pengaruh putaran kipas udara balik terhadap … · gambar 2.10 kopling magnet..... 15 gambar 2.11...

i

PENGARUH PUTARAN KIPAS UDARA BALIK TERHADAP

UNJUK KERJA MESIN AC MOBIL BERDAYA 2 PK

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik di bidang Mesin

Oleh :

BRAMANTYO

NIM : 165214120

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

FAN RETURN AIR EFFECT OF PERFORMANCE

CAR AIR CONDITIONER TWO PK POWER

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtained the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

BRAMANTYO

Student Number : 165214120

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2018


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat

karya yang pernah digunakan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya

atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang

secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 6 Juli 2018

Bramantyo


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Bramantyo

Nomor Mahasiswa : 165214120

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Pengaruh Putaran Kipas Udara Balik Terhadap Unjuk Kerja Mesin AC

Mobil Berdaya 2 PK

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikan saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan

royalti kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyatakan ini saya buat dengan sebenarnya.


Bramantyo


vii

ABSTRAK

Pada zaman modern ini, alat pengkondisi udara (Air Conditioner) sudah

bukan merupakan sesuatu hal yang asing. Fungsi dari AC mobil adalah alat untuk

mengkondisikan udara di dalam ruangan agar mencapai kondisi udara ruangan

seperti yang di inginkan. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan merakit

mesin AC Mobil. (b) mengetahui dan memahami karakteristik AC mobil,

meliputi: kerja kompresor per satuan massa refrigeran, energi kalor yang diserap

evaporator per satuan massa refrigeran di dalam kabin, energi kalor yang

dilepaskan kondensor per satuan massa refrigeran, menentukan dan

, efisiensi AC mobil, menghitung laju aliran refrigeran.

Metode yang dilakukan adalah metode eksperimen yang dilakukan di

Laboratorium Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. AC Mobil

bekerja menggunakan siklus kompresi uap, Menggunakan refrigeran R-134a,

Dimensi kabin berukuran 0,9 m x 0,7 m x 0,9 m. Material kabin terbuat dari

acrylic dengan ketebalan 1,5 mm. AC Mobil ini menggunakan beberapa

komponen utama, yaitu: kompresor, kondesor, evaporator, filter receiver drier,

katup ekspansi. Daya penggerak mesin sebesar 2 PK. Proses pengambilan data

pada AC mobil meliputi , , , , V, I. Variasi penelitian dilakukan terhadap

besarnya putaran kipas udara balik dengan 3 kecepatan: (a) 1800 rpm, (b) 2200

rpm, (c) 2400 rpm.

Hasil penelitian memberikan kesimpulan : (a) Bahwa mesin AC mobil

yang dirancang dan dirakit dapat bekerja dengan baik sesuai fungsi dan unjuk

kerjanya. (b) sebesar 166,95 kJ/kg, sebesar 40,10 kJ/kg, sebesar

206,74 kJ/kg, sebesar 4,219, sebesar 5,101, Efisiensi sebesar 85,18%, ̇ sebesar 0,0413 kg/s.

Kata Kunci : Siklus Kompresi Uap, AC Mobil, COP


viii

ABSTRACT

In this era, air conditioner is an ordinary thing. Car air conditioner has a

function as a tool to conditioning the air in some space to reach the air condition

as what person want. The purpose of this research are (a) designing and

assembling car air conditioner. (b) to find out and understand car air conditioner

characteristic, that comprise of: work of compressor per refrigerant mass unit,

heat energy that absorbed by evaporator per refrigerant mass unit, heat energy that

released by condenser per refrigerant mass unit, finding out , , car air conditioner efficiency, and calculate refrigerant mass transfer.

The method of this research is an experiment method that did on

Laboratorium Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Car air

conditioner work with vapor compression cycle, Used R-134a refrigerant, Cabin

dimension is 0,9 m x 0,7 m x 0,9 m. Cabin material is made from acrylic with 1,5

mm surface thickness. This car air conditioner used a few component, there are:

compressor, condensor, evaporator, filter receiver drier, expansion valve. The

motor has an 2 HP power. Taking data’s process in car air conditioner are

comprise of , , , , V, I. Research variety its get by fan return revolution

speed with 3 speed variety: (a) 1800 rpm, (b) 2200 rpm, (c) 2400 rpm.

The results of this research are make some conclusion, there are: (a) Car

air conditioner that has design and assemble could work properly correspond to

that function and performance. (b) in the amount of 166,95 kJ/kg, in the

amount of 40,10 kJ/kg, in the amount of 206,74 kJ/kg, in the

amount of 4,219, in the amount of 5,101, Efficiency in the amount of 85,18 %, ̇ in the amount of 0,0413 kg/s.

Key Words : Vapor Compression Cycle, Car Air Conditioner, COP


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

limpahan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik

dan tepat pada waktunya.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib mahasiswa Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta untuk memperoleh ijazah maupun gelar S1 Teknik Mesin.

Berkat bimbingan, nasihat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak,

akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan maksimal. Oleh

karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

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

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta dan

sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Achilleus Hermawan Astyanto M.Eng. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Doddy Purwadianto S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi,

Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang

mengijinkan dan memfasilitasi dalam melakukan penelitian.

5. Sumudi Kartono dan Sri Subekti sebagai orang tua penulis yang selalu

memberi semangat dan dukungan, baik yang berupa materi maupun spiritual.

6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, atas semua ilmu yang telah diberikan kepada

penulis selama perkuliahan.


x

7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga

selesainya penulisan skripsi ini.

8. Yustin Verina Irmaputri yang telah memberi dukungan penulis dalam

penelitian dan hingga selesainya penulisan skripsi ini.

9. David Armando dan Yoannes Andhika sebagai rekan satu tim dalam penelitian

ini dan tentu semua teman-teman Teknik Mesin dan pihak yang tidak dapat

penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan moril maupun

spiritual sehingga proses penyelesaian skripsi ini dapat berjalan dengan lancar.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah

sempurna. Sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca

sangat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini di kemudian hari. Akhirnya,

besar harapan penulis agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.


Bramantyo


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

TITLE PAGE .................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN ......................................................................... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................................... vi

ABSTRAK ....................................................................................................... vii

ABSTRACT ....................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ix

DAFTAR ISI .................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah ......................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 2

1.4 Batasan Batasan dalam pembuatan Mesin AC Mobil ..................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI & TINJUAN PUSTAKA ................................. 5

2.1 Dasar Teori ...................................................................................... 5

2.1.1 Definisi Mesin AC Mobil ....................................................... 5

2.1.2 AC Mobil Menggunakan Siklus Kompresi Uap..................... 6

2.1.2.1 Kompresor ....................................................................... 6

2.1.2.2 Kondensor ....................................................................... 10

2.1.2.3 Evaporator ....................................................................... 11

2.1.2.4 Katup Ekspansi ............................................................... 11


xii

2.1.2.5 Filter Recivier Drier ....................................................... 12

2.1.2.6 Blower ............................................................................. 14

2.1.2.7 Kopling Magnet .............................................................. 14

2.1.2.8 Sistem Kelistrikan untuk AC Mobil ................................ 15

2.1.3 Refrigeran Siklus Kompresi Uap .................................................. 16

2.1.3.1 Udara ............................................................................ 17

2.1.3.2 Amoniak ( ) ............................................................... 17

2.1.3.3 Karbondioksida ( ) ..................................................... 17

2.1.3.4 Refrigerant-12 ................................................................. 17

2.1.3.5 Refrigerant-22 ................................................................. 18

2.1.3.6 HFC (Hydro Fluoro Carbon) .......................................... 18

2.1.4 Siklus Kompresi Uap .................................................................. 19

2.1.5 Tahapan Siklus Kompresi Uap .................................................... 19

2.1.6 Rumus Perhitungan Mesin Siklus Kompresi Uap AC Mobil ..... 22

2.1.7 Perpindahan Kalor ....................................................................... 27

2.1.8 Beban Pendinginan ...................................................................... 31

2.1.9 Proses Perubahan Fase ................................................................ 32

2.1.10 Psychrometric chart ................................................................... 33

2.1.10.1 Parameter-parameter pada psychrometric chart..................... 34

2.1.10.2 Proses pada psychrometric chart ............................................ 36

2.1.10.3 Proses pengkondisian udara dalam psychrometric chart. ...... 40

2.2 Tinjauan Pustaka ................................................................................. 42

BAB III METODE PENELITIAN................................................................... 46

3.1 Objek Penelitian ........................................................................... 46

3.2 Skematik AC mobil yang diteliti ................................................... 47

3.3 Pembuatan Alat dan Alat Pendukung Penelitian ........................... 48

3.3.1 Komponen – Komponen AC Mobil ......................................... 48

3.3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan AC Mobil ............................ 53

3.3.3 Alat Bantu Ukur ....................................................................... 57


xiii

3.4 Variasi Penelitian .......................................................................... 59

3.5 Alur Penelitian ............................................................................... 60

3.6 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan ................................. 61

3.7 Cara Mengolah Data ...................................................................... 61

3.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan .................................................... 62

BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................ 63

4.1 Data Hasil Percobaan .................................................................... 63

4.2 Perhitungan dan Pengolahan Data................................................. 68

4.3 Hasil Perhitungan .......................................................................... 73

4.4 Pembahasan ................................................................................... 75

BAB V KESIMPULAN ................................................................................... 82

5.1 Kesimpulam .................................................................................. 82

5.2 Saran ............................................................................................. 83

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 84

LAMPIRAN ..................................................................................................... 85


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1 & T3) variasi kipas

pembalik OFF ............................................................................... 63


pembalik 1800 rpm........................................................................ 64


pembalik 2200 rpm........................................................................ 65


pembalik 2400 rpm........................................................................ 67

Tabel 4.5 Nilai entalpi (h) dalam satuan kJ/kg .............................................. 69

Tabel 4.6 Hasil perhitungan karakteristik AC Mobil variasi kipas OFF ...... 74

Tabel 4.7 Hasil perhitungan karakteristik AC Mobil variasi kipas 1800 rpm 74




xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 AC Mobil .................................................................................. 5

Gambar 2.2 Kompresor Resipro (Crank Shaft) ............................................ 7

Gambar 2.3 Kompresor Wooble Plate ......................................................... 8

Gambar 2.4 Kompresor jenis Swash Plate ................................................... 9

Gambar 2.5 Kondensor Pipa Bersirip........................................................... 10

Gambar 2.6 Evaporator Pipa Bersirip .......................................................... 11

Gambar 2.7 Katup Ekspansi ......................................................................... 12

Gambar 2.8 Filter Recivier Drier ................................................................. 13

Gambar 2.9 Blower....................................................................................... 14

Gambar 2.10 Kopling Magnet ........................................................................ 15

Gambar 2.11 Skematik Cara Kerja Kopling Magnet ..................................... 15

Gambar 2.12 Skematik Kelistrikan Alat ........................................................ 16

Gambar 2.13 Skema Siklus Kompresi Uap .................................................... 19

Gambar 2.14 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendingian

Lanjut pada Diagram P-h.......................................................... 20

Gambar 2.15 Siklus Kompresi Uap dengan Pemanasan Lanjut dan Pendinginan

Lanjut pada Diagram T-s .......................................................... 20

Gambar 2.16. Grafik P-h untuk refrigerant R134a .......................................... 27

Gambar 2.17 Perpindahan Kalor Konduksi ................................................... 29

Gambar 2.18 Perpindahan Kalor Konveksi .................................................... 30

Gambar 2.19 Psychrometric chart ................................................................. 34


xvi

Gambar 2.20 Parameter Psychrometric chart ................................................ 36

Gambar 2.21 Proses pendinginan dan penurunan kelembaban ...................... 37

Gambar 2.22 Proses pemanasan ..................................................................... 38

Gambar 2.23 Proses pendinginan (cooling) ................................................... 39

Gambar 2.24 Proses penambahan uap air ...................................................... 39

Gambar 2.25 Proses pengurangan uap air ...................................................... 39

Gambar 2.26 Proses pemanasan dan penaikan kelembaban .......................... 40

Gambar 2.26 Titik Psychrometric pada alat ................................................... 40

Gambar 2.27 Proses pengkondisian udara mesin AC Mobil dalam Psychrometric

chart .......................................................................................... 41

Gambar 3.1 Mesin yang diteliti (AC Mobil) ................................................ 46

Gambar 3.2 Skematik mesin pendingin AC mobil yang diteliti .................. 47

Gambar 3.3 Kompresor jenis swash plate .................................................... 48

Gambar 3.4 Kondensor................................................................................. 49

Gambar 3.5 Katup Ekspansi ......................................................................... 50

Gambar 3.6 Evaporator ................................................................................ 51

Gambar 3.7 Filter receiver drier .................................................................. 52

Gambar 3.8 Tabung berisi refrigerant R134a .............................................. 52

Gambar 3.9 Pemotong Pipa .......................................................................... 53

Gambar 3.10 Pompa Vakum .......................................................................... 54

Gambar 3.11 Manifold Gauge ........................................................................ 54


xvii

Gambar 3.13 Adaptor ..................................................................................... 56

Gambar 3.14 Kipas Kondensor ...................................................................... 56

Gambar 3.15 Blower....................................................................................... 57

Gambar 3.16 Termokopel dan alat penampil suhu digital ............................. 58

Gambar 3.17 Higrometer ................................................................................ 59

Gambar 3.18 Alur Penelitian .......................................................................... 60

Gambar 3.19 Titik pemasangan alat ukur ...................................................... 61

Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h R134a Untuk Data Variasi

Kipas Pembalik 1800 rpm ........................................................ 70

Gambar 4.2 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Win 76

Gambar 4.3 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan

COPideal ..................................................................................... 77

Gambar 4.4 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Qin 77


COPaktual .................................................................................... 78

Gambar 4.6 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Qout 79


Jumlah Ketukan Kerja Kompresor ........................................... 79


Efisiensi (η) .............................................................................. 80

Gambar 4.9 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Laju

Aliran Massa (ṁ) ...................................................................... 81


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman modern ini, alat pengkondisian udara atau Air Conditioner

(AC) sudah merupakan sesuatu hal yang tidak asing untuk ditemukan. Fungsi dari

AC adalah alat pengkondisian udara di dalam ruangan tertentu agar mencapai

kondisi udara ruangan seperti yang diinginkan. Kondisi udara meliputi: suhu

udara, kelembaban udara, kebersihan udara, distribusi udara dan kecukupan udara

segar. Aplikasi dari AC sendiri sangat beragam sekali, seperti untuk kamar, ruang

pertemuan, hall, hingga untuk otomotif seperti pada mobil. Fitur AC telah

menjadi bagian penting dalam sebuah kendaraan. Di daerah sub tropis pun

perangkat ini sangat diperlukan. Pada daerah tropis yang panas, perangkat AC

lebih berfungsi sebagai penyejuk udara ruangan.

Dengan menggunakan alat pengkondisian udara yang terdapat di dalam

mobil, pengendara dapat mendinginkan suhu udara yang berada di dalam kabin

sesuai yang dikehendaki. Dikota besar, dengan kondisi jalanan yang macet dan

suhu udara yang panas, AC diperlukan untuk mendapatkan kenyamanan

berkendara. Hal ini sangat penting, sebab kenyamanan berkendara akan

mempengaruhi perilaku di jalan. Selain memberi kenyamanan dalam berkendara,

pada saat hujan AC mobil juga membantu membuat kondisi kaca menjadi tidak

berembun sehingga kaca mobil tetap bening, karena pandangan mata tidak

terganggu.


2

Pada saat mobil pertama kali dibuat, pengambilan oksigen dan sirkulasi

udara di dalam kabin mobil hanya mengandalkan bukaan pada jendela saja. Hal

tersebut menimbulkan ketidakpraktisan, dan ketidaknyamanan penumpang. Jika

jendela mobil dibuka, maka udara beserta polusi akan masuk kedalam kabin. Hal

tersebut menyebabkan kondisi udara di dalam kabin tidak sehat, Udara di dalam

kabin juga panas dan dapat menimbulkan masalah kesehatan bagi penumpangnya.

Oleh karena itu diterapkanlah sistem pengkondisian udara (AC) untuk mobil.

Aplikasi AC pada mobil, perkembangannya sungguh sangat pesat.

Berdasarkan hal di atas, penulis tertarik dan terpacu untuk membuat dan

meneliti AC yang digunakan untuk mobil. Dengan penelitian ini, diharapkan

penulis menjadi lebih mengetahui dan memahami sistem kerja AC untuk semua

AC yang dipergunakan di berbagai kendaraan. Selain juga memberikan kontribusi

yang berarti bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

1.2 Perumusan Masalah

Sebagian besar mobil saat ini terpasang AC, rumusan masalah dinyatakan

sebagai berikut :

a. Bagaimanakah cara merancang dan merakit mesin AC untuk mobil ?

b. Bagaimanakah pengaruh putaran kipas udara balik terhadap unjuk kerja AC

mobil ?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian tentang mesin AC mobil ini adalah :

a. Merancang dan merakit mesin AC untuk mobil


3

b. Mengetahui pengaruh besarnya putaran kipas udara balik terhadap unjuk

kerja mesin AC mobil yang meliputi:

1. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran ( )

2. Energi kalor yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran ( )

3. Energi kalor yang dilepaskan kondensor per satuan massa refrigeran ( )

4. COP aktual dan COP ideal mesin siklus kompresi uap pada AC mobil

5. Efisiensi mesin siklus kompresi uap pada AC mobil

6. Menghitung laju aliran refrigeran yang mengalir pada mesin siklus kompresi

uap.

1.4 Batasan batasan dalam pembuatan mesin AC mobil

Adapun batasan batasan yang digunakan dalam pembuatan mesin AC

mobil ini adalah :

a. Refrigeran yang digunakan untuk AC mobil adalah R-134a

b. Siklus yang digunakan pada AC mobil yaitu siklus kompresi uap

c. Komponen utama AC mobil terdiri dari 4 bagian yaitu kompresor, katup

ekspansi, evaporator, dan kondensor menggunakan komponen standar yang ada

di pasaran.

d. Putaran kompresor adalah 1450 rpm

e. Dimensi kabin adalah 0,9 m x 0,7 m x 0,9 m, material kabin terbuat dari

acrylic dengan ketebalan 1,5 mm


4

f. Penggerak kompresor, menggunakan motor listrik dengan daya 2 PK, sebagai

pengganti motor bakar, dengan alasan, lebih praktis, tidak berisik dan tidak

memberikan polusi udara.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian tentang unjuk kerja AC mobil adalah :

a. Bagi peneliti, dapat menambah wawasan dan ilmu pengetahuan tentang mesin

AC mobil.

b. Diperolehnya alat peraga mesin AC mobil dengan konstruksi sederhana yang

dapat memudahkan pemahaman tentang cara kerja AC mobil.

c. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin pengkondisian udara.

d. Hasil penelitian dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan yang dapat

ditempatkan di perpustakaan atau di publikasikan pada kalayak ramai.

e. Hasil penelitian dapat dijadikan referensi bagi para peneliti lain.


5

BAB II

LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Definisi Mesin AC Mobil

AC mobil adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengkondisikan

udara di dalam kabin mobil (Yuswandi,2007). Pada umumnya mesin AC mobil

bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap dengan fluida kerja yang

dinamakan dengan refrigeran. Di dalam sistem AC mobil, massa refrigeran yang

digunakan adalah tetap, meskipun selama proses refrigerant selalu berubah

fasenya. Kondisi udara yang diciptakan di dalam kabin mobil meliputi suhu

udara, kelembaban udara kebersihan udara, distribusi udara dan udara segar.

Gambar 2.1 menyajikan letak pemasangan komponen – komponen utama AC

pada mobil.

Gambar 2.1 AC mobil

Sumber : https://www.google.co.id/search?q=spare+part+ac+mobil


6

2.1.2. AC Mobil Menggunakan Siklus Kompresi Uap

Mesin AC mobil bekerja dengan siklus kompresi uap. Komponen

utama AC mobil dengan siklus kompresi uap terdiri dari katup ekspansi,

kompresor, evaporator, dan kondensor. Evaporator berfungsi untuk menyerap

kalor dari udara yang melewatinya. Kondensor berfungsi untuk membuang kalor

ke udara yang melewatinya (Bambang, 2005). Kompresor berfungsi untuk

menaikkan tekanan refrigeran yang masuk ke kompresor.

2.1.2.1. Kompresor

Kompresor adalah alat yang cara kerjanya dinamis atau bergerak.

Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan refrigeran (dari tekanan rendah

ke tekanan tinggi). Kompresor bekerja dengan cara menghisap sekaligus

memompa refrigeran sehingga terjadi sirkulasi secara terus menerus. Pada

umumnya kompresor yang sering dipakai pada AC mobil adalah: swash plate,

resipro (crank shaft) dan wobble plate.

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 gerak bolak balik torak untuk

menghisap dan memampatkan refrigeran. Prinsip kerja kompresor torak terdiri

dari dua langkah, yaitu langkah hisap dan langkah kompresi. Saat langkah hisap

torak bergerak turun dari titik mati atas ketitik mati bawah. Volume silinder

membesar sehingga tekanan di dalam ruang silinder turun atau terjadi


7

kevakuman di dalam ruang silinder. Akibatnya katup hisap membuka dan

refigeran 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. Refrigeran mengalami pemampatan sehingga

tekanan dan temperaturnya naik. Akibat tekanan refrigeran yang tinggi, katup

hisap akan menutup dan katup buang akan membuka sehingga refrigeran akan

keluar dan mengalir ke kondensor.

Gambar 2.2 Kompresor Resipro (Crank shaft)

Kompresor Wobble Plate adalah kompresor yang mempunyai sistem

kerja sama dengan kompresor tipe swash plate. 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

Sumber : https://www.google.co.id/search?q=spare+part+ac+mobil


8

kapasitas yang bervarisasi 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 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 refrigeran dan menghasilkan laju aliran massa refrigeran.

Gambar 2.3 Kompresor Wobble plate

Kompresor bekerja secara dinamis atau bergerak. Pergerakannya dengan

menghisap sekaligus memompa refrigeran sehingga terjadilah sirkulasi

(perputaran) udara yang mengalir dari pipa - pipa AC mobil. Fase refrigeran

ketika masuk bisa berupa, gas jenuh maupun gas panas lanjut dan ketika keluar

Sumber : http://edie666.blogspot.co.id/2012/05/compresor-

ac.htmlhttps://www.google.co.id/search?q=spare+part+ac+mobil&tbm=is

ch&tbs=simg:CAQSlQEJoc7h51iBXiwaiQELEKjU2AQaAggIDAsQsIyn

CBpiCmAIAxIotQSsBbYEtASoDIURwQ3DDd0Ewg2LM-

o86TzaPIkzzjygJtg8kDOsMxowXm2ASnGjDOVKGIoUw1kWqiXsozN

DwVmbGrWabVjLiXvWVs-

MuU8DuPrXzbSJAlQtIAQMCxCOrv4IGgoKCAgBEgS-

uFfGDA&sa=X&ved=0ahUKEwj-

y8qwkvbTAhUJsY8KHVOUBQgQwg4IIygA&biw=1366&bih=662#tbm

=isch&q=kompresor+wobble+plate+ac+mobil&imgrc=ndhHNOzAEFcne

M:https://www.google.co.id/search?q=spare+part+ac+mobil&tbm=isch

&tbs=simg:CAQSlQEJoc7h51iBXiwaiQELEKjU2AQaAggIDAsQsIynCBp


9

kompresor berupa gas panas lanjut. Komdisi gas keluar kompresor berupa uap

panas lanjut bertekanan tinggi. Suhu gas refrigeran keluar dari kompresor lebih

tinggi dari suhu kerja kondensor.

Jenis yang ketiga adalah kompresor jenis swash plate, dimana di dalam

jenis ini 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 hisap dan katup tekan.

Selain itu, perpindahan gaya pada tipe swash plate tidak melalui batang

penghubung (connecting rod), sehingga getarannya lebih kecil.

Gambar 2.4 Kompresor jenis swash plate

Sumber: https://www.toyotaindustries.com/company/business/automobile/comp

Shaft seal

Rear housing

Piston

Swash plate

Cylinder

Front housing

Shaft


10

2.1.2.2. Kondensor

Kondensor berfungsi sebagai tempat kondensasi atau pengembunan

refrigeran. Pada kondensor berlangsung tiga proses utama yaitu proses

penurunan suhu refrigeran dari gas panas lanjut ke gas jenuh, proses dari gas

jenuh ke cair jenuh, dan proses pendinginan lanjut dari cair jenuh menjadi cair

lanjut. Proses pengembunan refrigeran dari kondisi gas jenuh ke cair jenuh

berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap. Disaat ketiga proses

berlangsung, kondensor akan mengeluarkan kalor dari refrigeran ke udara

lingkungan. Kalor yang dilepaskan kondensor dibuang keluar dan diambil oleh

udara yang membatasinya. Berdasarkan media pendinginnya, kondensor dibagi

menjadi tiga macam, yaitu kondensor berpendingin air, udara dan air serta

udara.

Pada umumnya kondensor yang sering dipakai pada mesin pendingin

berkapasitas kecil adalah jenis pipa dengan jari-jari penguat, pipa dengan pelat

besi dan pipa bersirip. Sedangkan kondensor yang sering dipakai pada AC mobil

adalah jenis pipa bersirip. Pada alat penelitian ini, kondensor yang digunakan

adalah kondensor pipa bersirip.

Gambar 2.5 Kondensor pipa bersirip

Sumber : http://www.acmobil.co.id/kondensor.html


11

Sumber : http://autobild.co.id/Tips/Knowledge/bahaya-laten-evaporator-

ac

2.1.2.3. Evaporator

Evaporator berfungsi untuk merubah fase refrigeran dari campuran cair

dan gas menjadi gas (penguapan). Pada saat proses perubahan fase, diperlukan

energi kalor. Energi kalor diambil dari udara yang melintasi evaporator. Untuk

AC mobil, energi kalor diambil dari udara yang berasal dari kabin dan atau

udara yang berasal dari luar mobil. Besarnya energi yang diambil ini merupakan

besarnya beban pendinginan. Proses penguapan freon di evaporator berlangsung

pada tekanan dan suhu tetap. Jenis evaporator yang banyak digunakan pada

mesin AC mobil adalah jenis pipa bersirip.

Gambar 2.6 Evaporator pipa bersirip

2.1.2.4. Katup ekspansi

Katup ekspansi adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini

mempunyai dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran dan untuk

mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Katup ekspansi merupakan suatu pipa

dan katup yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan


12

Sumber : http://www.omegaacmobil.com/expansion-valve.php

dan katup yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan

dengan pipa-pipa umumnya. Terjadinya penurunan tekanan refrigeran

dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam katup ekspansi. Proses

penurunan tekanan dalam katup ekspansi diasumsikan berlangsung pada

entalpi konstan atau sering disebut isoentalpi (proses yang ideal). Pada saat

refrigeran masuk ke dalam katup ekspansi, refrigeran berada dalam fase cair

penuh, tetapi ketika masuk evaporator fase refrigeran berupa campuran fase cair

dan gas.

Gambar 2.7 Katup Ekspansi

2.1.2.5. Filter Receiver Drier

Filter receiver drier merupakan tabung penyimpanan refrigeran cair,

berisikan fiber dan desiccant (bahan pengering) untuk menyaring benda-benda

asing dan uap air yang terikat pada sirkulasi refrigeran. Filter receiver drier

menerima cairan refrigeran bertekanan tinggi dari kondensor dan mengalirkan ke

katup ekspansi. Filter receiver drier mempunyai 3 fungsi, antara lain :

menyaring benda-benda asing dan uap air, menyimpan refrigeran, serta


13

Sumber : https://www.aliexpress.com/w/wholesale-ford-ac-parts.html

memisahkan gelembung gas dengan cairan refrigeran sebelum dimasukan ke

katup ekspansi. Filter receiver drier dilengkapi dengan filter, desiccant, sight

glass dan fusible plug. Filter berfungsi membersihkan kotoran yang ada dalam

refrigeran. Apabila refrigeran kotor akan menyebabkan karat pada komponen-

komponen pada sistem pengkondisian udara. Desiccant berfungsi untuk

mencegah terjadinya pembekuan kotoran di dalam lubang katup ekspansi dan

evaporator. Kotoran yang membeku tersebut menghambat aliran refrigeran,

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 akan meleleh sehingga

refrigeran akan keluar. Dengan demikian, komponen tidak rusak jika suhu

refrigeran masih dibawah 95oC dan solderan khusus tersebut akan meleleh jika

suhu refrigerant mencapai suhu 95oC sampai dengan 100

oC.

Gambar 2.8 Filter Receiver Drier


14

Sumber : http://www.dutabayucitra.com

2.1.2.6. Blower

Blower adalah suatu alat yang berfungsi mensirkulasikan udara agar

melewati evaporator dan menuju ke ruang kabin. Umumnya, blower yang sering

digunakan adalah bertipe sirrocco. Blower pada kabin terdiri atas motor

penggerak dan blower/sudu-sudu yang digerakkan.

Gambar 2.9 Blower

2.1.2.7. Kopling Magnet

Kopling magnet adalah alat yang berfungsi menghubungkan dan

memutus kompresor dengan motor penggeraknya. Kopling magnet bekerja

apabila saklar 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 terputur dari poros kompresor (putaran mesin hanya

memutar puli saja atau dengan kata lain daya putar tidak akan tertransmisikan).


15

Sumber : http://otomotrip.com/cara-test-kerja-kopling-magnet-ac-

mobil.html

Sumber : http://danialmandala.blogspot.com

Gambar 2.10 Kopling Magnet

Gambar 2.11 Skematik Cara Kerja Kopling Magnet

2.1.2.8. Sistem Kelistrikan Untuk AC Mobil

Mesin AC mobil yang digunakan pada penelitian ini memiliki system

kelistrikan agar mesin dapat beroperasi, pada Gambar 2.12 akan terlihat

skematik dari system kelistrikan mesin AC mobil ini.


16

Gambar 2.12 Skematik Kelistrikan Alat

2.1.3. Refrigeran Siklus Kompresi Uap

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan

pendingin yang mudah diubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya.

Bahan pendingin sering disebut refrigeran yang merupakan fluida kerja pada

siklus kompresi uap. Refrigeran berfungsi untuk menyerap panas melalui

perubahan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui

perubahan fase dari gas ke cair (kondensasi). Ada banyak macam refrigeran,

seperti: udara, amoniak, karbondioksida, refrigeran R22, refrigeran R12 dan

HFC.


17

2.1.3.1. Udara

Penggunaan udara sebagai refrigeran umumnya dipergunakan di

pesawat terbang, sistem pendingin menggunakan refrigeran udara menghasilkan

COP yang rendah akan tetapi lebih aman. Siklus yang digunakan adalah siklus

bryton.

2.1.3.2 Amoniak ( NH3 )

Amoniak adalah satu-satunya refrigeran selain kelompok fluorocarbon

yang masih digunakan sampai saat ini. Walaupun amoniak (NH3) beracun dan

terkadang 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 refrigeran pertama dipakai seperti refrigeran

amoniak. Refrigeran ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan

cara sentuhan lansgsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya

yang tinggi membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu rendah. Pada

mobil produksi baru, beberapa jenis mobil menggunakan CO2 untuk refrigeran

mesin pendingin udaranya.

2.1.3.4. Refrigeran-12

Refrigeran ini biasa dilambangkan R-12 dan mempunyai rumus kimia

CCI2F2 (Dchloro Difluoro Methane). Refrigerant jenis ini dilarang digunakan


18

pada saat ini karena tidak ramah lingkungan. R-12 mempunyai titik didih -21,6

oF (-29,8

OC) pada tekanan 1 atm. Untuk melayani sistem pengkondisian pada

rumah tangga dan sistem pengkondisian udara pada kendaraan (otomotif).

2.1.3.5. Refrigeran-22

Refrigeran ini biasa dilambangkan R-22 dan mempunyai rumus kimia

CHCIF2. R-22 mempunyai titik didih -40,8oC pada tekanan 1 atm. Refrigeran ini

telah banyak digunakan untuk menggantikan R-12, tetapi pada saat ini refrigeran

jenis ini dilarang untuk digunakan karena kurang ramah lingkungan.

2.1.3.6. HFC (Hydro Fluoro Carbon)

Refrigeran jenis ini yang saat ini paling sering digunakan, karena

memiliki sifat yang ramah lingkungan sehingga tidak merusak lapisan ozon.

Pada penelitian ini penulis menggunakan jenis refrigeran yang aman

dipergunakan dalam sistem pendingin, dan sesuai untuk sistem mesin AC mobil

yang digunakan yaitu dari kelompok HFC (Hydro Fluoro Carbon) yaitu R-134a.

Freon 134a ataupun HFC-134a adalah refrigeran 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 -96,6oC pada tekanan 101,321 kPa (1 atm). Secara khusus sifat dari

refrigeran 134a adalah tidak mudah terbakar, tidak merusak lapisan ozon, tidak

beracun, tidak berwarna, tidak berbau, relatif mudah diperoleh, memiliki

kestabilan yang tinggi, dan umur hidup atmosfer pendek.


19

2.1.4. Siklus Kompresi Uap

Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah evaporator,

kompresor, kondensor dan katup ekspansi. Rangkaian komponen utama siklus

kompresi uap disajikan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.13 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 2.12.

2

1 4

3


20

Gambar 2.14 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan

lanjut pada diagram P-h.

Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan

lanjut pada diagram T-s.

Keterangan proses-proses yang terjadi pada Gambar 2.14 dan Gambar 2.15

dapat dijelaskan sebagai berikut ini :


21

a. Proses 1 - 2 (Proses kompresi)

Proses ini dilakukan oleh kompresor. Kondisi awal refrigeran pada saat

masuk ke dalam kompresor adalah uap panas lanjut (superheated) bertekanan

rendah, setelah megalami kompresi refrigeran akan menjadi uap panas lanjut

(superheated) bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik

(iso entropi atau entropi tetap), maka suhu keluar kompresor pun meningkat.

Dalam proses ini diperlukan tenaga dari luar untuk meggerakkan kompresor

(Win).

b. Proses 2 – 2a (Proses Penurunan Suhu Gas Panas Lanjut)

Proses ini adalah proses penurunan suhu dari gas panas lanjut ke gas jenuh.

Proses ini berlangsung di kondensor dan pada tekanan yang tetap. Pada saat

proses, kalor dari refrigeran dibuang keluar, sehingga suhunya turun.

Perpindahan kalor dapat terjadi karena suhu refrigeran lebih tinggi dibandingkan

dengan suhu udara di sekitar kondensor.

c. Proses 2a – 3a (Proses pengembunan)

Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran 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 refrigeran dengan lingkungannya. Proses ini

berlangsung pada tekanan dan suhu tetap, meskipun refrigeran mengeluarkan

kalor.


22

d. Proses 3a - 3 (Proses Pendinginan Lanjut)

Pada proses pendinginan lanjut terjadi penurunan suhu. Proses pendinginan

lanjut membuat refrigeran yang keluar dari kondensor benar-benar dalam

keadaan cair. Hal ini membuat refrrigeran lebih mudah mengalir melalui katup

ekspansi dalam sebuah sistem pendingin. Proses ini terjadi penurunan entalpi.

e. 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 berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran selain untuk

menurunkan suhu dan tekanan. Pada proses ini, refrigeran mengalami perubahan

fase dari fase cair menjadi campuran cair dan gas.

f. Proses 4 – 1a (Proses Pendidihan)

Proses ini berlangsung di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan

diserap oleh cairan refrigeran bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah

fase dari campuran cair dan gas menjadi gas bertekanan rendah. Kondisi

refrigeran saat masuk evaporator dalam fase campuran cair dan gas. Proses

pendidihan berlangsung pada tekanan konstan, dan suhu konstan.

g. Proses 1a – 1 (Proses Pemanasan Lanjut)

Pada proses pemanasan lanjut terjadi kenaikan suhu. Proses berlangsung

pada tekanan konstan. Dengan adanya pemanasan lanjut, refrigeran yang akan

masuk ke dalam kompresor benar-benar dalam kondisi gas. Hal ini membuat

kompresor bekerja lebih ringan dan aman.


23

2.1.6 Rumus Perhitungan Mesin Siklus Kompresi Uap Pada AC Mobil

Untuk mengetahui unjuk kerja mesin siklus kompresi uap pada AC mobil

diperlukan beberapa rumusan perhitungan, antara lain seperti, kerja kompresor,

kalor yang dilepas evaporator per satuan massa refrigeran, kalor yang diserap

evaporator per satuan massa refrigeran, COP aktual , COP ideal, efisiensi dan laju

aliran massa refrigeran.

a. Kerja Kompresor (Win)

Besar kerja kompresor per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (2.1)

Win=h2-h1 (2.1)

Pada Persamaan (2.1) :

o Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

o h1 : Entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

o h2 : Entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

b. Kalor yang dilepas kondensor (Qout)

Besar kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.2)

Qout= h2-h3 (2.2)


o Qout : Besar kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas

kondensor (kJ/kg)




24

c. Kalor yang diserap evaporator

Besar kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator dapat


Qin= h1-h4 (2.3)


o Qin : Besar kalor persatuan massa refrigeran yang diserap

evaporator (kJ/kg)


o h4 : Entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

d. Coefficient Of Performance (COPaktual)

COP dipergunakan untuk menyatakan unjuk kerja dari siklus kompresi uap.

Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin siklus kompresi uap maka

akan semakin baik mesin tersebut. COP tidak mempunyai satuan kerena

merupakan perbandingan antara kalor yang diserap evaporator (h1-h4) dengan

kerja kompresor (h2-h1), dinyatakan dalam Persamaan (2.4)

(2.4)


o COP aktual : Unjuk kerja dari mesin siklus kompresi uap AC mobil

aktual


25



o h4 : Entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

e. COP ideal (Coefficient Of Performance)

Besarnya koefisien yang menyatakan unjuk kerja dalam posisi ideal pada

siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.5)

COP ideal = (2.5)


o COP ideal : Unjuk kerja maksimum dari mesin siklus kompresi uap

AC mobil

o Te : Suhu mutlak evaporator (K)

o TC : Suhu mutlak kondensor (K)

f. Efisiensi mesin AC mobil

Besarnya efisiensi mesin siklus kompresi uap AC mobil dapat dihitung

dengan menggunakan Persamaan (2.6)

η = (2.6)


26


o COP ideal : Unjuk kerja maksimum dari mesin siklus kompresi uap

AC mobil

o COP aktual : Unjuk kerja dari mesin siklus kompresi uap AC mobil

aktual

g. Laju aliran massa refrigerant.

Besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan

mempergunakan Persamaan (2.7)

ṁ = (2.7)


o ṁ : Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

o V : Voltase pada kompresor (volt)

o I : Arus listrk yang dipakai kompresor (ampere)

o P : Daya kompresor (kJ/s)

o Win : Kerja kompresor (kJ/kg)

Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, nilai entalpi refrigeran di setiap

posisi dapat diketahui sehingga kerja kompreseor, kalor yang dilepas kondensor,

kalor yang diserap evaporator, COP, efisiensi dan laju aliran massa refrigeran

dalam siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut

dapat diketahui. Dalam penggunaan diagram entalpi-tekanan tergantung jenis


27

Sumber : http://www.kiveand.com/p/p-h-diagram-134a

refrigeran yang dipakai. Untuk diagram tekanan-entalpi jenis refrigeran 134a

disajikan pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16. Grafik P-h untuk refrigerant R134a

2.1.7. Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat terjadi karena adanya perbedaan temperatur

antara kedua medium. Energi yang berpindah biasanya disebut dengan istilah

kalor. Kalor 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, konveksi dan radiasi.


28

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.

Perpindahan kalor secara konduksi dapat dirumuskan sebagai persamaan umum

atau sering dikenal dengan hukum fourier, seperti yang dinyatakan dengan

Persamaan (2.8)

(2.8)

Pada Persamaan (2.8)

o q : Laju perpindahan kalor konduksi (W)

o k : Konduktifitas termal bahan (W/moC)

o ΔT/ΔX : Gradien suhu perpindahan kalor (oC/m)

o ΔX : Tebal dinding (m)

o ΔT : Perubahan suhu (oC)

o T1 : Suhu dinding 1 (oC)

o T2 : Suhu dinding 2 (oC)

o A : Luas permukaan benda yang tegak lurus aliran kalor (m2)


29

Pada persamaan (2.8) memperlihatkan bahwa laju perpindahan kalor bernilai

minus (-) karena kalor akan selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.

Ilustrasi perpindahan kalor konduksi dapat dilihat pada Gambar 2.17

berikut.

Gambar 2.17 Perpindahan Kalor Konduksi

b. Perpindahan Kalor Konveksi

Perpindahan 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 perpindahan kalor secara konveksi dalam kehidupan

sehari-hari adalah saat proses merebus air. Perpindahan kalor konveksi dapat


q = hA(Ts-T∞) (2.9)


o q : Laju perpindahan kalor konveksi (W)

o h : Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2 oC)


30

o A : Luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m2)

o TS : Temperatur permukaan (oC)

o 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.

Ilustrasi perpindahan kalor konduksi dapat dilihat pada Gambar 2.18

berikut.

Gambar 2.18 Perpindahan Kalor Konveksi

1. Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection)

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.


31

2. 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

udara yang gerakannya dibantu 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 dari udara yang melintasinya. Evaporator 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 pendinginan 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 0oC kemudian didinginkan lagi sampai menjadi es pada suhu 0

oC. Pada

proses ini tidak terjadi perubahan suhu melainkan perubahan wujud (fase).

Beban pendinginan pada kasus ini disebut beban laten dan panas yang diserap

disebut panas laten.


32

b. Beban sensible

Beban sensible adalah beban yang diterima dan dilepaskan suatu materi

karena adanya perubahan suhu. Misalkan air dengan suhu 100oC didinginkan

menjadi 0oC (masih dalam keadaan cair). Beban yang diterima untuk

menurunkan suhu dari 100oC menjadi 0

oC 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 proses perubahan wujud dari

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

perubahan zat yang melepaskan kalor/panas (ekshotermik). 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

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

kondensasi berlangsung di kondensor. Pada kondensor uap panas lanjut diubah


33

kondisinya menjadi cair jenuh. Kalor yang dilepas dari refrigeran 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 cair menjadi uap/gas.

Proses penguapan pada mesin pendingin terjadi di evaporator. Pada saat

refrigeran mengalir melalui pipa-pipa evaporator, refrigeran 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

2.1.10 Psychrometric Chart

Psychrometric chart merupakan tampilan secara grafikal therodinamik

udara yaitu suhu, kelembaban, enthalpi, kandungan uap air, dan volume spesifik.

Dalam Psychrometric chart ini dapat langsung diketahui hubungan antara

berbagai parameter udara secara cepat dan presisi. Untuk mengetahui nilai dari

properti-properti ( Tdb, Twb, Tdp, W, RH, H, SpV ) bisa dilakukan apabila

minimal dua buah parameter tersebut sudah diketahui. Contoh gambar dari

Psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.19 :


34

Gambar 2.19 Psychrometric chart

Sumber : http://lehighcheme.files.wordpress.com/2012/11/psychart-carrier.gif

2.1.10.1 Parameter – parameter pada Psychrometric Chart

Parameter-parameter udara pada Psychrometric chart meliputi: (a)

Temperatur bola kering (Tdb), (b) Temperatur bola basah (Twb), (c) Temperatur

titik embun (Tdp), (d) Kelembaban spesifik (W), (e) Kelembaban relatif (%RH),

(f) Entalpi (H), (g) Volume spesifik (SpV). Psychometric chart yang digunakan

sebagai acuan pada penelitian ini adalah Psychometric chart yang disusun

Carrier yang mengacu pada kondisi atmosfer normal.

a. Temperatur bola kering (Tdb)

Tdb adalah suhu udara ruang yang diperoleh dari pengukuran termometer

dengan kondisi bulb dalam keadaan kering. Tdb diplotkan sebagai garis vertikal

yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak pada bagian bawah chart.


35

Tdb ini merupakan ukuran panas sensible, perubahan Tdb menunjukkan adanya

perubahan panas sensible.

b. Temperatur bola basah (Twb)

Twb adalah suhu udara yang diperoleh dari pengukuran termometer kondisi

bulb dalam keadaan basah. Twb diplotkan sebagai garis miring ke bawah yang

berawal dari garis saturasi yang terletak di bagian samping kanan chart. Twb ini

merupakan ukuran panas total (enthalpi), perubahan Twb menunjukkan adanya

perubahan panas total.

c. Temperatur titik embun (Tdp)

Tdp adalah suhu dimana uap air di dalam udara mulai mengalami proses

pengembunan ketika didinginkan. Tdp ditandai sebagai titk sepanjang saturasi.

Pada saat udara ruang mengalami saturai (jenuh) maka besarnya Tdp sama

dengan Twb. Tdp merupakan ukuran dari panas laten yang diberikan dari sistem,

adanya perubahan Tdp menunjukan adanya perubahan panas laten atau adanya

perubahan kandungan uap air di udara.

d. Kelembaban spesifik (W)

Kelembaban spesifik (W) adalah jumlah kandungan uap air yang ada di

udara dan diplotkan pada garis sumbu vertikal yang ada dibagian samping kanan

chart.

e. Kelembaban relatif (%RH)

RH merupakan perbandingan jumlahaktual dan jumlah maksimal (saturasi)

dari uap air yang ada pada suatu ruang atau lokasi tertentu. 100% RH berarti

saturasi dan diplotkan menurut garis saturasi.


36

f. Entalpi (H)

Entalpi adalah jumlah panas total dari campuran udara dan uap air diatas

titik nol. Dinyatakan dalam satuan BTU per pound udara. Harga entalphi dapat

diperoleh sepanjang skala diatas garis saturasi.

g. Volume Spesifik (SpV)

Volume Spesifik (SpV) adalah volume udara campuran dengan satuan meter

kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan meter kubik udara kering

atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.

Gambar 2.20 Parameter Psychrometric chart

Sumber : https://i.ytimg.com/vi/K1zsP4R02fc/hqdefault.jpg

2.1.10.2 Proses - proses pada Psychrometric Chart

Proses – proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart adalah

sebagai berikut:

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying)

Proses ini merupakan proses penurunan kalor sensible dan penurunan kalor

laten ke udara. Pada proses ini terdapat juga beberapa penurunan-penurunan

seperti penurunan temperatur bola kering, temperature bola basah, entalpi,

volume spesifik, temperature titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan


https://i.ytimg.com/vi/K1zsP4R02fc/hqdefault.jpg

37

pada kelembaban relatif dapat mengalami peningkatan atau dapat mengalami

penurunan tergantung pada prosesnya. Gambar 2.21 menyajikan proses

pendinginan dan penurunan kelembaban udara yang terjadi pada psychrometric

chart.

Gambar 2.21 Proses pendinginan dan penurunan kelembaban

b. Proses pemanasan (heating)

Proses pemanasan (heating) merupakan proses terjadinya penambahan kalor

sensibel ke udara. Pada proses ini terjadi peningkatan temperatur bola kering,

temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan pada temperatur

titik embun dan kelembaban spesifik bernilai tetap konstan, namun pada

kelembaban relative mengalami penurunan. Gambar 2.22 menyajikan proses

pemanasan udara yang terjadi pada psychrometric chart sebagai berikut.

Gambar 2.22 Proses pemanasan


38

c. Proses pendinginan (cooling)

Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara

sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Proses ini dapat menyebabkan

penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah dan volume spesifik,

akan tetapi terjadi peningkatan pada kelembaban relatif. Pada kelembaban

spesifik dan temperatur titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis

proses pada psychrometric chart terdapat pada garis horizontal ke arah kiri.

Gambar 2.23 menyajikan proses pendinginan (cooling).

Gambar 2.23 Proses pendinginan (cooling)

d. Proses humidifying

Proses ini merupakan proses penambahan kandungan uap air ke udara tanpa

merubah temperatur bola kering, hal ini mengakibatkan terjadi kenaikan pada

temperature bola basah, temperature titik embun, kelmbaban spesifik dan

entalpi. Garis proses pada psychrometric chart terdapat pada garis vertikal

kearah atas.


39

Gambar 2.24 Proses penambahan uap air

e. Proses dehumidifying

Proses ini merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara

tanpa merubah temperatur bola kering, hal ini mengakibatkan terjadi penurunan

entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembaban spesifik. Garis proses pada

psychrometric chart terdapat pada garis vertikal kearah bawah.

Gambar 2.25 Proses pengurangan uap air

f. Proses pemanasan dan menaikan kelembaban (heating and humidifying)

Proses ini merupakan proses udara yang dipanaskan disertai penambahan

uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan suhu bola kering, suhu bola basah,


40

entalpi, dan kelembaban spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah

garis ke arah kanan atas.

Gambar 2.26 Proses pemanasan dan penaikan kelembaban

2.1.10.3 Proses Pengkondisian Udara Dalam Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada udara di dalam sistem mesin AC mobil

adalah udara dikondisikan melalui proses pendinginan (cooling) guna

mendapatkan kondisi udara yang di kehendaki. Proses pendinginan terjadi ketika

udara masuk melalui evaporator, kemudian diteruskan untuk proses

(dehumidifying) untuk menurunkan kelembaban udara. Selanjutnya udara di

masukan ke ruang kabin menggunakan kipas udara balik.

Gambar 2.26 Titik psychrometric pada alat

A


41

Keterangan Gambar 2.26 :

a. Titik A : Suhu udara di dalam ruang kabin

b. Titik B : Suhu udara pada evaporator

c. Titik C : Suhu udara saat keluar dari evaporator

d. Titik D : Suhu kerja dari evaporator

Pada Gambar 2.27 terlihat posisi suhu yang akan dibentuk menjadi

psychrometric chart untuk mesin siklus kompresi uap AC mobil. Proses

pengkondisian udara mesin AC mobil dalam psychrometric chart tersaji dalam

Gambar 2.27.

Gambar 2.27. Proses pengkondisian udara mesin AC mobil dalam

Psychrometric chart

Keterangan pada Gambar 2.23 :

a. Proses a-b adalah proses pendinginan udara yang dilakukan oleh

evaporator.


42

b. Proses b-c adalah proses pendinginan udara dan pengembunan uap air

yang ada di udara yang dilakukan oleh evaporator.

c. Proses c-a adalah proses pemanasan udara dan penambahan uap air.

2.2 Tinjauan Pustaka

Tri Tjahjono (2014) telah melakukan penelitian untuk optimasi

kecepatan udara pada kondensor terhadap prestasi kerja AC mobil dengan fluida

kerja freon 12. Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan udara pada

kondensor, Penelitian ini dilakukan dengan cara eksperimental. Unjuk kerja

diukur dengan parameter kerja kompresi, laju aliran kondensasi, laju aliran kalor

evaporasi, dampak refrijerasi dan koefisien prestasi COP. Eksperimen dilakukan

dengan cara membuat alat mesin pendingin dan menggunakan beberapa alat

ukur untuk keperluan pengambilan data. Alat terdiri dari kabin dengan ukuran

50x50x50 (cm). Dari data dapat disimpulkan bahwa kecepatan udara yang

melewati kondensor dengan kecepatan 19 feet/s akan memberikan efek

pendinginan yang optimal dari pada kecepatan udara dibawah itu. Pada

kecepatan tersebut AC mampu memberikan efek pendinginan pada rentang

temperatur 15,5-16˚C.

Adi Purnawan (2010) telah melakukan penelitian terkait analisa

performansi sistem air conditioning mobil tipe ET 450 dengan variasi tekanan

kerja kompresor. Sistem diuji dalam ruang laboratorium, analisis menggunakan

siklus kompresi uap standar/ideal dan kondisi aktual yang dicari hanya pada

kondisi keluaran kompresor dimana kondisi lain diasumsikan ideal. Tekanan


43

kerja kompresor (suction) sangat berperan pada performansi sistem air

conditioning yang akan berdampak bagi kerja kompresor, daya kompresor,

dampak refrigerasi, efficiency isentropis dan coefficient of performance (COP)

dari sistem AC 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. Dari hasil

penelitian didapat bahwa Coefficient of performance (COP) 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.

Anang Subardi (2015) telah melakukan penelitian mengenai Pengaruh

perubahan putaran kompresor serta massa refrigrant terhadap COP mesin

pendingin kompresi uap. Dalam penelitian ini digunakan alat uji sebuah mesin

pendingin AC sederhana yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan

evaporator dengan menggunakan refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi

putaran kompresor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan ukuran

diameter puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli

motor listrik yang digunakan adalah d = 80 mm, d = 100 mm, dan d = 120 mm.

Dengan bertambahnya diameter puli motor listrik maka kecepatan putar poros

kompresor yang dihasilkan akan semakin besar. Namun penambahan masssa

refrigerant akan menambah beban dari kompresor, sehingga menurunkan

putarannya.


44

Marwan Effendy (2005) telah melakukan penelitian mengenai

Pengaruh kecepatan putar poros kompresor terhadap prestasi kerja mesin

pendingin AC. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi

putaran poros kompresor terhadap prestasi kerja mesin pendingin. Untuk

membuat variasi putaran poros kompresor dilakukan dengan perubahan ukuran

diameter puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli

motor listrik yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan d = 103

mm. Sistem tersebut kemudian diujikan pada ruangan yang memiliki beban

lampu 200 watt dengan beban panas Q = 680 Btu/hr dan beban ruangan secara

keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr. Dari penelitian menunjukkan bahwa

semakin kecil putaran poros kompresor maka kerja yang dilakukan akan

semakin kecil, koefisien prestasi yang dihasilkan akan meningkat. Pada n =

727,3 rpm; 871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara berurutan COP yang

dihasilkan sebesar 9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92.

Azis Yuswandi (2007) telah melakukan penelitian mengenai pengujian

unjuk kerja sistem AC mobil static eksperimen menggunakan refrigerant CFC-

12 dan HFC-314A dengan variasi putaran (RPM) kompresor. Penelitian

memakai alat peraga mesin AC mobil yang telah dilengkapi dengan sensor

temperatur dan tekanan. Komponen utama sistem AC mobil terdiri dari :

kompresor, kondensor, receiver dryer, katup ekspansi, dan evaporator. Fluida

kerja yang digunakan yaitu refrigeran CFC-12 dan HFC-134a. Pengujian

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

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


45

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

mempunyai COPcarnot, COPstandar, dan COPaktual yang lebih tinggi dibandingkan

dengan HFC-134a. Kapasitas refrigerasi dan kerja kompresi HFC-134a

mempunyai nilai yang lebih besar dibandingkan CFC-12.

Lucki Setyawan Candela (2014) telah melakukan penelitian mengenai

peningkatan COP dengan menggunakan air kondensasi ini merupakan penelitian

eksperimen yang dilakukan dengan lima tahap proses. Langkah pertama, yaitu

memasang thermocouple pada pipa saluran keluar kondensor yang menuju katup

ekspansi, pipa saluran keluar evaporator yang menuju kompresor, dan pipa

saluran yang keluar kompresor menuju ke kondensor. Langkah kedua

pengambilan data pada saat mobil dinyalakan, AC mobil juga dinyalakan dan

mobil diam di dalam ruangan. Langkah ketiga pengambilan data pada saat mobil

dinyalakan, mobil diam di dalam ruangan namun AC mobil tidak dinyalakan.

Hal ini dilakukan untuk mendapat perbedaan hasil yang diperoleh dengan dan

tanpa injektor plastik. Terakhir membandingkan hasil pengamatan nilai COP

sistem AC dengan menyemprotkan air kondensasi ke kondensor dengan sistem

AC tanpa menyemprotkan air kondensasi ke kondensor. Setelah melakukan

penelitian ini,penulis dapat memberikan informasi tentang desain alat alternative

injector plastik untuk membantu mendinginkan temperatur refrigerant pada

kondensor. Dan peningkatan nilai COP refrigerant jenis R-134a setelah

menggunakan air kondensasi yang disemprotkan oleh alat injektor plastik pada

kondensor mengalami peningkatan sebesar 2,118 dari yang sebelumnya nilai

COP tanpa dipengaruhi oleh alat injektor plastik pada kondensor sebesar 1,714.


46

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

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, dengan

putaran kompresor 1450 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 3.1

menyajikan skematik mesin AC mobil yang diteliti.

Gambar 3.1 Mesin yang diteliti (AC Mobil)


a. Kompresor

b. Kondensor


47

c. Katup Ekspansi

d. Filter Reciever Dryer

e. Evaporator

f. Kipas Udara Balik

3.2 Skematik AC mobil yang diteliti

Gambar 3.2 menyajikan skematik dari mesin pendingin yang diteliti.

Dalam skematik ini terlihat bagian-bagian inti dari mesin siklus kompresi uap AC

mobil yang dilengkapi dengan kipas udara balik diatas kabin dan juga telah

ditentukan posisi titik-titik yang dipasangi thermokopel dan alat ukur tekanan

(manifold gauge) pada AC mobil yang bisa dilihat pada titik 1,2, dan 3.

Gambar 3.2 Skema mesin pendingin AC mobil yang diteliti


48

3.3 Pembuatan alat dan alat pendukung penelitian

3.3.1 Komponen-komponen mesin AC Mobil

Komponen utama AC mobil yang dipergunakan dalam penelitian ini

adalah evaporator, kondensor, katup ekspansi, filter receiver drier, dan fluida

kerja refrigeran R134a.

a. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang dipergunakan pada penelitian ini adalah

sebagai berikut:

Gambar 3.3 Kompresor jenis swash plate

Jenis kompresor : Swash plate

Voltase : 220 Volt

Sumber : http://cupax1.blogspot.co.id/2015/08/mengenal-ac.html


49

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 x l x t : 50 cm x 40 cm x 3 cm

Gambar 3.4 Kondensor



50

c. Katup ekspansi

Spesifikasi katup ekspansi yang dipergunakan pada penelitian ini adalah

sebagai berikut:

Jenis katup ekspansi : Tipe sensor panas

Bahan katup ekspansi : Tembaga

Gambar 3.5 Katup ekspansi



51

d. Evaporator

Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai

berikut:

Jenis evaporator : Pipa bersirip

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 3.6 Evaporator

Sumber : http://dendyalza.weebly.com/uploads/3387013.jpg

e. Filter receiver drier

Spesifikasi Filter receiver drier yang digunakan pada penelitian ini adalah

sebagai berikut:

Bahan tabung : Besi

Diameter : 6 cm

Panjang (tinggi) : 25 cm


52

Sumber : https://jualacmobil.wordpress.com/

Sumber : https://sites.google.com/site/buyr134arefrigerantrgh/ r134

Gambar 3.7 Filter Receiver Drier

f. Refrigeran R134a

Refrigeran R134a dipergunakan sebagai fluida kerja AC mobil yang

dibuat. Dalam penelitian ini dipergunakan refrigeran R134a karena lebih ramah

lingkungan dibandingkan dengan jenis refrigeran lain yang tersedia di pasaran.

Gambar 3.8 Tabung berisi refrigerant R134a


53

Sumber : http://www.pusathardware.com/hand-tools/alat-potong-pipa

3.3.2 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.

Gambar 3.9 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


54

Sumber : https://fjb.kaskus.co.id/product/5280938f1f0bc3fe3b000009

Sumber : https://www.amazon.com/Mountain-8205-R-134a-Manifold

Gambar 3.10 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.

Gambar 3.11 Manifold gauge


55

Sumber : http://aritunsa.com/bahaya-stereofoam-pembungkus-makanan/

d. Styrofoam

Styrofoam mempunyai fungsi sebagai isolator, agar tidak terjadi kebocoran

beban pendingin.

Gambar 3.12 Styrofoam

e. Adaptor

Adaptor mempunyai fungsi untuk menggerakkan blower dan kipas

kondensor. Spesifikasi adaptor sebagai berikut:

Arus : 7,5 A

Voltase : 7,5 Volt, 9 Volt, 12 Volt


56


Gambar 3.13 Adaptor

Sumber : https://www.channypicture.com/pic

f. Kipas kondensor

Kipas kondensor berfungsi untuk mengalirkan fluida udara melewati

kondensor agar proses pelepasan kalor pada kondensor dapat dipercepat.

Gambar 3.14 Kipas Kondensor


57


g. Blower

Blower digunakan untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator ke

ruang kabin mobil.

Gambar 3.15 Blower

3.3.3 Alat bantu ukur

Proses penelitian AC mobil ini membutuhkan alat-alat yang

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

bantu tersebut seperti thermokopel dan alat penampilnya (APPA), pengukur

tekanan, P-h diagram.


58

Sumber : https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1tivdJFXXXXcoXXXXq6xXFXXX

a. Thermokopel dan APPA

Thermokopel mempunyai fungsi sebagai sensor suhu yang dipergunakan

untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan listrik. Alat

penampil suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai

suhu yang diukur.

Gambar 3.16 Termokopel dan alat penampil suhu digital

b. Higrometer

Higrometer mempunyai fungsi sebagai alat yang dipergunakan untuk

mengengetahui perbedaan suhu bola kering dan bola basah dalam kabn dan diluar

kabin. Data temperature yang didapatkan dari hygrometer nantinya dapat

digambarkan pada psikrometrik chart yang menggambarkan proses-proses

terjadinya siklus kompresi uap pada masing-masing jenisnya dalam

psychrometric.


59

Gambar 3.17 Higrometer

Sumber : https://ecs7.tokopedia.net/img/cache/700/product

3.4 Variasi penelitian

Pada penelitian ini penulis mengambil tiga perbandingan variasi

penelitian oleh kecepatan putar kipas pembalik yaitu 1800, 2200, dan 2400 rpm.

Variasi penelitian ini akan menghasilkan karakteristik dan COP yang berbeda-

beda. Hasil yang berbeda tersebut dapat digunakan sebagai komparasi data

manakah yang lebih efesien yang dapat diaplikasikan ke mesin AC mobil untuk

pendinginannya.


60

Gambar 3.18 Alur Penelitian

3.5 Alur Penelitian

Alur penelitian mengikuti alur seperti tersaji pada Gambar 3.18.

Tidak

Ya

Mulai

Persiapan alat dan bahan

- Pembuatan mesin AC mobil

- Pembuatan kabin AC mobil dan saluran

pembaliknya

- Pemasangan kelistrikan

- Pengisian refrigeran

-

Uji

Coba

Pengambilan data : P1, P2, T1, T3, I, V, t

- Menggambar siklus kompresi uap pada P-h

diagram

- Mencari nilai h1, h2, h3, h4, Tc, Te

- Perhitungan Qin, Qout, COPaktual, COPideal,

efisiensi, laju aliran massa

Kesimpulan dan saran

Selesai

Tidak baik

Penentuan Variasi Kecepatan Putar Kipas :

a) 1800 rpm ; b) 2200 rpm ; c) 2400 rpm

Melanjutkan Variasi?

Baik


61

3.6 Cara mendapatkan data suhu dan tekanan

Untuk mendapatkan data-data hasil penelitian dipergunakan alat ukur

thermokopel dan alat ukur tekanan. Gambar 3.19 menunjukan titik-titik

pemasangan alat ukur untuk data suhu dan tekanan.

Gambar 3.19 Titik pemasangan alat ukur


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

b. Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2

c. Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel T3

3.7 Cara mengolah data

Prosedur pengolahan data :

a. Setelah semua data suhu (T1 dan T3 ) dan tekanan (P1 dan P2) pada setiap

titik diperoleh maka langkah selanjutnya adalah menggambar proses siklus

kompresi uap pada P-h diagram dapat diketahui nilai entalpi (h1, h2, h3, h4),

suhu kondensor, suhu evaporator dan suhu refrigeran keluar kondensor.

3


62

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

menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepas

kondensor, menghitung kerja kompresor, menghitung besarnya energi

kalor persatuan massa yang diserap evaporator, nilai COPideal, nilai

COPaktual AC mobil dan efisiensi, serta laju aliran massa refrigeran.

c. 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) untuk menghitung kalor yang diserap evaporator,

Persamaan (2.4) untuk menghitung COPaktual, Persamaan (2.5) untuk

menghitung COP ideal, Persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi AC

mobil dan Persamaan (2.7) untuk menghitung laju aliran massa refrigeran

d. Hasil-hasil perhitungan (Qin, Qout, Win, COPaktual, COPideal, Efisiensi, Laju

aliran massa) kemudian digambarkan dalam bentuk grafik agar

memudahkan pembahasan. Dalam proses pembahasan harus

mepertimbangkan hasil-hasil penelitian sebelumnya dan juga tidak lepas

dari tujuan penelitian.

3.8 Cara mendapatkan kesimpulan

Kesimpulan diperoleh dari hasil pembahasan yang telah dilakukan,

kesimpulan merupakan inti dari pembahasan. Kesimpulan harus menjawab tujuan

dari penelitian.


63

BAB 4

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data hasil percobaan

Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigerant saat masuk kompresor

dan tekanan refrigerant saat keluar kompresor (P1 & P2) dan suhu refrigerant saat

masuk kompresor dan suhu refrigerant saat masuk katup ekspansi (T1 & T3) pada

titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu, disajikan pada tabel-tabel

berikut untuk setiap variasi.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2) dan suhu (T1 & T3) variasi

kipas pembalik OFF

Data ke- Δt1 Δt2 P1 P2 T1 T3 I

(Detik) (Detik) (Psig) (Psig) (oC) (

oC) (A)

0 0 0 20 178 18,0 32,0 7,22

1 117 24 20 178 17,6 41,7 7,22

2 33 22 20 178 17,6 41,5 7,22

3 28 21 20 178 18,3 40,1 7,22

4 29 20 20 178 18,1 40,6 7,22

5 30 20 20 178 18,2 40,2 7,22

6 28 21 20 178 18,0 40,3 7,22

7 26 21 20 178 18,0 40,0 7,22

8 25 22 20 178 17,5 40,7 7,46

9 25 21 20 178 18,2 40,5 7,47

10 24 20 20 178 18,1 40,2 7,45

11 24 19 20 178 18,1 40,0 7,40

12 25 19 20 178 18,1 40,2 7,42

13 24 18 20 178 17,3 40,3 7,45

14 27 18 20 178 18,3 40,1 7,49

15 26 17 20 178 18,3 40,4 7,22

16 25 19 20 178 18,0 40,2 7,22

17 25 20 20 178 18,3 42,4 7,22

18 25 21 20 178 18,1 40,6 7,22


64


kipas pembalik 1800 rpm

Data ke- Δt1 Δt2 P1 P2 T1 T3 I


oC) (A)

19 24 21 20 178 18,0 40,4 7,22

20 25 20 20 178 18,2 40,2 7,22

21 26 19 20 178 18,3 40,2 7,22

22 24 18 20 178 18,3 40,1 7,22

23 25 19 20 178 18,4 40,1 7,52

24 24 20 20 178 18,3 40,1 7,60

25 25 21 20 178 18,2 40,6 7,55

26 27 21 20 178 18,2 40,4 7,22

27 25 20 20 178 18,1 40,1 7,22

28 27 21 20 178 18,3 40,7 7,22

29 25 19 20 178 18,3 40,4 7,22

30 26 19 20 178 18,1 40,7 7,22

31 27 18 20 178 18,2 40,0 7,22

32 26 19 20 178 18,1 40,4 7,22

33 27 20 20 178 18,1 40,0 7,22

34 25 20 20 178 18,1 40,4 7,22

35 26 21 20 178 18,2 40,4 7,22

Rata-rata 27,8 20,1 20 178 18,1 40,4 7,22

Data

ke-

Δt1 Δt2 P1 P2 T1 T3 I


oC) (A)

0 0 0 22 180 38,5 30,8 7,35

1 48 46 22 180 18,3 43,8 7,35

2 30 40 22 180 18,2 42,0 7,35

3 30 42 22 180 19,1 41,7 7,36

4 26 43 22 180 18,7 41,4 7,34

5 28 43 22 180 18,3 41,6 7,34

6 27 42 22 180 18,5 40,7 7,28

7 28 40 22 180 18,2 41,0 7,22

8 27 41 22 180 18,1 41,2 7,10

9 23 46 22 180 18,7 40,8 7,75

10 26 41 22 180 18,2 40,6 7,35

11 27 41 22 180 18,0 40,4 7,35

12 27 40 22 180 18,8 40,4 7,35

13 26 39 22 180 18,4 40,2 7,35


65



Data

ke-

Δt1 Δt2 P1 180 T1 T3 I

(Detik) (Detik) (Psig) 180 (oC) (

oC) (A)

14 24 40 22 180 18,3 40,9 7,35

15 27 41 22 180 18,1 41,3 7,35

16 28 42 22 180 18,6 40,7 7,35

17 27 43 22 180 18,3 41,1 7,35

18 27 39 22 180 18,1 41,0 7,35

19 26 36 22 180 18,0 40,8 7,35

20 28 35 22 180 18,0 41,9 7,35

21 26 34 22 180 18,2 41,1 7,35

22 24 34 22 180 18,3 40,7 7,35

23 26 34 22 180 18,3 41,8 7,35

24 27 34 22 180 18,1 41,9 7,07

25 26 34 22 180 18,2 41,1 7,10

26 26 33 22 180 18,1 40,7 7,35

27 27 34 22 180 18,3 40,9 7,35

28 26 34 22 180 18,3 41,2 7,35

29 23 33 22 180 18,2 41,7 7,35

30 26 34 22 180 18,3 40,8 7,35

31 28 32 22 180 18,3 42,3 7,35

32 29 33 22 180 18,2 41,7 7,35

33 24 33 22 180 18,3 41,6 7,35

34 26 34 22 180 18,2 40,9 7,35

35 27 34 22 180 18,3 41,5 7,35

36 22 36 22 180 18,3 41,5 7,12

37 27 35 22 180 18,3 41,4 7,12

Rata-rata 26,3 36,7 22 180 18,3 41,3 7,35

Data

ke-



oC) (A)

0 0 0 24 185 34,9 37,8 7,45

1 48 52 24 185 18,9 44,3 7,45

2 26 51 24 185 19,2 42,4 7,27


66

Data

ke-



oC) (A)

3 26 50 24 185 19,2 41,5 7,25

4 25 51 24 185 18,8 41,8 7,45

5 25 51 24 185 18,9 41,7 7,45

6 26 52 24 185 18,9 42,2 7,45

7 24 51 24 185 18,7 42,1 7,45

8 25 51 24 185 18,9 42,1 7,23

9 26 56 24 185 19,1 41,8 7,25

10 26 54 24 185 19,7 41,8 7,45

11 25 55 24 185 19,0 41,8 7,45

12 26 56 24 185 19,2 41,9 7,45

13 26 51 24 185 19,2 41,2 7,45

14 27 51 24 185 18,9 42,0 7,45

15 28 51 24 185 19,3 42,1 7,45

16 27 51 24 185 19,1 42,6 7,45

17 26 50 24 185 19,3 41,9 7,45

18 27 50 24 185 19,2 41,3 7,26

19 27 50 24 185 19,3 41,9 7,25

20 26 50 24 185 19,1 42,2 7,31

21 26 51 24 185 19,3 43,1 7,28

22 27 52 24 185 19,4 42,4 7,34

23 23 50 24 185 19,3 42,4 7,30

24 26 50 24 185 19,3 42,4 7,45

25 25 51 24 185 19,6 41,8 7,45

26 25 51 24 185 19,3 42,3 7,45

27 25 52 24 185 19,4 42,9 7,45

28 22 50 24 185 19,6 42,2 7,45

29 25 50 24 185 19,3 42,8 7,45

30 24 50 24 185 19,4 42,8 7,45

31 23 52 24 185 19,3 43,3 7,45

32 25 52 24 185 19,9 42,7 7,45

33 25 50 24 185 18,9 43,1 7,45

34 26 51 24 185 19,3 42,7 7,45

35 26 51 24 185 19,0 42,8 7,45

36 26 52 24 185 19,8 42,7 7,45

37 28 56 24 185 19,4 43,5 7,45

38 26 52 24 185 19,7 42,5 7,45

39 26 51 24 185 19,6 42,6 7,45

Rata-rata 26,1 51,4 24 185 19,7 42,3 7,45


67



Data

ke-



oC) (A)

0 0 0 26 191 32,3 37,8 7,53

1 48 50 26 191 17,7 47,1 7,53

2 31 56 26 191 18,9 45,0 7,53

3 27 57 26 191 18,8 45,1 7,60

4 26 58 26 191 19,0 44,3 7,51

5 25 60 26 191 19,1 43,4 7,50

6 24 61 26 191 19,4 43,9 7,51

7 23 62 26 191 19,3 43,7 7,50

8 25 60 26 191 19,5 43,0 7,48

9 26 61 26 191 19,4 42,6 7,53

10 23 62 26 191 19,8 43,2 7,53

11 26 60 26 191 19,7 42,9 7,53

12 25 61 26 191 19,3 42,8 7,53

13 26 60 26 191 20,0 42,8 7,53

14 25 62 26 191 19,8 42,4 7,53

15 25 63 26 191 19,8 43,4 7,53

16 25 64 26 191 19,9 42,8 7,53

17 26 62 26 191 19,9 43,7 7,53

18 24 62 26 191 20,3 43,2 7,53

19 20 62 26 191 20,0 43,2 7,53

20 26 61 26 191 20,5 43,1 7,53

21 24 60 26 191 20,2 43,4 7,53

22 24 60 26 191 19,6 44,3 7,53

23 24 60 26 191 20,3 42,7 7,53

24 24 60 26 191 20,0 43,5 7,53

25 25 61 26 191 20,4 43,3 7,53

26 24 61 26 191 20,0 43,5 7,53

27 26 62 26 191 20,2 43,9 7,53

28 27 62 26 191 20,1 42,4 7,53

29 25 63 26 191 19,8 43,3 7,14

30 25 62 26 191 19,8 43,4 7,53

31 25 60 26 191 19,8 43,0 7,53

32 24 60 26 191 19,8 43,9 7,53


68

Keterangan Tabel :

a. Δt1 : Waktu kompresor bekerja (detik)

b. Δt2 : Waktu kompresor mati (detik)

c. P1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (Psia)

d. P2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (Psia)

e. T1 : Suhu refrigeran saat masuk kompresor (oC)

f. T3 : Suhu refrigeran saat masuk katup ekspansi (oC)

g. I : Arus listrik (A)

Tegangan listrik yang tersedia pada mesin siklus kompresi uap AC mobil untuk

setiap variasi sebesar: 220 Volt.

4.2 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

Data

ke-



oC) (A)

33 25 60 26 191 19,7 44,9 7,53

34 25 61 26 191 19,7 43,6 7,15

35 24 61 26 191 19,6 44,0 7,53

36 24 61 26 191 20,0 43,0 7,53

37 23 62 26 191 20,0 42,9 7,53

38 23 62 26 191 20,0 43,7 7,11

39 25 61 26 191 20,2 42,8 7,10

40 24 61 26 191 20,3 43,6 7,53

41 25 61 26 191 19,7 42,9 7,53

42 25 61 26 191 19,8 43,4 7,53

Rerata 25,3 60,6 26 191 20,0 43,5 7,53


69

digunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1,2,3,4 untuk

masing-masing variasi kipas pembalik disajikan dalam Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Nilai entalpi (h) dalam satuan kJ/kg

Variasi

Kipas (rpm)

h1

(kJ/kg)

h2

(kJ/kg)

h3

(kJ/kg)

h4

(kJ/kg)

0 421,91 461,70 254,96 254,96

1800 423,13 463,01 255,50 255,50

2200 424,64 464,64 256,07 256,07

2400 425,74 465,84 256,55 256,55

Contoh untuk menentukan besaran nilai-nilai entalpi dapat dilihat dari

diagram tekanan-entalpi pada jenis R-134a. Dari Tabel 4.2 dapat dilihat nilai

tekanan P1 & P2 pada variasi kipas 0 rpm atau tanpa kipas adalah (34,7 Psia &

192,7 Psia) jika diubah kedalam bar maka masing-masing dikali (0,0689 untuk

konversi dari Psia ke bar) sehingga mendapatkan hasil P1 : 2,39 bar & P2 : 13,27

bar. Maka, P-h diagram dapat digambar dengan dilengkapi masing-masing

besaran suhu T1 & T3. Gambar 4.1 menunjukan bentuk dari siklus kompresi uap

yang ada pada mesin AC mobil yang digambarkan pada P-h diagram untuk

refrigeran R134a yang akan menunjukan data-data Win, Qout, Qin, COPideal,

COPaktual, Efisiensi dan laju aliran massa yang telah dihitung setelah data entalpi

(h1, h2, h3 dan h4) sudah diketahui terlebih dahulu untuk variasi tanpa kipas udara

balik pada mesin AC mobil.


70

Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h R134a Untuk Data

Variasi Kipas Pembalik 0 rpm

1. Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran (Win)

Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang

dihasilkan oleh AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.1) :

Win = h2 – h1

= 461,70 kJ/kg – 421,91 kJ/kg

= 39,79 kJ/kg

maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran adalah 39,79 kJ/kg pada variasi

tanpa kipas pembalik.

2. Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Qout)


71

Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas

kondensor pada AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.2) :

Qout = h2 – h3

= 461,70 kJ/kg – 254,96 kJ/kg

= 206,74 kJ/kg

maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor adalah 206,74

kJ/kg pada variasi tanpa kipas pembalik.

3. Kalor yang diserap Evaporator (Qin)

Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap

evaporator pada AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.3) :

Qin = h1 – h4

= 421,91 kJ/kg – 254,96 kJ/kg

= 166,95 kJ/kg

maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator adalah 166,95

kJ/kg pada variasi tanpa kipas pembalik.

4. COPaktual

COPaktual digunakan untuk menyatakan performance (unjuk kerja) dari mesin

AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (2.4) :


72

=

= 4,196

maka COPaktual AC mobil sebesar 4,196 kJ/kg pada variasi tanpa kipas pembalik.

5. COPideal

COPideal digunakan untuk menyatakan performance (unjuk kerja) ideal dari

mesin AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan (2.5) :

COP ideal =

=

= 5,101

maka COPideal AC mobil sebesar 5,101 pada variasi tanpa kipas pembalik.

6. Efisiensi (η)

Untuk mendapatkan efisiensi AC mobil yang bekerja dengan menggunakan

siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.6) :

η =

=

= 82,25 %


73

maka efisiensi AC mobil sebesar 82,25 % pada saat tidak menggunakan kipas

pembalik.

7. Laju aliran massa (ṁ)

Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran (ṁ) dapat dihitung

dengan menggunakan Persamaan (2.7) :

ṁ =

=

= 0,039 kg/s = 39,91 g/s

maka laju aliran massa refrigeran pada AC mobil sebesar 0,039 kg/s = 39,91 g/s

pada saat menggunakan variasi tanpa kipas pembalik.

4.3 Hasil perhitungan

Hasil perhitungan secara keseluruhan dari variasi kipas pembalik 1800,

2200, dan 2400 rpm untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win),

kalor persatuan massa rerfrigeran yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan

massa rerfrigeran yang diserap evaporator (Qin), COPaktual, COPideal, efisiensi (η),

laju aliran massa (ṁ) dari AC mobil disajikan dalam beberapa Tabel berikut :


74

Win 40,10 kJ/Kg

Qout 209,29 kJ/Kg

Qin 169,19 kJ/Kg

COPaktual 4,219

COPideal 4,953

η 85,18 %

ṁ 0,0413 kg/s

Variasi Kipas 2400 rpm

Tabel 4.6 Hasil perhitungan karakteristik AC mobil variasi kipas OFF

Tabel 4.7 Hasil perhitungan karakteristik AC mobil variasi kipas 1800 rpm



Win 39,79 kJ/Kg

Qout 206,74 kJ/Kg

Qin 166,95 kJ/Kg

COPaktual 4,196

COPideal 5,101

η 82,25 %

ṁ 0,0399 kg/s

Variasi Kipas OFF

Win 39,88 kJ/Kg

Qout 207,51 kJ/Kg

Qin 167,63 kJ/Kg

COPaktual 4,203

COPideal 5,041

η 83,37 %

ṁ 0,0405 kg/s


Win 40,00 kJ/Kg

Qout 208,57 kJ/Kg

Qin 168,57 kJ/Kg

COPaktual 4,214

COPideal 4,997

η 84,33 %

ṁ 0,0410 kg/s



75

4.4 Pembahasan

Dari hasil penelitian, dapat diperoleh informasi bahwa mesin AC mobil

dapat bekerja dengan baik dan dalam kondisi yang baik (kompresor tidak bocor,

kondensor dapat berfungsi dengan baik, kipas kondensor berfungsi dengan baik,

katup ekspansi dapat bekerja dengan baik, evaporator berfungsi dengan baik,

blower bekerja dengan baik) dan mampu menghasilkan data yang baik. Hasil dari

pengambilan data dapat digambarkan pada diagram P-h dan membentuk siklus

kompresi uap dengan proses pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut. Suhu kerja

kondensor pada setiap variasi, menghasilkan suhu yang lebih tinggi dari suhu

lingkungan. Untuk variasi kipas pembalik OFF yaitu sekitar 46,7 oC, 48,6

oC

untuk variasi kipas pembalik 1800 rpm, 50,6 o

C untuk variasi kipas pembalik

2200 rpm, 52,5 oC untuk variasi kipas pembalik 2400 rpm dan suhu kerja

evaporator lebih rendah dari suhu udara ruangan di dalam ruang kabin mobil,

masing-masing besarnya -5,7 oC untuk variasi kipas pembalik OFF, -4,7

oC untuk

variasi kipas pembalik 1800 rpm, -3,4 oC untuk variasi kipas pembalik 2200 rpm

dan -2,2 oC untuk variasi kipas pembalik 2400 rpm.

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 tersebut,

kedua proses ini dapat menaikan nilai COP dan efisiensi dari mesin AC mobil.

Demikian juga kondisi refrigeran ketika masuk kompresor benar-benar dalam

keadaan gas, sehingga proses kompresi dapat berjalan ideal dan tidak merusak


76

kompresor. Kondisi refrigeran ketika masuk katup ekspansi juga dalam keadaan

benar-benar cair, sehingga proses masuknya refrigeran ke katup ekspansi mudah.

Dari hasil perhitungan diperoleh informasi bahwa masing-masing besar Win,

Qout, Qin, COPaktual, COPideal, efisiensi (η), dan laju aliran massa (ṁ) dari mesin AC

mobil dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari setiap variasi kipas

pembalik memberi data yang berbeda. Gambar grafik hasil perhitungan secara

keseluruhan disajikan pada beberapa Gambar berikut :

Gambar 4.2 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Win

Pada Gambar 4.2 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa

refrigeran pada setiap variasi kipas pembalik. Nilai kerja kompresor persatuan

massa refrigeran terendah didapat pada variasi kipas OFF dengan nilai 39,79

kJ/kg, nilai kerja kompresor persaruan massa refrigeran terus mengalami

peningkatan. Untuk nilai Win tertinggi diperoleh variasi kipas pembalik dengan

kecepatan 2400 rpm dengan nilai sebesar 40,10 kJ/kg yang ditandai dengan grafik

yang meningkat paling tinggi.


77

Gambar 4.3 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan COPideal

Pada Gambar 4.3 memperlihatkan nilai unjuk kerja ideal mesin AC mobil

yang bekerja dengan siklus kompresi uap, terjadi penurunan performance pada

mesin AC mobil yang diteliti kali ini, hal ini ditunjukan dengan nilai COPideal

yang menurun mulai dari variasi kecepatan kipas pembalik 1800 rpm, 2200 rpm

dan 2400 rpm nilai masing-masing COP ideal adalah 5,089 sampai 4,953.

Sedangkan nilai tertinggi didapatkan pada saat variasi kipas pembalik OFF.

Gambar 4.4 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Qin


78

Pada Gambar 4.4 memperlihatkan nilai kalor yang diserap persatuan

massa refrigeran oleh evaporator pada tiap variasi. Nilai Qin mengalami

peningkatan mulai pada saat variasi kipas pembalik OFF hingga variasi kipas

pembalik dengan kecepatan 2400 rpm dimana nilainya menjadi 169,19 kJ/kg yang

mula-mulanya adalah 166,95 kJ/kg. Peningkatan nilai Qin dimulai dari harga

167,63 kJ/kg untuk variasi kipas pembalik dengan kecepatan putar 1800 rpm dan

meningkat kembali diangka 168,37 kJ/kg untuk variasi kecepatan putar 2200 rpm.

Gambar 4.5 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan COPaktual

Pada Gambar 4.5 memperlihatkan nilai COPaktual yang didapat pada mesin

siklus kompresi uap AC mobil dengan menggunakan kipas pembalik, terlihat

peningkatan dari variasi kipas pembalik OFF hingga variasi dengan kecepatan

putar kipas pembalik 2400 rpm, pada saat kecepatan putar kipas pembalik 2400

rpm nilai tertinggi COPaktual tercapai hingga angka tertinggi 4,219 untuk COPaktual

pada mesin siklus kompresi uap AC mobil dari mulanya sebelum ada kipas

pembalik udara nilai COPaktual yang didapat hanya 4,196.


79

Gambar 4.6 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Qout

Pada Gambar 4.6 memperlihatkan hubungan nilai variasi kecepatan kipas

pembalik dengan kalor yang dilepas persatuan massa refrigeran oleh kondensor

(Qout). Pada Gambar tersebut terlihat bahwa kerja kondensor dalam melepas kalor

untuk variasi kipas OFF sampai variasi kecepatan sebesar 2400 rpm memiliki

nilai yang terus meningkat hingga nilai tersebut tertinggi dicapai pada angka

209,29 kJ/kg untuk variasi kipas dengan kecepatan 2400 rpm.

Gambar 4.8 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Efisiensi

Pada Gambar 4.8 memperlihatkan pengaruh kipas pembalik yang ada pada

mesin siklus kompresi uap AC mobil yang diteliti, membawa pengaruh

meningkatnya efisiensi kerja dari mesin AC mobil itu sendiri. Mesin siklus


80

kompresi uap AC mobil mampu meningkat efisiensinya hingga angka 85,18 %

dari mula mesin siklus kompresi uap AC mobil pada saat kondisi kipas pembalik

OFF hanya 82,25 %. Nilai efisiensi tersebut meningkat pada saat kipas pembalik

diaktifkan dengan kecepatan 1800 rpm yang menghasilkan efisiensi sebesar 83,37

%. Kemudian efisiensi terus meningkat pada saat kecepatan kipas pembalik 2200

rpm hingga angka 84,33 % sampai nilai tertinggi 85,18 % pada kecepatan 2400

rpm.

Gambar 4.9 Grafik hubungan Variasi Kecepatan Kipas Pembalik dengan Laju

Aliran Massa (ṁ)

Pada Gambar 4.9 memperlihatkan hubungan antara variasi kipas pembalik

dengan Laju aliran massa refrigeran. Nilai laju aliran massa terendah adalah

0,0399 kg/s yang didapat oleh variasi tanpa kipas pembalik (OFF) hal ini

disebabkan karena evaporator tertutup oleh butiran air yang membeku, akibatnya

laju aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi. Kemudian

nilai laju aliran massa tertinggi adalah 0,0413 kg/s yang didapat oleh variasi kipas

pembalik dengan kecepatan tertinggi 2400 rpm.


81

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian mesin AC mobil, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai

berikut :

a. Mesin AC mobil yang dirancang dan dirakit dapat bekerja dengan baik sesuai

fungsi dan rancangan AC mobil pada struktur yang dibuat. Adanya kipas

udara balik juga membuktikan beberapa pengaruh pada unjuk kerja dan

efisiensi dari mesin AC mobil ini sendiri.

b. Mesin AC mobil yang dibuat dapat bekerja dengan siklus kompresi uap secara

baik dengan suhu kerja kondensor tertinggi 52,5 oC (Tc) dan suhu evaporator

terendah -5,7 oC (Te). Kerja kompresor per satuan massa refrigerant (Win)

terendah sebesar 39,79 kJ/kg dan tertinggi sebesar 40,10 kJ/kg. Rata-rata

sebesar 39,94 kJ/kg. Kalor per satuan massa refrigeran yang diserap

evaporator (Qin) terendah sebesar 166,95 kJ/kg dan tertinggi sebesar 169,19

kJ/kg. Rata-rata sebesar 168,08 kJ/kg. Kalor per satuan massa refrigeran yang

dilepas kondensor (Qout) terendah sebesar 206,74 kJ/kg dan tertinggi sebesar

209,29 kJ/kg. Rata-rata sebesar 208,03 kJ/kg. COPaktual terendah pada mesin

AC mobil ini adalah 4,196 sedangkan yang tertinggi adalah 4,219. COPaktual

rata-rata adalah 4,208. COPideal terendah pada mesin AC mobil ini adalah

4,953 sedangkan yang tertinggi adalah 5,089. COPideal rata-rata adalah 5,020.

Efisiensi mesin AC mobil (η) terendah adalah 82,25% sedangkan yang


82

tertinggi adalah 85,18 %. Efisiensi rata-rata mesin AC mobil ini adalah 83,78

%. Laju aliran massa mesin AC mobil (ṁ) terendah adalah 0,0399 kg/s

sedangkan yang tertinggi adalah 0,0413 kg/s. Laju aliran massa rata-rata

mesin AC mobil ini adalah 0,04 kg/s.

5.2 Saran

Beberapa saran yang bisa disampaikan terkait dengan penelitian ini :

a. Pengambilan data dengan arduino sangat disarankan agar data yang didapat

lebih teliti.

b. Perhatikan situasi dan kondisi lingkungan sekitar pada saat pengambilan data,

diusahakan setiap variasi diselesaikan dalam hari yang sama untuk

menghindari situasi cuaca pada saat pengambilan data.

c. Penempatan posisi thermostat saat berpengaruh untuk kerja otomatis dari

kopling magnet, hindari perubahan posisi thermostat saat pengambilan data

pertama hingga akhir.

d. Pengambilan data sedikitnya dilakukan sebanyak tiga kali untuk masing-

masing variasi untuk menghindari kesalahan pembacaan.

e. Pastikan mesin sudah dipanaskan terlebih dahulu kurang lebih selama 60

menit agar pada saat pengambilan data sudah dalam kondisi yang stabil.


83

DAFTAR PUSTAKA

Cengel, Y.A., Boles M.A. 1989. “Thermodynamics: An Engineering

Approach”. Mc Graw-Hill

Stoecker, W.F., Jerold W. Jones, Supratman Hara. 1996, “Refrigerasi dan

Pengkondisian Udara Edisi Kedua”, Jakarta: Penerbit Erlangga.

Yuswandi, A., 2007, “Pengujian Unjuk Kerja Sistem AC Mobil Statik

Eksperimen Menggunakan Refrigeran CFC-12 dan HFC-134a

Dengan Variasi Putaran (RPM) Kompresor”, Surakarta.

Yunianto, Bambang. 2005. “Pengaruh Perubahan Temperatur Evaporator

Terhadap Prestasi Air Cooled Chiller Dengan Refrigeran R-134a,

Pada Temperatur Kondensor Tetap”. Semarang: Universitas

Diponegoro.


84

LAMPIRAN

1. P-h Diagram variasi kipas OFF

2. P-h Diagram variasi kipas 1800 rpm


85




pengaruh putaran kipas udara balik terhadap … · gambar 2.10 kopling magnet..... 15 gambar 2.11...

Documents