PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

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


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

i


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

ii






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.

.

vii


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

Penulis

viii


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

3.3

Langkah-langkah Pembuatan mesin AC mobil...................................43

ix


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 LAMPIRAN ...........................................................................................................75

x


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 Gambar 3.7 Pemotong pipa ..................................................................................40 xi


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

Gambar 5.8

Hubungan laju aliran massa refrigerant dan waktu .......................70

xii


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

Tabel 5.6

Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil .........................................62

xiii


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 pada diagram P-h. Data 2 (menit 12) .........................................75 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 3 (menit 21) ..........................................76 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 4 (menit 30) ..........................................76 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 5 (menit 39) ..........................................77 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 6 (menit 48) ..........................................77 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 7 (menit 57) .........................................78 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 8 (menit 66) ..........................................78 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 9 (menit 75) ..........................................79 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 10 (menit 84) ........................................79 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 11 (menit 93) ........................................80 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 12 (menit 102) .....................................80 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

xiv


pada diagram P-h. Data 13 (menit 111) ......................................81 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 14 (menit 120) ......................................81 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 15 (menit 129) ......................................82 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 16 (menit 138) ......................................82 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 17 (menit 147) .....................................83 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 18 (menit 156) .....................................83 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 19 (menit 165) .....................................84 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 20 (menit 174) .....................................84 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 21 (menit 183) .....................................85 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 22 (menit 192) ....................................85 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 23 (menit 201) ....................................86 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 24 (menit 210) ....................................86 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 25 (menit 219) ....................................87 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 26 (menit 228) .....................................87

xv


Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 27 (menit 237) ....................................88

xvi


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 benarbenar 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 berAC. 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

1


2

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 :


3

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.


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 : http://topbengkel.blogspot.com/2011/11/image-series-car-airconditioner_10.html)

4


5

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


6

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.

(a)


7

(b) Gambar 2.3 Kompresor jenis swash plate (a) dan potongan (b) (Sumber : http://globaldensoproducts.com/climate-control/car-air-conditioningsystem/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


8

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-bagiankompresor-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 plate dengan bantuan guide ball. Gerakan bolak-balik ini selanjutnya diteruskan


9

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-bagiankompresor-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


10

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-mpncnddpi4011.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


11

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.


12

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


13

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/porscheparts/accessories.php?sec=Body&model=944%201982-85&subsec=A/C-andClimate-Control)


14

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).


15

Gambar 2.11 Kopling Magnet (Sumber : http://medukasi.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). Refrigerant dapat dikatakan sebagai pemindah panas dalam sistem pendingin.


16

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.


17

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,


18

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.


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 :  Proses 1-2 (Proses Kompresi)

19


20

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


21

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


22

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)

Pada Persamaan (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)


Qin = h1 – h4

23

(2.3)

Pada Persamaan (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) ℎ

COP aktual = ℎ1−ℎ4

(2.4)

2−ℎ1

Pada Persamaan (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 = 𝑇 Pada Persamaan (2.5) :

𝑇𝑒 𝑐−𝑇𝑒

(2.5)


o COP ideal

: koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil,

o Te

: suhu evaporator (K)

o Tc

: suhu kondensor (K)

24

f) Efisiensi mesin AC mobil Besarnya efisiensi mesin AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6) h =

𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

𝑥100%

(2.6)

Pada Persamaan (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

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)

(2.7)


25

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.


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

26


27

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)


28

Gambar 2.16 Perpindahan kalor konduksi. ∆𝑇

q = - k A.∆𝑥 = - kA.

𝑇1−𝑇2 ∆𝑥

( 2.8)

Pada Persamaan (2.8) :  q : laju perpindahan panas, watt  k : konduktifitas thermal bahan, w/moC ∆𝑇

 .∆𝑥 = gradien suhu perpindahan kalor, oC/m  ∆𝑥 : tebal dinding, m  ∆𝑇 : perubahan suhu, oC  𝑇1 : suhu dinding 1, oC  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


29

perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah saat proses merebus air.

Gambar 2.17 Perpindahan Kalor Konveksi Gambar 2.17 memperlihatkan perpindahan kalor secara konveksi atau sering dikenal dengan hukum newton untuk pendinginan, yang dapat dirumuskan seperti pada Persamaan 2.9. q = hA(Ts −T∞)

(2.9)

Pada persamaan (2.9) :  q : laju perpindahan panas, watt  h : koefisien perpindahan panas konveksi, watt/m2.oC  A : luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida, m2  Ts : temperatur permukaan, oC  T∞ : temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan, oC Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi tidak dapat berlangsung pada benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Berikut penjelasan dan contoh dari keduanya: a) Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection)


30

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


31

(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


32

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 HFC134a 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


33

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 HFC134a. 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


34

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 HC-290/600 memberikan hasil : tidak mudah terbakar dan risiko penggunaan HC290/600 jauh lebih kecil dibanding dengan refrigerant yang dijual di pasaran.


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

Voltase

: 220 Volt

35


36

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:


Diameter katup ekspansi

: 0,028 inchi

Bahan katup ekspansi

: tembaga

37

Gambar 3.3 Katup Ekspansi d) Evaporator Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : Bahan pipa evaporator

: tembaga,

Bahan sirip evaporator

: alumunium

Ukuran evaporator

:pxlxt

diameter

: 6 mm

= 30 cm x 10 cm x 5 cm


38

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

Gambar 3.5 Receiver/drier


f)

39

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.


40

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.


41

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 : Arus

: 7.5 A


Voltase

42

: 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

ruang kabin mobil.


43

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 komponenkomponen 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


44

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


45

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.

Gambar 3.16 Tekanan normal pada pengujian alat


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.

Gambar 4.1 Mesin yang diteliti (AC mobil) 46


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

Tidak baik

Baik

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

47


48

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

3.

Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel T3


49

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, sedangkan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah.


50

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).

Gambar 4.6 P – h diagram


51

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)


52

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.


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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

t (menit) 3 12 21 30 39 48 57 66 75 84 93 102 111 120 129 138 147 156 165 174 183 192 201

P1 (Psia) 31,20 31,45 32,20 31,70 31,95 31,20 32,20 32,20 31,20 31,95 31,45 32,20 32,45 32,45 32,45 31,45 31,95 31,45 32,20 32,95 32,70 32,70 32,95

P2 (Psia) 177,70 177,20 172,20 173,45 178,45 178,45 180,95 179,20 178,45 178,45 178,45 181,70 180,95 181,45 180,45 178,95 178,95 178,45 178,95 182,70 182,20 184,70 185,20

T1 (oC) 16,40 16,53 16,90 16,78 17,13 18,18 17,13 15,45 17,13 16,35 15,98 17,53 16,95 17,10 16,63 16,70 16,95 16,48 16,45 16,45 16,45 17,33 16,63

53

T3 ( C) 23,93 24,48 23,55 23,73 24,80 25,83 24,75 22,63 24,25 24,60 23,75 25,25 24,98 24,33 24,43 25,00 25,25 24,05 24,83 24,58 23,85 25,43 23,65 o

V (Volt) 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220

I (A) 6,14 6,15 6,18 6,20 6,19 6,21 6,23 6,20 6,25 6,23 6,26 6,25 6,26 6,26 6,27 6,28 6,29 6,25 6,27 6,28 6,30 6,31 6,30


54

Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1 & T3) lanjutan No 24 25 26 27

t (menit) 210 219 228 237

P1 (Psia) 31,70 32,70 32,20 33,20

P2 (Psia) 176,70 182,20 182,20 184,70

T1 (oC) 16,23 15,88 16,58 16,48

T3 (oC) 24,43 23,85 24,05 23,88

V (Volt) 220 220 220 220

I (A) 6,30 6,32 6,32 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 1 2 3 4

t (menit) 3 12 21 30

h1 (Btu/lb) 106 108 109 108

h2 (Btu/lb) 124 125 126 126

h3 h4 (Btu/lb) (Btu/lb) 24 24 25 25 26 26 26 26


55

Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) dalam satuan Btu/lb lanjutan No 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

t (menit) 39 48 57 66 75 84 93 102 111 120 129 138 147 156 165 174 183 192 201 210 219 228 237

h1 (Btu/lb) 107 109 108 106 108 108 108 106 107 107 107 107 107 107 108 106 108 108 109 106 108 108 105

h2 (Btu/lb) 127 128 124 123 124 127 124 122 127 123.1 125 125 123 124 124 124 128 127.8 129 124 126 127 124

h3 h4 (Btu/lb) (Btu/lb) 24 24 26 26 25 25 26 26 24 24 26 26 25 25 24 24 25 25 25 25 24 24 25 25 25 25 24 24 25 25 25 25 24 24 26 26 24 24 24 24 23 23 23 23 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 1 2 3 4 5

t (menit) 3 12 21 30 39

h1 (kJ/kg) 246,56 251,21 253,53 251,21 248,88

h2 (kJ/kg) 288,42 290,75 293,08 293,08 295,40

h3 (kJ/kg) 55,82 58,15 60,48 60,48 55,82

h4 (kJ/kg) 55,82 58,15 60,48 60,48 55,82


56

Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kJ/kg lanjutan No 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

t (menit) 48 57 66 75 84 93 102 111 120 129 138 147 156 165 174 183 192 201 210 219 228 237

h1 (kJ/kg) 253,53 251,21 246,56 251,21 251,21 251,21 246,56 248,88 248,88 248,88 248,88 248,88 248,88 251,21 246,56 251,21 251,21 253,53 246,56 251,21 251,21 244,23

h2 (kJ/kg) 297,73 288,42 286,10 288,42 295,40 288,42 283,77 295,40 286,33 290,75 290,75 286,10 288,42 288,42 288,42 297,73 297,26 300,05 288,42 293,08 295,40 288,42

h3 (kJ/kg) 60,48 58,15 60,48 55,82 60,48 58,15 55,82 58,15 58,15 55,82 58,15 58,15 55,82 58,15 58,15 55,82 60,48 55,82 55,82 53,50 53,50 53,50

h4 (kJ/kg) 60,48 58,15 60,48 55,82 60,48 58,15 55,82 58,15 58,15 55,82 58,15 58,15 55,82 58,15 58,15 55,82 60,48 55,82 55,82 53,50 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

h2 = 288,42 kJ/kg

h4 = 55,82 kJ/kg

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

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 57


58

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

= h2-h1 = 288,42 kJ/kg – 251,21 kJ/kg = 37,22 kJ/kg

maka kerja kompresor persatuan massa refrigerant sebesar 37,22 kJ/kg (pada saat t = 75 menit) 2) Kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas Kondensor (Qout) Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor pada AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.4) : Qout

= h2-h3 = 288,42 kJ/kg – 55,82 kJ/kg = 232,6 kJ/kg

maka kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor sebesar 232,6 kJ/kg (pada saat t = 75 menit) 3) Kalor yang diserap evaporator (Qin) Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator pada AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.5) :


Qin

59

= h1-h4 = 251,21 kJ/kg – 55,82 kJ/kg = 195,38 kJ/kg

Maka kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator sebesar 195,38 kJ/kg (pada saat t = 75 menit) 4) COP aktual COPaktual dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari mesin AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6) : ℎ −ℎ

COPaktual = ℎ1 −ℎ 4 = 2

1

𝑄𝑖𝑛 𝑊𝑖𝑛

251,21−55,82

= 288,42−251,21

= 5,25 Maka COP aktual AC mobil sebesar 5,25 (pada saat t = 75 menit) 5) COP ideal Untuk menghitung performance ideal pada AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat menggunakan Persamaan (2.7) COP ideal = 𝑇

𝑇𝑒 𝑐−𝑇𝑒


60

(−9,22+273,15)

= (39,22+273,15)−(−9,22+273,15) = 5,45 Maka COP ideal AC mobil sebesar 5,45 (pada saat t = 75 menit) 6) Efisiensi (η) Untuk mendapatkan efisiensi AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.8) Efisiensi η =

𝐶𝑂𝑃𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 𝐶𝑂𝑃𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

x 100%

5,25

η = 5,45x 100% η = 96,36% Maka efisiensi η AC mobil sebesar 96,36% (pada saat t = 75 menit) 7) Laju aliran massa refrigerant (m) Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigerant dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) m

= =

(𝑉.𝐼)/1000 𝑤𝑖𝑛 (220.6,25)/1000 37,22

= 0,0369 kg/s Maka laju aliran massa AC mobil sebesar 0,0369 kg/s (pada saat t = 75 menit)


61

5.3. Hasil Perhitungan Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 0 menit sampai (t) 240 menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigerant (Win), kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator (Qin), COP

aktual,

COP

ideal,

efisiensi dan laju

aliran massa dari AC mobil disajikan pada Tabel 5.5 dan Tabel 5.6 Tabel 5.4 Hasil perhitungan tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1, T3, Te, Tc) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

t (menit) 3 12 21 30 39 48 57 66 75 84 93 102 111 120 129 138 147 156 165 174 183 192 201 210 219 228 237

P1 (Psia) 31,20 31,45 32,20 31,70 31,95 31,20 32,20 32,20 31,20 31,95 31,45 32,20 32,45 32,45 32,45 31,45 31,95 31,45 32,20 32,95 32,70 32,70 32,95 31,70 32,70 32,20 33,20

P2 (Psia) 177,70 177,20 172,20 173,45 178,45 178,45 180,95 179,20 178,45 178,45 178,45 181,70 180,95 181,45 180,45 178,95 178,95 178,45 178,95 182,70 182,20 184,70 185,20 176,70 182,20 182,20 184,70

T1 (oC) 16,40 16,53 16,90 16,78 17,13 18,18 17,13 15,45 17,13 16,35 15,98 17,53 16,95 17,10 16,63 16,70 16,95 16,48 16,45 16,45 16,45 17,33 16,63 16,23 15,88 16,58 16,48

T3 (oC) 23,93 24,48 23,55 23,73 24,80 25,83 24,75 22,63 24,25 24,60 23,75 25,25 24,98 24,33 24,43 25,00 25,25 24,05 24,83 24,58 23,85 25,43 23,65 24,43 23,85 24,05 23,88

Te (oC) -9,22 -9,00 -7,67 -8,11 -8,06 -9,22 -7,67 -7,67 -9,22 -8,06 -9,00 -7,67 -7,44 -7,44 -7,44 -9,00 -8,06 -9,00 -7,67 -7,11 -7,33 -7,33 -7,11 -8,11 -7,33 -7,67 -6,78

Tc (oC) 39,72 37,83 41,44 44,44 39,22 39,22 43,33 40,33 39,22 39,22 39,22 42,72 43,33 42,33 47,06 42,89 42,89 42,11 42,89 45,00 44,56 48,22 49,00 45,83 44,56 44,56 48,22


62

Tabel 5.5.Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil

No

Waktu (t) (menit)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

3 12 21 30 39 48 57 66 75 84 93 102 111 120 129 138 147 156 165 174 183 192 201 210 219 228 237

Kerja Kompresor (Win) (kJ/kg) 41,87 39,54 39,54 41,87 46,52 44,19 37,22 39,54 37,22 44,19 37,22 37,22 46,52 37,45 41,87 41,87 37,22 39,54 37,22 41,87 46,52 46,05 46,52 41,87 41,87 44,19 44,19

Kalor yang diserap Kalor yang evaporator dilepas kondensor (Qin) (Qout) (kJ/kg) (kJ/kg) 190,73 232,60 193,06 232,60 193,06 232,60 190,73 232,60 193,06 239,58 193,06 237,25 193,06 230,27 186,08 225,62 195,38 232,60 190,73 234,93 193,06 230,27 190,73 227,95 190,73 237,25 190,73 228,18 193,06 234,93 190,73 232,60 190,73 227,95 193,06 232,60 193,06 230,27 188,41 230,27 195,38 241,90 190,73 236,79 197,71 244,23 190,73 232,60 197,71 239,58 197,71 241,90 190,73 234,93

COP aktual

4,56 4,88 4,88 4,56 4,15 4,37 5,19 4,71 5,25 4,32 5,19 5,13 4,10 5,09 4,61 4,56 5,13 4,88 5,19 4,50 4,20 4,14 4,25 4,56 4,72 4,47 4,32

Tabel 5.6. Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil

No 1 2 3 4 5

Waktu (t) (menit) 3 12 21 30 39

COP ideal 5,39 5,64 5,41 5,04 5,61

Efisiensi (η) (%) 84,48 86,56 90,32 90,33 74,01

Laju aliran massa (m) (kg/s) 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03


63

Tabel 5.6. Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil lanjutan

No 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Waktu (t) (menit) 48 57 66 75 84 93 102 111 120 129 138 147 156 165 174 183 192 201 210 219 228 237

COP ideal 5,45 5,21 5,53 5,45 5,61 5,48 5,27 5,23 5,34 4,88 5,09 5,20 5,17 5,25 5,11 5,12 4,78 4,74 4,91 5,12 5,08 4,84

Efisiensi (η) (%) 80,18 99,65 85,08 96,36 76,97 94,70 97,27 78,35 95,42 94,58 89,49 98,49 94,47 98,78 88,15 81,99 86,56 89,64 92,72 92,18 88,00 89,11

Laju aliran massa (m) (kg/s) 0,03 0,04 0,03 0,04 0,03 0,04 0,04 0,03 0,04 0,03 0,03 0,04 0,03 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

5.4. Pembahasan Dari hasil penelitian, diperoleh informasi bahwa mesin AC mobil dapat bekerja dengan baik dan dalam kondisi yang baik (kompresor tidak bocor, kondensor berfungsi dengan baik, kipas kondensor berfungsi dengan baik, katup ekspansi bekerja dengan baik, evaporator berfungsi dengan baik, blower bekerja dengan baik) dan mampu menghasilkan data yang baik. Hasil dari pengambilan data dapat digambarkan pada P-h diagram dan membentuk siklus kompresi uap dengan proses pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut. Suhu kerja kondensor


64

yang dihasilkan lebih tinggi dari suhu lingkungan, sekitar 42,94oC dan suhu kerja evaporator lebih rendah dari suhu udara ruangan di dalam ruang kabin mobil, sekitar -7,98oC. Dari hasil penelitian, diperoleh informasi bahwa pada siklus kompresi uap yang dihasilkan terdapat proses pemanasan lanjut dan proses pendinginan lanjut. Kondisi ini memberikan keuntungan. Karena dengan adanya proses pemanasan lanjut dan proses pendinginan lanjut, kedua proses ini dapat menaikkan nilai COP dan efisiensi dari mesin AC mobil. Demikian juga kondisi refrigerant ketika masuk kompresor benar-benar dalam keadaan gas, sehingga proses kompresi dapat berjalan ideal dan tidak merusak kompresor. Kondisi refrigerant ketika masuk katup ekspansi juga dalam keadaan benar-benar cair, sehingga proses masuknya refrigerant ke katup ekspansi mudah. Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa besar Win, Qin, Qout, dan COP dari mesin AC mobil dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.1, Gambar 5.2, Gambar 5.3, Gambar 5.4, Gambar 5.5, Gambar 5.6, Gambar 5.7.


65

200

180 160

Win (kJ/kg)

140 120 100 80 60 40 20 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.2 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigerant dan waktu Gambar 5.2 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa refrigerant (Win) dari waktu ke waktu. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigerant terendah sebesar 37,22 kJ/kg dan nilai kerja kompresor persatuan massa refrigerant tertinggi sebesar 46,52 kJ/kg. Rata-rata nilai kerja kompresor persatuan massa refrigerant dari t = 3 menit sampai t = 240 menit sebesar 41,51 kJ/kg. Kerja kompresor berubah pada setiap menit, hal ini kemungkinan terjadi karena kerja kopling magnet yang selalu memutus dan menghubungkan pada kompresor.


66

500 450 400

Qin (kJ/kg)

350 300 250 200 150 100 50 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.3 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator dan waktu. Gambar 5.3 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai kalor terendah yang diserap evaporator adalah 186,08 kJ/kg dan nilai kalor tertinggi yang diserap evaporator adalah sebesar 197,71 kJ/kg. Rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigerant yang diserap adalah sebesar 192,37 kJ/kg. Pengambilan data yang dilakukan, membuat kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator cenderung tidak konstan. Hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh kerja kompresor (Win) yang tidak konstan.


67

500 450 400

Qout (kJ/kg)

350 300 250 200 150 100 50 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.4 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor dan waktu Gambar 5.4 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai kalor persatuan massa refrigerant terendah yang dilepas kondensor adalah 225,62 kJ/kg dan nilai kalor persatuan massa refrigerant tertinggi yang dilepas kondensor adalah sebesar 244,23 kJ/kg. Rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor adalah sebesar 233,88 kJ/kg. Nilai kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor berubah pada setiap menit. Hal ini sesuai dengan perubahan yang terjadi pada kompresor dan evaporator. Karena semakin besar kerja kompresor dan evaporator persatuan massa, maka semakin besar pula kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor.


68

14 12

COPaktual

10 8 6 4 2 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.5 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu Gambar 5.5 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi (COP)

aktual

dari

waktu ke waktu. Nilai COPaktual terendah adalah 4,10 dan nilai COP aktual tertinggi adalah sebesar 5,25. Rata-rata nilai COP

aktual

adalah sebesar 4,66.

COPideal

Perubahan kerja kompresor juga berpengaruh pada koefisien prestasi COPaktual.

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu


69

Gambar 5.6 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi COPideal dari waktu ke waktu. Nilai COPideal terendah adalah 4,74 dan nilai COPideal tertinggi adalah sebesar 5,64. Rata-rata nilai COPideal adalah sebesar 5,22. Perubahan yang terjadi pada kompresor yang diikuti COPaktual juga mengakibatkan perubahan nilai nilai COPideal.

200

180 160

Efisiensi (%)

140 120 100 80 60 40 20 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.7 Hubungan efisiensi dan waktu Gambar 5.7 memperlihatkan efisiensi dari waktu ke waktu. Nilai efisiensi terendah adalah 74,01% dan nilai efisiensi tertinggi adalah sebesar 99,65%. Ratarata efisiensi adalah sebesar 89,40%. Perubahan kerja kompresor yang semakin berat oleh karena transfer kalor yang terjadi, sistem perpipaan yang ditekuk sehingga ada kemungkinan aliran refrigerant pada pipa tidak sempurna dan ruang pendingin (kabin) yang terbuat dari triplek masih memiliki cacat / lubang kecil, tidak dapat tertutup secara sempurna. Dan hal inilah yang kemungkinan


70

menyebabkan efisiensi mesin AC mobil tidak dapat 100% karena pengaruh kerja kompresor.

Laju aliran massa m (kg/s)

0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0

50

100

150

200

250

Waktu (menit)

Gambar 5.8 Hubungan laju aliran massa refrigerant dan waktu Gambar 5.8 memperlihatkan laju aliran massa dari waktu ke waktu. Nilai laju aliran massa terendah adalah 0,0293 kg/s dan nilai laju aliran masa tertinggi adalah sebesar 0,0372 kg/s. Rata-rata laju aliran massa adalah sebesar 0,0333 kg/s. Tertutupnya evaporator oleh butiran air yang membeku, mengakibatkan laju aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi. Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa, uap air yang membeku dan menebal pada bagian dalam evaporator dapat menghalangi transfer kalor. Sehingga uap air yang membeku menghalangi kinerja kompresor sehingga kerja kompresor semakin berat. Serta berdampak pula pada kalor yang dilepas kondensor persatuan massa dan kalor yang diserap evaporator persatuan massa. Dan juga hal ini mengakibatkan menurunnya koefisien prestasi mesin baik aktual maupun ideal dan juga menurunnya laju aliran massa efisiensi. Menurunnya efisiensi ini juga


71

dipengaruhi banyak hal seperti tekukan pada pipa dapat membuat aliran refrigerant tidak optimal, hal ini juga mempengaruhi laju aliran massa.


BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Dari pengujian mesin AC mobil, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Mesin AC mobil yang dibuat dapat bekerja dengan siklus kompresi uap secara baik dengan suhu kerja kondensor sekitar 42,94oC dan suhu kerja evaporator sekitar -7,98oC. 2. Kerja kompresor per satuan massa refrigerant terendah sebesar 37,22 kJ/kg, dan tertinggi sebesar 46,52 kJ/kg, rata-rata sebesar 41,51 kJ/kg. 3. Kalor per satuan massa refrigerant yang diserap evaporator terendah sebesar 186,08 kJ/kg, dan tertinggi yang diserap evaporator sebesar 197,71 kJ/kg, ratarata sebesar 192,97 kJ/kg. 4. Kalor per satuan massa refrigerant yang dilepas kondensor terendah sebesar 225,62 kJ/kg, dan tertinggi yang dilepas kondensor sebesar 244,23 kJ/kg, rata-rata sebesar 233,88 kJ/kg. 5. COPaktual terendah mesin AC mobil sebesar 4,10, dan tertinggi sebesar 5,25, rata-rata sebesar 4,66. 6. COPideal mesin AC mobil terendah sebesar 4,74, dan tertinggi sebesar 5,64, rata-rata sebesar 5,22. 7. Efisiensi mesin AC mobil terendah sebesar 74,01%, tertinggi sebesar 99,65%, rata-rata sebesar 89,40%. 72


73

8. Laju aliran massa terendah adalah 0,0293 kg/s, tertinggi sebesar 0,0372 kg/s, rata-rata sebesar 0,0333 kg/s. 6.2 Saran. Beberapa saran yang dapat disampaikan terkait dengan penelitian ini : a.

Pengaturan kopling magnet sebaiknya dilakukan secara otomatis. Agar supaya bila suhu pada ruang kabin sudah tercapai (21oC), kopling magnet dapat secara otomatis memutus aliran listrik pada kompresor, dan pada saat suhu ruang kabin mulai naik (23oC), kopling magnet dapat secara otomatis akan menghubungkan aliran listrik pada kompresor.

b.

Waktu pengambilan data sebaiknya tidak terlalu lama, cukup membutuhkan waktu sekitar 50 menit karena sudah stabil.

c.

Pengambilan data sebaiknya menggunakan arduino supaya lebih teliti dalam pengambilan data.

d.

Pengaturan rpm kompresor sebaiknya dengan menggunakan perubahan frekuensi listrik supaya rpm yang dihasilkan lebih akurat dan tidak membutuhkan waktu yang lama dalam mengubah rpm kompresor.

73


DAFTAR PUSTAKA

Maclaine, I.L., 2004, Usage and risk hydrocarbon refrigerants in motor cars for Australia and the United States, Sydney. Marindho, D.C., 2014, Pengujian Kinerja HFC-134a Refrigerant pada AC Mobil Sistem (Percobaan Statis) dengan Variasi Kecepatan Motor, Kudus. Yuswandi, A., 2007, Pengujian Unjuk Kerja Sistem AC Mobil Statik Eksperimen Menggunakan Refrigeran CFC-12 dan HFC-134a Dengan Variasi Putaran (RPM) Kompresor, Surakarta.

74


LAMPIRAN Data 1 (menit 3)

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

Data 2 (menit 12)

Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram P-h. Data 2 (menit 12) 75


Data 3 (menit 21)


Data 4 (menit 30)


76


Data 5 (menit 39)


Data 6 (menit 48)


77


Data 7 (menit 57)


Data 8 (menit 66)


78


Data 9 (menit 75)


Data 10 (menit 84)


79


Data 11 (menit 93)


Data 12 (menit 102)


80


Data 13 (menit 111)


Data 14 (menit 120)


81


Data 15 (menit 129)


Data 16 (menit 138)


82


Data 17 (menit 147)


Data 18 (menit 156)


83


Data 19 (menit 165)


Data 20 (menit 174)


84


Data 21 (menit 183)


Data 22 (menit 192)


85


Data 23 (menit 201)


Data 24 (menit 210)


86


Data 25 (menit 219)


Data 26 (menit 228)


87


Data 27 (menit 237)


88

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents