungsi untuk memperbesar laju perpindahan kalor. Kondensor ditempatkan di depan radiator agar memperoleh aliran udara maksimum.
Gambar 2. 5 Kondensor
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian- kondensor.png)
Refrigerant dalam fase uap pada tekanan dan temperatur tinggi, mengalir ke dalam kondensor melalui saluran masuk yang terletak di bagian atas. Di dalam kondensor, refrigerant mengalami proses pendinginan dan perubahan fase dari gas menjadi cair akibat pelepasan kalor ke udara lingkungan, sehingga keluar dari kondensor, refrigerant ada dalam fase cair pada temperature rendah. Semakin besar panas yang dilepaskan di kondensor akan berefek semakin besar pula refrigerant menyerap panas ketika berada di dalam evaporator.
2.1.2.3 Evaporator
Evaporator merupakan alat penukar kalor yang berfungsi memindahkan kalor dari udara yang dikondisikan ke refrigerant. Seperti kondensor, evaporator tersusun dari pipa-pipa dan sirip-sirip dalam jumlah yang banyak. Refrigeran masuk evaporator dalam bentuk kabut pada tekanan dan temperature rendah.
Udara dari kabin dihembuskan oleh blower melewati kisi-kisi evaporator. Udara yang bertemperatur lebih tinggi dari pada refrigerant yang mengalir dalam evaporator, akan melepaskan kalor dan diserap oleh refrigerant, sehingga temperatur udara turun menjadi lebih dingin yang selanjutnya akan mendinginkan udara dalam kabin.
Gambar 2. 6 Evaporator
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/kompresor.png ) 2.1.2.4 Katup Ekspansi
Katup ekspansi adalah pipa dan katup berdiameter kecil. Katup ekspansi mempunyai dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigerant dan mengatur aliran refrigerant menuju evaporator. Adanya gesekan refrigerant dengan permukaan dalam katup ekspansi menyebabkan gesekan yang menyebabkan turunnya tekanan refrigerant. Proses ini diasumsikan terjadi pada enthalpy konstan. Refrigerant yang semula berfase cair setelah melewati katup ekspansi berubah menjadi fase campuran cair dan gas.
Gambar 2. 7 Katup Ekspansi
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/expansion.valve.png ) 2.1.2.5 Reciver/Drier
Reciver/Drier merupakan tempat penyimpanan sementara refrigerant setelah dicairkan oleh kondensor dan sebelum masuk ke katup ekspansi. Fungsi
lainnya adalah sebagai penyaring kotoran dalam sistem sirkulasi penkondisian udara. Receiver juga berfungsi memisahkan kadar air dan kotoran yang terbawa saat bersirkulasi bersama refrigerant. Di dalam receiver terdapat saringan dan pengering yang berfungsi menyerap kotoran dan air yang terbawa bersirkulasi bersama refrigerant. Filter terpasang pada saluran keluar receiver bagian dalam.
Filter ini terbuat dari kasa tembaga dan berfungsi menyaring kotoran agar tidak masuk ke katup ekspansi. Pada bagian atas reciver terdapat sight glass yang berfungsi untuk mengetahui kondisi refrigerant dalam system pengkondisian udara. Di dalam dryer berisi desiccant (zat yang dapat menyerap uap air).
Gambar 2. 8 Receiver Drier
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/reciver.drier.png) 2.1.2.6 Blower
Blower berfungsi untuk mensirkulasikan udara dari dalam maupun dari luar dan mengkondisikan udara yang masuk ke dalam kabin. Blower terdiri dari motor penggerak dan sudu–sudu kipas blower. Tipe blower yang sering digunakan adalah tipe sirrocco.
Gambar 2. 9 Blower
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/blower.png) 2.1.2.7 Kopling Magnet
Kopling magnet adalah perlengkapan kompresor yang berfungsi untuk memutus dan menghubungkan kompresor dengan pulley penggeraknya. Saat mesin mobil bekerja, pulley berputar karena terhubung dengan mesin melalui belt.
Pada saat ini kompresor belum bekerja. Ketika system AC dihidupkan, amplifier memberikan arus listrik ke koil stator sehingga timbul medan electromagnet yang akan menarik pressure plate dan menekan permukaan pulley. Hal ini menyebabkan pressure plate berputar mengikuti putaran pulley sehingga kompresor akan berputar.
Gambar 2. 10 Kopling magnet
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian-kopling- magnet.png )
2.1.3 Kelistrikan AC Mobil
Sistem kelistrikan mesin pengkondisian udara pada mobil berfungsi untuk mengatur dan menghidupkan kerja dari sistem pengkondisian udara tersebut.
Kelistrikan ini mengatur beberapa kerja dari sistem pengkondisian udara yaitu pada magnetic clutch pada kompresor serta pengaturan kecepatan Blower.
Pengaturan kecepatan udara pada blower akan mempengaruhi kerja pendinginan sistem pengkondisian udara dalam kabin.
Gambar 2. 11 Rangkaian kelistrikan AC mobil 2.1.3.1 Rangkaian Blower
Rangkaian ini berfungsi untuk mengatur kecepatan kipas blower dengan menggunakan switch / saklar blower. Rangkaian blower tersebut terdiri dari beberapa komponen yaitu : Motor listrik sebagai penggerak. Kipas blower untuk mengalirkan udara dan saklar/switch Pada dasarnya rangkaian blower ini berhubungan langsung dengan rangkaian thermostat dimana arus listrik untuk menyambung dan memutus kerja kopling magnet melawati saklar/switch pada rangkaian blower tersebut.
Gambar 2. 12 Motor listrik dan blower
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/blower.png ) 2.1.3.2 Rangkaian Thermostat
Rangkaian thermostat ini berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik secara otomatis. Hal ini terjadi berdasarkan besar suhu yang di terima oleh komponen thermostat. Jika suhu pada ruangan sudah dingin sesuai yang diinginkan, maka secara otomatis thermostat akan memutuskan arus yang mengalir ke kopling magnet yang ada di kompresor dengan menggunakan relay, sehingga kompresor berhenti bekerja. Sebaliknya, jika suhu di ruangan diatas suhu yang diinginkan yang telah diatur pada panel pengatur suhu, maka thermostat akan membuka arus yang mengalir ke kopling magnet dengan menggunakan relay, sehingga kompresor kembali bekerja melakukan proses pendinginan. Penggunaan relay bertujuan supaya kerja saklar untuk menghidupkan kopling magnet tidak terlalu berat karena sistem tersebut membutuhkan arus yang besar. Rangkaian thermostat tersebut terdiri dari beberapa komponen yaitu : Thermostat, relay, kopling magnet dan saklar.
Gambar 2. 13 Thermostat
2.1.4 Bahan Pendingin (Refrigerant)
Proses pendinginan merupakan proses pemindahan energi panas yang terkandung di dalam suatu ruangan. Refrigerant digunakan untuk menyerap panas melalui perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan untuk membuang panas melalui fase perubahan dari gas ke cair (kondensasi) Persyaratan yang harus dimiliki oleh suatu refrigeran antara lain adalah:
CFC (Cloro fluoro Carbon) adalah jenis refrigerant yang paling terkenal, akibat yang ditimbulkan oleh jenis ini adalah merusak lapisan ozon dan berkontribusi tinggi terhadap efek pemanasan global. Sehingga jenis ini dihapuskan dan sebagai gantinya adalah HCFC-22, HFC-134a dan HC-600a.
Menurut sifat penyerapan dan ekspansi panas, maka refrigerant dapat dibagi menjadi 2 klasifikasi yaitu :
Kelas 1 :
Adalah refrigerant yang dapat memberikan efek pendinginan dengan menyerap panas laten dari substansi yang didinginkan. Yang termasuk dalam klasifikasi ini adalah Sulfur Dioksida, Metil Klorida, Ethil Klorida, Amonia, Carbon Dioksida, Isobutan, CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-21, HCFC-22, CFC- 113, CFC-114, CFC-115 dan HCFC-502.
Kelas 2 :
Adalah refrigerant yang hanya dapat menyerap panas sensibel dari substansi yang didinginkannya. Yang termasuk dalam klasifikasi ini adalah udara, cairan kalsium klorida, cairan sodium klorida dan alkohol.
Berikut adalah jenis-jenis refriferant (bahan pendingin) yang sering ditemukan di lapangan.
2.1.4.1 Refrigeran-12 (R 12)
Merupakan CCl2 F2 (Dichloro Diflurio Methane) yang sangat populer dan banyak dipakai untuk mesin pendingin domestik. Karakteristiknya antara lain titik didih - 29,8°C pada tekanan 1 atmosfir, tekanan penguapan 11,8 psig pada 15°C, tekanan kondensasi 93,3 psig pada 30°C. Pemakaian yang sangat umum adalah untuk lemani es, freezer, ice cream cabinet, water chiller, refrigerasi dan air conditioning yang besar.
2.1.4.2 Refrigeran -22 (R-22)
Merupakan CHClF2 (Chloro DiFluoro Methane) yang sangat populer, karena banyak dipakai untuk air conditioning ukuran kecil dan sedang.
Adapun sifat-sifat utama dari R- 22 antara lain titik didih pada tekanan atmosfir - 40,8°C, tekanan penguapan pada - 15°C ada 28,3 psi, tekanan kondensasi pada 30°C adalah 158,2 psig, kalor laten uap 100, 6 Btu/lb pada titik didih.
2.1.4.3 Refrigeran-134a (R-134a)
Merupakan CH2 FC F3 (Ethene Tetrafluoro) yang mempunyai karakteristik, titik didih pada tekanan 1 atmosfir - 26,1°C, suhu kritis 101°C, tekanan kritis 4060 kPa, tekanan penguapan pada 25°C adalah 668 kPa.
2.1.4 Siklus Kompresi Uap
Komponen utama dari siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup ekspansi. Gambar (2.14) adalah skema siklus kompresi uap.
Gambar 2. 14 Siklus kompresi uap
(Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/08/siklus-kompresi- uap.png)
2.1.5 Tahapan Siklus Kompresi Uap
Tahapan dan proses-proses yang terjadi dalam siklus kompresi uap dapat diketahui dengan menggunakan diagram P-h. Siklus kompresi pada diagram P-h disajikan pada Gambar (2.15).
Gambar 2. 15 Diagram P-h
Keterangan tahapan dan proses-proses tersebut adalah sebagai berikut : 1. Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigerant pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigerant akan menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigerant dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1):
Win= h1– h2 (2.1)
Win= besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1 = entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg)
2. Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigerant yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor sehingga fasenya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam
P2
P1
3
1 2
4 1a
2a 3a
P
h3= h4 h1 h2 h
Tekanan
Entalpi
Win
Qin
Qout
kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigerant dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigerant ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigerant mengembun menjadi cair. Besar panas per satuan massa refrigerant yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:
qc = h2 – h3 (2.2)
qc = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigerant saat masuk kondensor (kJ/kg) h3 = entalpi refrigerant saat keluar kondensor (kJ/kg)
3. Proses expansi (3-4)
Proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi penurunan tekanan dan temperatur, atau dapat dituliskan dengan:
h3 = h4 (2.3)
Proses penurunan tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigerant dan menurunkan tekanan.
4. Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh cairan refrigerant yang bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigerant saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap, seperti pada titik 4 dari gambar diatas. Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:
Qe = h1 – h4 (2.4)
Qe = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)
h1 = entalpi refrigerant saat keluar evaporator (kJ/kg) h4 = entalpi refrigerant saat masuk evaporator (kJ/kg)
Selanjutnya, refrigerant kembali masuk ke dalam kompresor dan bersirkulasi lagi. Untuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel sifat-sifat refrigerant.
2.1.6 Rumus – Rumus Perhitungan Siklus Kompresi Uap
Dalam penelitian unjuk kerja mesin pengkondisian udara pada mobil memerlukan rumusan perhitungan, antara lain, kerja kompresor, kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant, kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigerant, COPaktual, COPideal, efisiensi dan laju aliran massa.
1. Kerja kompresor
Besar kerja kompresi persatuan massa refrigerant dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan (2.5).
Win = h2 - h1 (2.5)
Pada persamaan (2.5) :
Win : kerja kompresor per satuan massa refrigerant (kJ/kg) h2 : entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg) h1 : entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg) 2. Kalor yang dilepas kondensor
Besar kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigerant dapat ditentukan menggunakan Persamaan (2.6)
Qout = h2 - h3 (2.6)
Pada Persamaan (2.6)
Qout : besar kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigerant (kJ/kg) h2 : entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg)
h1 : entalpi refrigerant saat masuk katup ekspansi (kJ/kg) 3. Kalor yang diserap evaporator
Besar kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigerant dapat ditentukan menggunakan Persamaan (2.7)
Qin = h1 - h4 (2.7)
Pada Persamaan (2.7)
Qin : besar kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigerant (kJ/kg) h1 : entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg)
h4 : entalpi refrigerant saat masuk evaporator (kJ/kg) 4. Coefficient Of Performance (COPaktual)
COP digunakan untuk mengetahui unjuk kerja (performance) dari siklus refrigerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki suatu mesin maka semakin baik mesin pendingin tersebut. COP tidak memiliki satuan karena merupakan perbandingan dampak refrigerasi (h1 - h4) dengan kerja kompresor (h2 - h1) dinyatakan dalam Persamaan (2.8)
COPaktual = h1 - h4 / h2 - h1 (2.8)
Pada Persamaan(2.8) :
COPaktual : koefisien prestasi aktual mesin pengkondisian udara pada mobil h1 : entalpi refrigerant saat masuk kompresor (kJ/kg)
h4 : entalpi refrigerant saat masuk evaporator (kJ/kg) h2 : entalpi refrigerant saat keluar kompresor (kJ/kg) 5. Coefficient Of Performance (COPideal)
Besarnya koefisien yang menyatakan performance dalam posisi ideal pada siklus kompresi uap dapat ditentukan menggunakan Persamaan (2.9)
COPideal = Te / Te-Tc (2.9)
Pada Persamaan (2.9) :
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin pengkondisian udara mobil
Te : suhu evaporator (C) Tc : suhu kondensor (C) 6. Efisiensi mesin pengkondisian udara
Besarnya efisiensi mesin pengkondisian udara pada mobil dapat ditentukan dengan mnggunakan Persamaan (2.10)
η =
× 100% (2.10)
Pada Persamaan (2.10) :
COPaktual : koefisien prestasi aktual mesin pengkondisian udara pada mobil
COPideal : koefisien prestasi maksimum mesin pengkondisian udara mobil
7. Laju aliran massa refrigerant
Besarnya laju aliran massa refrigerant dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan (2.11)
m =
=
(2.11)
Catatan : 1 watt = 1 J/s
Pada Persamaan (2.11)
m : laju aliran massa refrigerant (kg/s) V : voltase kompresor (volt)
I : arus kompresor (Ampere) P : daya kompresor (kJ/s) 2.1.7 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor (Heat Transfer) terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara kedua medium. 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 dalam berbagai cara seperti perpindahan kalor konduksi, konveksi dan radiasi namun dalam penelitian mesin pengkondisian udara pada mobil hanya menggunakan perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi.
1. Perpindahan kalor secara konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai bagian zat-zat perantaranya. Perpindahan kalor secara konduksi dapat berlangsung pada benda padat, cair dan gas. Untuk zat cair dan gas, kondisi zat cair dan gas harus dalam keadaan tidak bergerak atau diam. Contoh perpindahan kalor secara konduksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan sebatang besi yang salah satu ujungnya kita pegang dan ujung yang lain dipanasi dengan api maka ujung yang lain akan merasa panas.
Gambar 2.16 akan menunjukan perpindahan kalor secara konduksi yang dapat dirumuskan sebagai persamaan laju umum untuk perpindahan kalor konduksi atau sering dikenal dengan hukum Fourier seperti pada persamaan (2.12)
Gambar 2. 16 Perpindahan kalor secara konduksi
q = - k A . = - k A . (2.12) Pada Persamaan (2.12) :
q : laju perpindahan kalor (W)
k : konduktifitas thermal bahan (W/m C)
: gradien suhu perpindahan kalor ( C/m) : perubahan suhu ( C)
: tebal dinding (m) T1 : suhu dinding 1 ( C) T2 : suhu dinding 1 ( C)
A : luas penampang benda (m2)
Pada Persamaan (2.12) memperlihatkan bahwa laju perpindahan kalor bernilai minus (-) karena kalor akan selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.
2. Perpindahan kalor secara konveksi
Perpindahan kalor secara 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 perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari misalkan saat proses merebus air.
Gambar 2. 17 Perpindahan kalor secara konveksi
Gambar 2.17 menunjukan perpindahan kalor secara konveksi atau sering dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan seperti pada Persamaan (2.13).
q = hA( - ) (2.13)
Pada Persamaan (2.13) :
q : laju perpindahan kalor (W)
h : koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2. C) A : luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m2)
: temperatur permukaan ( C)
: temperatur fluida yang mengalir dekat dengan permukaan ( C)
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa.
1. konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection) Konveksi bebas adalah konveksi yang disebabkan oleh beda suhu dan perbedaan massa jenis tanpa peralatan yang menggerakanya. 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 menggerakan udara.
2. konveksi paksa (forced convection)
konveksi paksa adalah perpindahan kalor aliran gas atau fluida yang terjadi akibat adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar. Contoh : plat yang diberi aliran air atau aliran udara dengan blower.
2.1.8 Beban Pendinginan
Beban pendinginan adalah beban yang diterima evaporator (unit pendingin). Pada mesin pengkondisian udara pada mobil, beban pendinginan adalah besarnya aliran kalor yang diserap evaporator. Evaporator selalu menerima beban pendinginan karena harus menjaga kondisi udara pada temperatur dan kelembaban tertentu yang umumnya berada di bawah temperatur dan kelembaban lingkungan diluarnya. Beban pendinginan dapat dibagi menjadi dua.
1. 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 (fase). Beban pendinginan disini disebut beban laten dan panas yang diserap adalah panas laten.
2. Beban sensibel
Beban sensibel 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 ini disebut beban sensibel. Panas yang diterima untuk menurunkan suhu dari 100 C menjadi 0 C disebut panas sensibel.
2.1.9 Perubahan Fase
Secara umum proses perubahan fase dapat berlangsung karena adanya pengaruh temperatur. Perubahan fase banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari.
Misalkan perubahan dari zat 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).
1. Proses pengembunan
Proses pengembunan atau kondensasi 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 cair, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi (tekanan ditingkatkan) menjadi cair atau mengalami kombinasi dari pendinginan menjadi dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi cair disebut kondensor. Mesin pengkondisian udara pada mobil, proses pengembunan atau kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refrigerant dibuang keluar dari kondensor ke lingkungan sekitar. Pada umumnya lingkungan sekitar kondensor adalah udara bebas. Karenanya udara di sekitar memiliki suhu yang lebih rendah dibandingkan suhu kondensor.
2. Proses penguapan
Proses penguapan adalah proses perubahan bentuk dari zat cair menjadi uap/gas. Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat refrigerant mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refrigerant berubah fase dari cair menjadi gas. Proses penguapan ini memerlukan kalor. Kalor diambil dari lingkungan sekitar dimana evaporator itu ditempatkan. Pada mesin pengkondisian udara pada mobil, kalor diambil dari lingkungan di sekitar evaporator khususnya didalam kabin mobil.
2.2 Tinjauan Pustaka
Yuswandi (2007) telah melakukan penelitian tentang pengujian unjuk kerja system AC mobil static eksperimen menggunakan refrigerant CFC-12 dan HFC-134a dengan varian putaran (rpm) kompresor. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh putaran variasi kompresor terhadap unjuk kerja dari sistem AC mobil. Peneliti memakai alat peraga AC mobil yang telah dilengkapi dengan sensor temperature dan tekanan. Komponen utama dari sitem AC mobil terdiri dari : kompresor, kondensor, receiver drier, katup ekspansi, dan evaporator. Fluida kerja yang digunakan yaitu refrigerant CFC-12 dan HFC-134a.
Pengujian dilakukan dengan cara memvariasi putaran(rpm) kompresor yaitu, 1000 rpm, 1200 rpm, 1500 rpm, 1800rpm, dan 2000 rpm. Hasil penelitian menunjukan semakin tinggi putaran kompresor maka COP akan mengalami penurunan. CFC- 12 mempunyai COPcarnnot, COPstandar, dan COPaktual yang lebih tinggi dibandingkan dengan HFC-134a. kapasitas refrigerasi dan kerja kompresi HFC-134a mempunyai nilai yang lebih besar disbanding CFC-12.
Marindo (2014) telah melakukan pengujian kerja 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, system pengkondisian udara yang digunakan saat ini pada mobil adalah system kompresi uap. Potensi pemanasan global yang tinggi dari HFC134a pada system AC mobil telah mendorong pengembangan mengenai teknologi alternatif untuk mengurangi pemanasan global dari sistem tersebut. HFC134a merupakan salah satu refrigerant alternative untuk sisitem refrigerasi yang dapat mengatasi masalah tersebut. Penelitian ini dilakukan dengan menguji HFC134a pada sisitem AC mobil. Putaran kompresor menggunakan variasi kecepatan motor pada 840 rpm, 1400 rpm, 1680 rpm, 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 menghasilkan COPaktual
= 3,509 , pada putaran 1400 rpm menghasilkan COPaktual = 3,139, pada putaran 1600 rpm menghasilkan COPaktual 2,803, pada putaran 1960 rpm menghasilkan COPaktual = 2,635.
Endra (2015) telah melakukan penelitian tentang karakteristik AC mobil dengan putaran kompresor tertentu. Pengujian AC mobil tersebut menggunakan metode eksperimental tanpa beban pendinginan. Mesin AC mobil menggunakan siklus kompresi uap, motor listrik 2 hp, putaran kompresor 1700rpm, menggunakan refrigerant R-134a, kabin berukuran 1,5 m x 1,25 m x 1,25 m.
Penelitian menghasilkan data kerja kompresor = 41,51 kJ/kg, kalor yang diserap evaporator =192,97 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor = 233,88 kJ/kg, COPaktual
= 4,66, COPideal = 5,22, efisiensi AC mobil = 89,40%, laju aliran massa sebesar 0,0333 kg/s.
Purnawan (2010) Pengujian ini dilakukan pada sebuah perangkat AC mobil Tipe ET 450 dengan variasi tekanan kerja kompresor (suction) 2,8 bar, 3 bar, 3,2 bar, 3,4 bar, 3,6 bar dan 3,8 bar. Data yang diambil adalah tekanan keluaran kompresor (P2), temperatur masing-masing titik (T1, T2, T3, T4), putaran kompresor (n), kuat arus listrik (I), dan laju aliran volumetrik. Data hasil penelitian kemudian diolah dan dianalisis untuk mendapat performansi pada masing-masing variasi tekanan kerja kompresor baik secara aktual dan teoritis.
Dari hasil penelitian didapat bahwa dengan variasi tekanan kerja kompresor, semakin besar tekanan kerja kompresor (suction) maka performansi sistem AC mobil tipe ET 450 semakin besar pula. Coefficient of performance (COP) teoritis sistem yang dihasilkan lebih besar dari COP aktual, COP optimal terjadi pada tekanan kerja kompresor (suction) 441,325 kPa, COP aktual sebesar 3,513177 dan COP teoritis sebesar 3,632062.
28
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 PEMBUATAN ALAT
3.1.1 Komponen – komponen mesin pengkondisian udara pada mobil
Komponen utama mesin pengkondisian udara pada mobil yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi, reciever drier, evaporator dan fluida kerja refrigerant R134a.
1. Kompresor
Spesifikasi kompresor yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Jenis kompresor : Kompresor swash plate Tegangan : 12 Volt
Diameter pulley : 5 inch
Gambar 3. 1 Kompresor jenis swash plate
2. Kondensor
Spesifikasi kondensor yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Jenis : Kondensor pipa bersirip
Bahan pipa : Besi diameter : 6 mm Bahan sirip : Besi jarak antar sirip : 3 mm Ukuran : p x l x t : 50 cm x 40 cm x 3 cm
Gambar 3. 2 Kondensor 3. Katup ekspansi
Spesifikasi katup ekspansi yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Diameter katup ekspansi : 0,028 inch Bahan katup ekspansi : tembaga
Gambar 3. 3 Katup ekspansi 4. Evaporator
Spesifikasi evaporator yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Bahan pipa evaporator : tembaga, diameter : 6 mm Bahan sirip evaporator : alumunium
Ukuran evaporator : p x l x t : 30 cm x 10 cm x 5 cm
Gambar 3. 4 Evaporator
5. Receiver/Drier
Spesifikasi Receiver/Drier yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Bahan tabung : Besi
Diameter : 60 mm
Panjang(tinggi) : 250 mm
Gambar 3. 5 Receiver/Drier 6. Motor Listrik
Motor listrik berfungsi sebagai penggerak kompresor atau digunakan sebagai pengganti engine/motor bakar pada mobil kenyataannya.
Spesifikasi Motor Listrik yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikiut:
Daya motor listrik : 2 hp Rpm motor listrik : 1480 rpm Voltase Motor listrik : 220 volt Diameter Pulley : 3 inch
Gambar 3. 6 Mesin Listrik 7. Adaptor
Adaptor mempunyai fungsi untuk merubah arus listrik dari AC menjadi DC karena motor listrik yang ada pada kipas kondensor dan blower evaporator mempergunakan arus DC.
Spesifikasi adaptor yang dipergunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut:
Arus : 7,5 A Voltase : 12 volt
Gambar 3. 7 Adaptor
8. Kipas kondensor
Kipas kondensor berfungsi untuk mengalirkan fluida udara melewati kondensor agar proses pelepasan kalor pada kondensor dapat dipercepat.
Gambar 3. 8 Kipas kondensor 9. Blower
Blower digunakan untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator ke ruang kabin mobil.
Gambar 3. 9 Blower
10. Fan / Kipas angin
Fan / Kipas angin berfungsi untuk membantu adaptor pada saat menggerakan kipas kondensor dan blower, agar panas adaptor dapat dibuang ke udara sekitar dengan bantuan fan tersebut.
Gambar 3. 10 Fan / kipas angin
11. Thermostat
Thermostat berfungsi sebagai pengatur suhu pada evaporator, jika suhu evaporator sudah tercapai sesuai kebutuhan maka alat ini akan memutuskan arus listrik sehingga kopling magnet yang ada di kompresor lepas dan kompresor berhenti bekerja.
Gambar 3. 11 Thermostat
12. Kabin (ruang AC mobil)
Kabin ini berfungsi sebagai ruang pendinginan AC mobil yang terbuat dari triplek dan rangka kayu dan dilapisi dengan styrofoam. Ruang pendinginan ini memiliki ukuran p x l x t ( 1,5 m x 1.2 m x 1 m ).
Gambar 3. 12 Kabin (ruang AC mobil) 13. Refrigerant R134a
Refrigerant R134a dipergunakan sebagai fluida kerja mesin pengkondisian udara pada mobil yang diteliti. Penggunaan refrigerant R134a dikarenakan lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigerant lain.
Gambar 3. 13 Refrigerant R-134a
3.1.2 Peralatan pendukung pembuatan mesin AC mobil 1. Pengembang pipa (flaring tool)
Flaring tool fungsinya untuk mengembangkan ujung pipa agar dapat disambung dengan sambungan berulir. Flaring tool terdiri dari 2 buah blok ini membentuk lubang dengan bermacam-macam ukuran pipa yang dapat diselipkan.
Selain itu flaring tool juga mempunyai sebuah joke yang terdiri kaki-kaki yang dapat diselipkan pada blok yang mempunyai sebuah baut pada bagian atasnya dengan batang yang dapat diputar, sedangkan pada ujung lain pada bagian bawah diberi sebuah flare cone yang berbentuk kerucut dengan sudut 45° untuk menekan dan mengembangkan ujung pipa.
Gambar 3. 14 Pengembang pipa (flaring tool) 2. Tube Cutter (alat pemotong pipa)
Tube cutter fungsinya sebagai alat untuk memotong pipa tembaga. Agar hasil potongan pada pipa lebih baik serta dapat mempermudah pengelasan pada proses selanjutnya. Tidak membuat pipa menjadi bengkok.
Gambar 3. 15 Pemotong pipa
3. Pisau cutter
Pisau cutter digunakan untuk memotong bahan akrilik dan sterofoam sesuai dengan ukuran yang diinginkan.
Gambar 3. 16 Pisau cutter 4. Meteran dan mistar
Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Dalam proses pembuatan rangka, meteran banyak digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi bahan akrilik yang digunakan untuk pembuatan kotak pendingin dan rangka mesin penyejuk udara.
Gambar 3. 17 Meteran dan Mistar 5. Obeng dan kunci pas ring set
Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+). Kunci pas dan ring set digunakan untuk mengencangkan baut.
Gambar 3. 18 Obeng dan Kunci pas ring set 6. Sealant
Sealant digunakan untuk lapisan pelindung pada celah-celah sambungan pada kotak akrilik agar tidak terjadi kebocoran udara.
Gambar 3. 19 Sealant 7. Pompa vakum
Pompa vakum fungsinya untuk mengosongkan atau menghilangkan gas- gas yang tidak perlu seperti udara dan uap air di dalam sistem mesin AC mobil sebelum diisi freon sebagai fluida kerja. Hal ini dilakukan agar tidak mengganggu kerja mesin pendingin saat dioperasikan.
Gambar 3. 20 Pompa vakum 8. Manifold gauge
Manifold gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigrant baik pada saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Pada mesin pendingin ini dipasang 2 manifold gauge pada tekanan keluar kompresor dan tekanan masuk (isap) kompresor. Manifold gauge yang digunakan ada 2 indikator yaitu:
- Tekanan 0-250 Psi (dipasang pada pipa masuk kompresor, berwarna biru).
- Tekanan 0-500 Psi (dipasang pada pipa keluar kompresor, berwarna merah)..
Gambar 3. 21 Manifold gauge
9. Plat besi
Plat besi memiliki fungsi sebagai kerangka dasar dalam pembuatan mesin AC mobil.
Gambar 3. 22 Plat besi kerangka dasar 10. Styrofoam
Styrofoam mempunyai fungsi sebagai isolator panas, agar panas dari udara luar tidak mempengaruhi proses pengkondisian udara didalam kabin.
Gambar 3. 23 Styrofoam
3.1.3. 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 mempercepat dan mempermudah proses selanjutnya dalam pembuatan AC mobil. Setelah semua komponen di siapkan, maka akan di lanjutkan proses perangkaian komponen – komponen AC mobil.
3.1.4. Langkah-Langkah Pembuatan AC mobil
Langkah-langkah pembuatan AC mobil dapat diketahui sebagai berikut:
1. Proses pembuatan rangka AC mobil, kabin dan rangkaian kelistrikan
Pada proses ini, rangka dan komponen AC mobil sudah terpasang dan rangka tersebut menggunakan plat besi seperti yang tertera pada Gambar 3.22.
Kemudian pembuatan kabin dilakukan dengan meggunakan triplek dan kayu balok. Kabin dibuat dengan berukuran p x l x t ( 1,5 m x 1,2 m x 1 m ) dan diberi lapisan styrofoam pada bagian dalam ruang kabin tersebut agar dapat mengurangi terjadinya kebocoran dan memaksimalkan kerja pendinginan di dalam ruang kabin tersebut. Kemudian setelah kabin jadi, langkah selanjutnya ialah dalam hal kellistrikan, terutama pada kelistrikan untuk penggerak blower dan kipas kondensor yang belum dapat digunakan, sehingga perlu adanya perbaikan sistem kelistrikan pada rangkaian tersebut. Dalam melakukan perbaikan, diperlukan adaptor yang digunakan untuk menggerakan blower dan kipas kondensor. Adaptor tersebut dihubungkan ke blower dan kipas kondensor dengan menghubungkan kabel adaptor dengan kabel blower dan kipas kondensor.
Gambar 3. 24 Rangkaian listrik adaptor – kipas kondensor
Gambar 3. 25 Rangkaian listrik adaptor – blower
2. Proses pemasangan manifold gauge
Proses pemasangan manifold gauge dilakukan sebelum proses pemvakuman, dikarenakan jika proses pemasangan manifold gauge ini dilakukan stelah pemvakuman maka ini akan sia-sia saja karena akan timbul lagi udara- udara yang tidak diperlukan. Maka dari itu proses pemasangan manifold gauge dilakukan. Dalam pemasangan manifold gauge ini diperlukan pengembang pipa dan pemotong pipa karna manifold gauge akan disambungkan dengan kompresor dengan mengguanakan pipa yang terbuat dari alumunium, manifold gauge ini harus di sambungkan dengan kompresor karena memiliki fungsi untuk mendeteksi tekanan yang terjadi didalam kompresor AC mobil.
3. Proses pemvakuman AC mobil
Dalam proses pemvakuman ini diperlukan pompa vakum yang memiliki fungsi untuk proses pemvakuman tersebut. Proses ini bertujuan untuk mengeluarkan udara-udara yang masih terjebak dalam saluran-pipa di AC mobil agar siklus AC mobil dapat bekerja dengan maksimal.
4. Proses pengisisan Refigerant R134a
Dalam proses ini diperlukan refigerant R134a sebagai fluida kerja AC mobil. Tekanan refigerant yang dimasukan dalam siklus AC mobil harus sesuai dengan standar kerja AC mobil agar dapat bekerja dengan maksimal. Pada saat pengisian refigerant ini sebaiknya mesin AC mobil dinyalakan, yang diharapkan adalah agar refgerant dapat terisi penuh di semua komponen AC mobil dan bersirkulasi dengan baik.
5. Proses pengujian AC mobil
Dalam proses ini seluruh komponen harus sudah jadi dan sudah terpasang dengan benar dan refigerant sudah terisi dengan baik. Kemudian mesin AC mobil ini di nyalakan dan ditunggu 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 sudah siap digunakan untuk diambil data.
3.2 TATA CARA PENELITIAN 3.2.1 Mesin yang diteliti
Mesin yang diteliti adalah AC mobil dengan siklus kompresi uap dengan komponen standar dari AC mobil yang tersedia di pasaran. AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap yang disertai pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut, dengan putaran kompresor 852 rpm. Proses pendinginan yang terjadi dalam AC mobil ini dengan cara menghembuskan udara melewati evaporator. Udara dingin yang dihasilkan kemudian dialirkan ke ruang kabin mobil. Mesin yang digunakan dalam penelitian juga memiliki beberapa variasi yang dilakukan yaitu pada tekanan kerja refrigerant (P1) dan adanya udara segar yang dimasukan dalam sirkulasi didalam kabin.
Gambar 3. 26 Alur kerja mesin yang diteliti 3.2.2 Variasi Penelitian
Variasi yang dilakukan pada penelitian yaitu terhadap tekanan refrigerant dan ada tidaknya udara luar yang masuk.
Tabel 3. 1 Tabel variasi penelitian
Variasi Keterangan
1 Penelitian dilakukan pada tekanan refrigerant masuk kompresor 25 psi tanpa udara luar yang masuk.
2 Penelitian dilakukan pada tekanan refrigerant masuk kompresor 25 psi dengan udara luar yang masuk.
3 Penelitian dilakukan pada tekanan refrigerant masuk kompresor 30 psi tanpa udara luar yang masuk
4 Penelitian dilakukan pada tekanan refrigerant masuk kompresor 30 psi dengan udara luar yang masuk
3.2.2 Alur Penelitian
Langkah-langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian tentang AC mobil ini mengikuti alur penelitian seperti tersaji pada Gambar 3.27.
Mulai
Persiapan Alat dan Bahan
Pembuatan Mesin AC Mobil
Pemasangan Alat Ukur
Pengisian Refrigerant
Pemasangan Kelistrikan
Uji Coba Alat
Pemilihan Variasi Penelitian
Pengambilan Data
Melanjutkan Variasi
Pengolahan Data
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Gambar 3. 27 Diagram alir penelitian
Tidak Baik Baik
Iya
Tidak
3.2.3 Skematik Pengambilan Data
Untuk mempermudah pemahaman tentang kerja mesin AC mobil, alur dan sistem kerja ditampilkan dalam skematik mesin AC mobil yang diteliti tersaji pada Gambar 3.28
Gambar 3. 28 Skematik mesin yang diteliti Keterangan Gambar 3.28 :
1. Titik 1 : tempat pemasangan alat ukur thermocouple dan penampil suhu digital (T1) dan tekanan (P1). Suhu refrigeran masuk kompresor.
2. Titik 2 : tempat pemasangan alat ukur tekanan (P2).
3. Titik 3 : tempat pemasangan alat ukur thermocouple dan penampil suhu digital (T3). Suhu refrigeran masuk katup ekspansi,
4. Titik 4 : tempat pemasangan alat ukur thermocouple dan penampil suhu digital (T4). Suhu di dalam kabin.
3.2.4 Alat Bantu Penelitian
Dalam proses pengambilan data diperlukan alat bantu penelitian sebagai berikut:
1. Pengukuran suhu digital dan termokopel
Termokopel berfungsi untuk mengukur perubahan suhu atau temperatur pada saat pengujian. Cara kerjanya pada ujung termokopel diletakkan (digantung
