KARAKTERISTIK AC MOBIL DENGAN PUTARAN KOMPRESOR 888 RPM SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Oleh : ADIMAS NUKI PRADANA NIM : 115214029 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 i
CAR AC CHARACTERISTICS USING 888 RPM COMPRESSOR ROTATION FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering By : ADIMAS NUKI PRADANA Student Number :115214029 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016 ii
KARAKTERISTIK AC MOBIL DENGAN PUTARAN `KOMPRESOR 888 RPM Disusun oleh : ADIMAS NUKI PRADANA NIM : 115214029 Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Skripsi Ir. PK. Purwadi, MT iii
KARAKTERISTIK AC MOBIL DENGAN PUTARAN KOMPRESOR 888 RPM Dipersiapkan dan ditulis oleh: ADIMAS NUKI PRADANA 115214029 Telah dipertahankan di hadapan Panitia Penguji pada tanggal 16 Februari 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat Nama Lengkap Susunan Dewan Penguji Tanda tangan Ketua : Dr. Asan Damanik.. Sekretaris : Doddy Purwadianto, MT.. Anggota : Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T... Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Yogyakarta,......... Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Dekan, Sudi Mungkasi iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi saya tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan 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, 16 Februari 2016 Adimas Nuki Pradana v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Adimas Nuki Pradana Nomor Mahasiswa : 115214029 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul. Karakteristik AC mobil dengan putaran kompresor 888 rpm Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma 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 mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 16 Februari 2016 Yang menyatakan, Adimas Nuki Pradana vi
ABSTRAK Tujuan dalam penelitian ini adalah: (a) merakit mesin AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap (b) Mengetahui karakteristik mesin AC mobil yang telah dibuat meliputi kalor yang di serap evaporator persatuan massa refrigeran, kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kerja kompresor persatuan massa refrigeran, COP aktual dan COP ideal, efisiensi mesin AC mobil, dan laju aliran massa refrigerant. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental yang dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Mesin AC mobil yang diteliti mempergunakan siklus kompresi uap, dengan daya penggerak motor listrik 2 hp, (sebagai penganti motor bakar) daya putaran 888rpm, refrigeran : R-134a, dimensi kabin : 1,5 m x 1,2 m x 1 m, kabin terbuat dari kayu triplek dengan tebal 3,5 mm dan pada saat penelitian kabin di buat kosong (tidak berbeban pendingin). Hasil penelitian memberikan kesimpulan : (a) Kerja kompresor per satuan massa refrigeran rata-rata sebesar 52,68 kj/kg, (b)kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator rata-rata sebesar 161,10 kj/kg, (c) Kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor rata-rata sebesar 213,78 kj/kg,(d) COP aktual mesin AC mobil rata-rata sebesar 3,06, (e) COP ideal mesin AC mobil rata-rata sebesar 6,19, (f) Efisiensi mesin AC mobil rata-rata sebesar 49,43%, (g) Laju aliran massa terendah adalah 0,02 kg/s, tertinggi sebesar 0,02 kg/s, rata-rata sebesar 0,02 kg/s. vii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik dan lancar. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moril, materil dan spiritual antara lain kepada : 1. Sudi Mungkasi selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta; 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin; 3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta 4. Karyawan Sekretariat, Laboran dan seluruh Staf Pengajar Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah mendukung dalam proses pengerjaan Skripsi. 5. Edy Priyanto dan Sri Hariningsih selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat dalam menyelesaikan Skripsi. viii
Adita Desi Priyansari yang selalu mendukung memberikan semangat motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan Skripsi ini. 6. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma khususnya Angkatan 2011 dan teman penulis lain yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini. Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan oleh penulis demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat berguna bagi kita semua. Yogyakarta, 17 Februari 2016 Penulis ix
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI... 4 2.1 Dasar Teori... 4 2.2 Tinjauan Pustaka... 24 BAB III METODE PEMBUATAN ALAT... 26 3.1 Komponen-komponen Mesin AC Mobil... 26 3.2 Persiapan Alat dan Bahan... 35 3.3 Langkah-langkah Perakitan Mesin AC Mobil... 35 BAB IV METODE PENELITIAN... 38 4.1 Mesin yang Diteliti... 38 x
4.2 Alur Penelitian... 39 4.3 Posisi Penempatan Alat Ukur pada AC Mobil... 40 4.4 Alat Bantu Penelitian... 41 4.5 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan... 43 4.6 Cara Mengoah Data dan Pembahasan... 44 4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan... 45 BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 46 5.1 Data Hasil Percobaan... 46 5.2 Perhitungan dan Pengolahan Data... 48 5.3 Hasil Penghitungan... 55 5.4 Pembahasan... 59 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 67 6.1 Kesimpulan... 67 6.2 Saran... 68 DAFTAR PUSTAKA... 69 LAMPIRAN... 70 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skematik AC mobil... 5 Gambar 2.2 Pemasangan AC pada mobil... 6 Gambar 2.3 Kompresor jenis swash plate... 7 Gambar 2.4 Kompresor resipro (crank shaft)... 8 Gambar 2.5 Kompresor wobble plate... 9 Gambar 2.6 Kondensor... 10 Gambar 2.7 Katup Ekspansi... 11 Gambar 2.8 Evaporator... 12 Gambar 2.9 Receiver Drier... 13 Gambar 2.10 Kipas kondensor... 13 Gambar2.11 Kipas evaporator... 13 Gambar 2.12 Kopling Magnet... 14 Gambar 2.13 Skema AC mobil... 15 Gambar 2.14 Siklus kompresi uap pada diagram P-h... 16 Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s... 16 Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran R-134a... 24 Gambar 3.1 Kompresor... 26 Gambar 3.2 Kompresor... 27 Gambar 3.3 Kondensor... 27 Gambar 3.4 Katup ekspansi... 28 xii
Gambar 3.5 Receiver Drier... 29 Gambar 3.6 Evaporator... 30 Gambar 3.7 Refrigeran R134a... 30 Gambar 3.8 Motor Listrik... 31 Gambar 3.9 Manifold gauge... 32 Gambar 3.10 Alat Pemotong Pipa... 32 Gambar 3.11 Pompa vakum... 33 Gambar 3.12 Adaptor... 33 Gambar 3.13 Kipas Kondensor... 34 Gambar 3.14 Blower... 34 Gambar 4.1 Mesin AC mobil yang diteliti... 38 Gambar 4.2 Alur penelitian... 39 Gambar 4.3 Posisi Penempatan Alat Ukur... 40 Gambar 4.4 Termokopel... 41 Gambar 4.5 Alat Penampil Suhu Digital... 41 Gambar 4.6 Pengukur Tekanan... 42 Gambar 4.7 Siklus kompresi uap pada P-h diagram untuk R134a... 42 Gambar 4.8 Thermometer... 43 Gambar 5.1 Gambar 5.2 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeran R 134a diambil dari data menit (t) ke-75... 52 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dan waktu... 61 xiii
Gambar 5.3 Gambar 5.4 Gambar 5.5 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang diserap evaporator dan waktu... 61 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor dan waktu... 62 Hubungan kalor persatuan massa refrigerant yang dilepas kondensor dan waktu... 62 Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu... 63 Gambar 5.7 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu... 64 Gambar 5.8 Hubungan efisiensi dan waktu... 65 Gambar 5.9 Hubungan laju aliran massa refrigeran dan waktu... 65 xiv
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan... 44 Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P 1 & P 2 ), suhu (T 1 & T 3 ) dan (V &I... 46 Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) satuan Btu/lb, suhu kerja kondensor dan evaporator... 48 Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kj/kg... 50 Tabel 5.4 Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil... 56 Tabel 5.5 Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil... 56 xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di jaman modern ini hampir semua orang berpergian dengan kendaraan mobil ataupun yang lainnya. Dan dalam berpergian dengan menggunakan mobil sekarang ini semua pengendara mobil ingin mencari kenyamanan saat berada di dalam mobil. Dan hal-hal yang dapat membuat tidak nyamannya pengendara mobil yang berasal dari luar ruangan mobil yaitu jika pada siang hari yang udaranya sangat panas dengan suhu (30-35) derajat celcius, udara di luar yang tercemar oleh debu, bau, dan juga bibit/kuman dari luar ruangan akan mengakibatkan kurang baik untuk para penumpang dan sopir itu sendiri. Selain itu ketidak nyamanan saat mengendarai mobil juga akan mengakibatakan sopir/penumpang akan berkeringat karena kepanasan, konsentrasi sopir tidak maksimal saat bekerja, penumpang kurang bias menikmati perjalanan dengan tenang dan baik. Dengam permasalahan tersebut maka manusia harus menciptakan alat yang dapat membuat nyaman pengendara saat berada di dalam mobil. Karena pada zaman modern ini para produsen mobil berlomba-lomba membuat mobil dengan memperhitungkan kenyamanan saat di dalam mobil. Dengan masalah itu telah di buatlah ac mobil yang dapat menyejukkan udara di dalam mobil yang dapat menambah kenyamanan untuk para pengendara mobil saat berpergian. Dalam pemasangan AC mobil ini harus memiliki tujuan yaitu kondisi udara yang nyaman, udara yang nyaman itu harus 1
2 memiliki suhu antara 20-25 derajat celcius, kelembaban (RH) 55-65 %, kebutuhan oksigen/udara 10-15 CFM, udara yang bersih dari debu, bau, kuman, asap, dll. 1.2 Perumusan Masalah Karakteristik AC yang dipergunakan di dalam mobil pada umumnya tidak terinformasi pada name platenya. Padahal informasi tentang COP dan efisiensi sangat penting bagi konsumen mobil agar konsumen dapat memilih mobil dengan AC yang sesuai dengan kebutuhannya. Berapakah COP dan efisiensi dari mesin AC yang digunakan pada mobil? 1.3 Tujuan Tujuan penelitian ini adalah : a. Membuat mesin AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap. b. Mengetahui karakteristik mesin AC mobil yang telah dibuat meliputi : Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran. Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran. Kerja kompresor persatuan massa refrigeran. COP aktual & COP ideal. Efisiensi mesin AC mobil. Laju aliran massa refrigeran. 1.4 Batasan Masalah Batasan-batasan yang digunakan di dalam pembuatan dan penelitian AC ini adalah : a. Mesin AC mobil bekerja dengan mempergunakan siklus kompresi uap.
3 b. Pengerak kompresor dipilih mempergunakan motor listrik berdaya 2 HP sebagai pengganti motor bakar yang dipergunakan pada mobil, dengan putaran sebesar 900 rpm. c. Komponen utama mesin AC meliputi : kompresor, kondensor, evaporator, katup ekspansi, staandar yang dipergunakan pada AC mobil dan ada di pasaran. d. Refrigeran yang dipergunakan pada mesin AC mobil adalah R 134a e. Ukuran kabin : 1,5m x 1,2m x 1 m 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : a. Bagi mahasiswa dapat menambah pemahaman secara mendalam tentang mesin AC mobil. b. Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk menambah kasanah ilmu pengetahuan yang dapat di tempatkan di perpustakaan. c. Hasil penelitian dapat dipakai sebagai referensi bagi para peneliti yang melakukan penelitian tentang AC mobil.
2.1 Dasar Teori 2.1.1 AC Mobil BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Sistem AC mobil digunakan untuk membuat kondisi udara di dalam ruangan menjadi nyaman. Apabila suhu udara pada ruangan tinggi maka kalor akan diserap dari udara sehinga temperature udara turun dan apabila udara mempunyai kelembaban yang tinggi maka akan di kurangi kelembabannya sampai dengan tingkat yang diinginkan. Selain itu system AC mobil juga berfungsi untuk mengkondisikan udara menjadi bersih, udara luar sebelum masuk keruangan mobil melewati beberapa kali penyaringan sehingga ketika masuk kondisi udara sudah menjadi bersih. Siklus kerja AC mobil adalah siklus kompresi uap. Dalam bekerjanya mesin AC, Kerja fluida yang dipergunakan dalam siklus kompresi uap disebut refrigeran. Komponen utama AC mobil terdiri dari : Kompresor, kondensor, receiver dryer, katup ekspansi dan evaporator. Komponen tambahan berupa blower, dan peralatan listrik. Pada AC mobil terdapat 2 blower. Blower yang pertamadipasang di dekat kondensor dipergunakan untuk mempercepat kondensor dalam membuang kalor. Sedangkan blower kedua dipergunakan untuk menghisap udara luar ruangan yang kemudian dilewatkan ke evaporator dan menghembuskannya ke dalam ruangan mobil. Blower kedua ini dipasang dekat evaporator. Blower ini juga berfungsi untuk menghisap udara balik 4
5 yang dipergunakan kembali untuk mengkondisikan udara di dalam ruangan mobil. Dengan adanya udara balik maka akan menghemat bahan bakar Gambar 2.1 Skematik AC mobil Pada kompresor terdapat kopling magnet. Kopling magnet berfungsi untuk memutuskan daya dari penggerak kompresor. Pada mobil penggerak kompresor adalah motor bakar sedangkan pada penelitian ini motor bakar digantikan motor listrik.
6 Gambar 2.2 AC mobil YANG terpasang a. Kompresor Kompresor merupakan unit tenaga dalam sistem AC. Kompresor akan memompa gas refrigeran dibawah tekanan dan panas yang tinggi pada sisi tekanan tinggi dari sistem dan menghisap gas bertekanan rendah pada sisi intake (sisi tekanan rendah). Kompresor adalah suatu alat dalam AC mobilyang cara kerjanya dinamis atau bergerak. Kompresor berfungsi untuk menaikkan tekanan freon (daritekanan rendah ke tekanan tinggi). Kompresor bekerja menghisap sekaligusmemompa refrigeran sehingga terjadi sirkulasi (perputaran) refrigeran. Kompresor yang sering dipakai pada AC mobil adalah : swash plate, resipro (crank shaft) dan wobble plate. Pada kompresor jenis swash plate, gerakan torak diatur oleh swash plate pada jarak tertentu dengan 6 atau 10 silinder. Ketika salah satu sisi pada torak melakukan langkah tekan, maka sisi
7 yang lainnya melakukan langkah isap. Pada dasarnya, proses kompresi pada tipe ini sama dengan proses kompresi pada kompresor tipe crank shaft. Perbedaannya terletak pada adanya tekanan oleh katup isap dankatup tekan. Selain itu, perpindahan gaya pada tipe swash plate tidak melalui batang penghubung (connecting rod), sehingga getarannya lebih kecil. Gambar 2.3 Kompresor jenis swash plate Selain kompresor swash plate terdapat juga kompresor resipro (crank shaft) dan wobble plate yang biasa digunakan dalam mesin AC mobil. Kompresor resipro (crank shaft) bekerja dengan memanfaatkan gerak putar dari mesin yang diterima oleh crank shaft kompresor. Di dalam kompresor gerak putar dari crank shaft diubah menjadi menjadi gerak bolak balik torak untuk menghisap dan memampatkan 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 ke titik mati bawah, volume silinder mengembang sehingga tekanan di dalam silinder turun atau terjadi kevakuman di dalam silinder. Akibatnya katup hisap membuka dan refrigeran
8 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 membuka sehingga refrigeran keluar dan mengalir ke kondensor. Gambar 2.4 Kompresor resipro (crank shaft) (Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagiankompresor-resipro.png) Sedangkan kompresor wobble plate adalah kompresor yang mempunyai sistem kerja sama dengan kompresor tipe swash plate. Namun dibandingkan dengan kompresor tipe swash plate, penggunaan kompresor tipe wobble plate lebih menguntungkan, diantaranya adalah kapasitas kompresor dapat diatur secara otomatis
9 sesuai dengan kebutuhan beban pendinginan. Selain itu, pengaturan kapasitas yang bervariasi akan mengurangi kejutan yang disebabkan oleh kopling magnet (magnetic clutch). Cara kerjanya, gerakan putar dari poros kompresor diubah menjadi gerak bolak-balik oleh plat penggerak (drive plate) dan wobble plate dengan bantuan guide ball. Gerakan bolak-balik ini selanjutnya diteruskan 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 2.5 Kompresor wobble plate (Sumber : https://otogembel.files.wordpress.com/2012/09/bagian-bagian-kompresortipe-wobble-plate.png)
10 Kompresor bekerja secara dinamis atau bergerak. Pergerakanya dengan menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi (perputaran) udara yang mengalir dari pipa pipa AC mobil. Fase refrigeran ketika masukdan keluar kompresor berupa gas. Kondisi gas keluar kompresor berupa uap panaslanjut. Suhu gas refigeran keluar dari kompresor lebih tinggi dari suhu kerjakondensor. b. Kondensor Kondensor di dalam sistem air conditioner merupakan alat yang digunakan untuk merubah gas refrigeran bertekanan tinggi menjadi cairan. Alat tersebut melakukan cara ini dengan menghilangkan panas dari refrigeran ke temperature atmosfir. Kondensor terdiri dari coil dan fin yang berfungsi mendinginkan refrigeran ketika udara tertiup diantaranya. Kondensor ditempatkan didepan radiator yang pendinginanya dijamin oleh kipas.untuk refrigeran jenis R-134a menggunakan kondensor jenis parallel flow untuk memperbaiki efek pendinginan udara. Dengan cara itu maka efek pendinginan udara dapat diperbaiki sekitar 15% sampai 20%. Gambar 2.6 Kondensor
11 c. Katup ekspansi Katup ekspansi adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini mempunyaidua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran dan untuk mengatur aliran refigeran ke evaporator. Katup ekspansi merupakan suatu pipa dan katup yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkandengan pipa pipa lainnya. Penurunan tekanan refrigeran dikarenakan adanya gesekan dengan bagian dalam katup ekspansi. Proses penurunan tekanandalam katup ekspansi diasumsikan berlangsung pada entalpi konstan atau sering disebut isoenthalpy (proses yangideal ). 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 Ekspans
12 d. Evaporator Zat pendingin cair dari receiver drier dan kondensor harus dirubah kembali menjadi gas dalam evaporator, dengan demikian evaporator harus menyerap panas, agar penyerapan panas ini dapat berlangsung dengan sempurna, pipa pipa evaporator juga diperluas permukaannya dengan memberi kisi kisi (elemen) dan kipas listrik (blower), supaya udara dingin juga dapat dihembus ke dalam ruangan. Rumah evaporator bagian bawah dibuat saluran/pipa untuk keluarnya air yang mengumpul disekitar evaporator akibat udara yang lembab. Air ini juga akan membersihkan kotoran kotoran yang menempel pada kisi kisi evaporator, karena kotoran itu akan turun bersama air. Gambar 2.8 Evaporator e. Filter (receiver drier) Receiver drier merupakan tabung penyimpan refrigeran cair, dan ia juga berisikan fiber dan desiccant (bahan pengering) untuk menyaring benda-benda asing dan uap air dari sirkulasi refrigerant. Receiver-drier menerima cairan refrigeran bertekanan tinggi dari kondensor dan disalurkan ke katup ekspansi (katup ekspansi). Receiver drier terdiri dari main body filter, desiccant, pipe, dan side
13 glass. Cairan refrigeran dialirkan ke dalam pipa untuk disalurkan ke katup ekspansi melalui outlet pipe yang ditempatkan pada bagian bawah main body setelah tersaringnya uap air dan benda asing oleh filter dan desiccant. Gambar 2.7 Gambar 2.9 Receiver Drier f. Kipas ( Fan atau Blower ) Pada komponen AC, Blower terletak di bagian indoor yang berfungsi menghembuskan udara dingin yang di hasilkan evaporator. Fan atau kipas terletak pada bagian outdoor yang berfungsi mendinginkan refrigeran pada kondensor serta untuk membantu pelepasan panas pada kondensor Gambar 2.10 Kipas kondensor Gambar 2.11 Kipas evaporator
14 g. Kopling magnet Kopling magnet adalah alat yang berfungsi menghubungkan dan memutus kompresor dengan motor penggeraknya. Cara kerja kopling magnet : bila sakelar dihubungkan, magnet listrik akan menarik plat penekan sampai berhubungan dengan roda pulley dan poros kompresor terputar. Pada waktu sakelar diputuskan pegas plat pengembali akan menarik plat penekan sehingga putaran motor penggerak terputus dari poros kompresor (putaran mesin hanya memutar puli saja). Gambar 2.12 Kopling Magnet
15 2.1.2 Dasar Kerja AC Mobil AC mobil pada kendaraan terdiri dari kompresor, kondensor, receiver, katup ekspansi dan evaporator. Gambar 2.10 menyajikan skemati AC mobil, Gambar 2.11 menyajikan siklus kompresi uap pada P-h diagram dan Gambar 2.12 Menyajikan siklus kompresi uap pada T-S diagram. Gambar 2.13 Skematik AC mobil Dalam sebuah pendinginan di sebuah AC mobil juga terjadi siklus kompresi uap.
16 Gambar 2.14 Siklus kompresi uap pada diagram P-h Gambar 2.15 Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut pada diagram T-s a. Proses kompresi (1-2) Proses kompresi terjadi pada tahap 1-2 dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Refrigeran dalam bentuk uap panas lanjut masuk ke kompresor, kerja atau usaha yang diberikan pada refrigeran akan menyebabkan kenaikan pada tekanan sehingga
17 temperatur refrigeran akan lebih tinggi dari temperatur lingkungan (refrigeran mengalami fasa superheated / gas panas lanjut). b. Proses pendinginan suhu gas panas lanjut (2-2a) Proses pendingin dari gas panas lanjut menjadi gas jenuh terjadi pada tahap 2-2a dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Refrigeran mengalami penurunan suhu pada tekanan tetap. Hal ini disebabkan adanya kalor yang mengalir ke lingkungan, karena suhu refigeran lebih tinggi dari suhu lingkungan. c. Proses kondensasi (2a-2b) Proses kondensasi terjadi pada tahap 2a-2b dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Pada proses ini gas jenuh mengalami perubahan fase menjadi cair jenuh. Proses berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Pada proses ini terjadi aliran kalor dari kondensor ke lingkungan karena suhu kondensor lebih tinggi dari suhu udara lingkungan. d. Proses pendinginan lanjut (2b-3) Proses pendinginan lanjut terjadi pada tahap 2b-3 dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Pada proses pendinginan lanjut terjadi proses penurunan suhu refrigeran dari keadaan cair jenuh ke refrigeran cair. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses ini di perlukan agar kondisi refrigeran keluar kondensor benar- benar dalam fase cair e. Proses penurunan tekanan (3-4)
18 Proses penurunan tekanan terjadi pada tahap 3-4 dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Dalam fasa cair refrigeran mengalir menuju ke katup ekspansi dan mengalami proses penurunan tekanan dan penurunan suhu. Sehingga suhu refrigeran lebih rendah dari temperatur lingkungan. Pada tahap ini fasa refrigeran berubah dari fase cair menjadi fase campuran : cair dan gas. f. Proses evaporasi (4-4a) Proses evaporasi terjadi pada tahap 4-4a dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Refrigeran dalam fasa campuran cair dan gas mengalir ke evaporator dan kemudian menerima kalor dari lingkungan yang akan di dinginkan sehingga fasa dari refrigeran berubah seluruhnya menjadi gas jenuh. Proses berlangsung pada tekanan yang tetap, demikian juga berlangsung pada suhu yang tetap. g. Proses pemanasan lanjut (4a-1) Proses pemanasan lanjut terjadi pada tahap 4a-1 dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15. Pada saat refrigeran meninggalkan evaporator refrigeran kemudian mengalami proses pemanasan lanjut. Dengan adanya proses pemanasan lanjut fase refrigeran berubah dari fase gas jenuh menjadi gas panas lanjut. Dengan demikian refrigeran sebelum masuk kompresor benar benar dalam fase gas. Proses berlangsung pada tekanan konstan. Berikut adalah proses dari siklus kompresi uang yang terjadi dalam p-h diangram diatas. 2.1.3 Proses Pengembunan (Kondensasi)
19 Proses pengembunan atau kondensasi ini merupakan proses perubahan fase dari gas menjadi cair. Proses kondensasi berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap. Pada proses kondensasi kalor dilepaskan dari kondensor ke lingkungan sekitar kondensor. Dalam proses pelepasan kalor biasanya di bantu fan untuk mempercepat proses pelepasan kalor. 2.1.4 Proses Pendidihan (Evaporasi) Dalam proses pendinginan proses pendidikan atau proses evaporasi adalah proses dimana refrigerant berubah fase dari fase cair menjadi fase gas. Dalam proses pendidihan diperlukan kalor dari lingkungan di sekitar. Pada AC mobil proses pendidihan refrigerant berlangsung di evaporator. Kalor untuk proses pendidihn di ambil dari udara ruangan yang di lewatkan evaporator. 2.1.5 Beban Pendinginan Beban pendinginan pada AC mobil adalah energy kalor yang diserap oleh evaporator dari mesin AC. Kalor yang diserap evaporator adalah kalor yang berasal dari ruang kabin yang berada dalam ruang yang didinginkan. Jenis beban pendingin dibagi menjadi 2, yaitu: a. Beban sensible (sensible heat) Beban sensible adalah beban yang diterima udara di dalam mobil yang dapat berdampak pada perubahan suhu tanpa di sertai perubahan fase. Contoh beban sensible adalah kalor yang di lepas orang atau penumpang di dalam mobil, kalor konduksi dari
20 luar mobil yang masuk melewati dinding-dinding mobil, kalor radiasi yang,asuk melalui dinding-dinding kaca mobil, udara luar yang msuk ke dalam mobil. b. Beban laten (latent heat) Beban laten adalah beban yang diterima udara di dalam mobil akibat adanya perubahan fase. Contohnya adalah perubahna air atau keringat menjadi uap dan pengembunan udara luar yang masuk ke dalam mobil.. 2.1.6 Perhitungan Karakteristik Mesin AC Untuk mengetahui unjuk kerja mesin AC mobil yang meliputi: kerja kompresor, kalor yang di lepas kondensor, kalor yang di serap evaporator, COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran kalor, di perlukan persamaan-persamaan yang di perlukan untuk menghitungnya. 1. Kerja kompresor Besarnya kerja kompresor pada AC mobil persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2.1): W in = h 2 h 1 (2.1) Pada Persamaan (2.1) h 1 h 2 Win = Enthalpy saat masuk kompresor = Enthalpy saat keluar kompresor = Kerja kompresor persatuan massa refrigeran 2. Kalor yang dilepas kondensor
21 Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan persamaan (2.2): Q out = h 2 h 3 (2.2) Pada Persamaan (2.2) h 2 h 3 Q out = Enthalpy saat keluar kondensor = Enthalpy saat keluar kondensor = Kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran 3. Kalor yang diserap evaporator Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.3): Q in = h 4 h 1 (2.3) Pada Persamaan (2.3) h 1 h 4 Q in = Enthalpy saat keluar evaporator = Enthalpy saat masuk evaporator = Kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran 4. Coefficient of Performance (COP aktual) COP dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari siklus refrijerasi. Semakin tinggi COP yang dimiliki oleh suatu mesin pendingin maka akan semakin baik mesin pendingin tersebut. COP tidak mempunyai satuan karena merupakan perbandingan antara dampak refrigerasi (h1-h4)dengan kerja kompresor (h2- h1) dinyatakan dalam Persamaan (2.4)
22 COPaktual = h 1 h4 (2.4) h 2 h 1 Pada Persamaan (2.4) : o COP aktual o h1 o h2 o h4 : koefisien prestasi mesin AC mobil aktual : entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kj/kg) : entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kj/kg) : entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kj/kg) 5. COPideal (Coefficient of Performance). Besarnya koefisien yang menyatakan performance dalam posisi ideal pada siklus kompresi uap dapat dihitung dengan Persamaan (2.5) COP ideal = T e T c T e (2.5) Pada Persamaan (2.5) : o COP ideal o Te o Tc :koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil, :suhu evaporator (K) :suhu kondensor (K) 6. Efisiensi mesin AC mobil Besarnya efisiensi mesin AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6) h = COP aktual COP ideal x100% (2.6)
23 Pada Persamaan (2.6) : o COPideal o COPaktual : koefisien prestasi maksimum mesin AC mobil : koefisien prestasi aktual mesin AC mobil 7. Laju aliran massa Laju aliran massa refrigerant di dalam mesin AC dapat dihitung dengan persamaan m = (VI)/1000 = P (2.7) W in W in Pada Persamaan (2.7) m V I P : Laju aliran massa refrigeran : Voltase kompresor : Arus kompresor : Daya kompresor Dengan bantuan diagram tekanan-entalpi, mulai entalpi di setiap proses pada siklus kompresor uap dapat diketahui dengan demikian kerja kompresor, kalor yang di lepas kondensor persatuan massa kalor yang diserap evaporator, COP actual, COP ideal, efisiensi, laju aliran massa. Pada mesin AC mobil ini di perlukan 134a dan P-h diagram. refrigeran 134a disajikan pada Gambar 2.13.
24 Gambar 2.16 P-h diagram refrigeran R-134a 2.2 Tinjauan Pustaka Amna Citra Farhani (2007) meneliti tentang penggantian R12 dengan R22 pada mesin pendingin. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa penggantian R22 pada mesin pendingin kompresi uap yang menggunakan refrigeran R12 mempengaruhi kinerja komponen mesin pendingin. Efek pendinginan, panas buang kondensor dan kompresi. Hasil kompresi yang didapat dari R22 lebih besar, akan tetapi tidak diikuti dengan laju pendinginan yang cepat. Besarnya nilai ketiga parameter ini dikarenakan besarnya laju
25 aliran massa yang terjadi. Suhu evaporasi yang dapat dicapai R22 lebih rendah dari pada R12 karena kurangnya kalor serap air sebagi medium pendingin. Maclaine (2004) telah melakukan pengujian tentang Usage and risk of hydrocarbon refrigerants in motor cars for Australia and the United States. Penggunan refrigeran HC-290/600 di Australia sebesar 0,33 ± 0,12 x 10 6 pada tahun 2002 dan di Amerika sebesar 4,7 ± 1,7 x 10 6 pada tahun 2002. Penggunaan HC-290/600 memberikan hasil : tidak mudah terbakar dan risiko penggunaan HC-290/600 jauh lebih kecil dibanding dengan refrigeran yang dijual di pasaran. Yuswandi (2007) telah melakukan penelitian tentang pengujian unjuk kerja sistem AC mobil statik eksperimen menggunakan refrigeran CFC-12 dan HFC-134a dengan variasi putaran (rpm) kompresor. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi putaran kompresor terhadap unjuk kerja dari sistem AC mobil. Peneliti memakai alat peraga mesin AC mobil yang telah dilengkapi dengan sensor temperatur dan tekanan. Komponen utama sistem AC mobil terdiri dari : kompresor, kondensor, receiver drier, katup ekspansi, dan evaporator. Fluida kerja yang digunakan yaitu 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 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
BAB III PEMBUATAN ALAT 3.1. Komponen-komponen mesin AC mobil Komponen utama AC mobil yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi, reciever drier, evaporator dan fluida kerja refrigeran R134a. Pengerak awal mempergunakan motor listrik dengan daya 2Hp, sebagai pengganti motor bakar. a. Kompresor Kompresor yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: Gambar 3.1 Kompresor 26
27 Gambar 3.2 Kompresor Jenis kompresor : Swash Plate Voltase : 220 Volt b. Kondensor Kondensor yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : Gambar 3.3 Kondensor
28 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 Jumlah pipa : 5 buah c. Katup ekspansi Katup ekspansi yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : Gambar 3.4 Katup ekspansi Diameter katup ekspansi : 0,028 inchi
29 Bahan katup ekspansi : tembaga d. Receiver Drier Receiver drier yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : Gambar 3.5 Receiver Drier Bahan tabung receiver/drier Diameter Panjang (tinggi) : besi : 6 cm : 25 cm e. Evaporator Evaporator yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :
30 Gambar 3.6 Evaporator 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 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 dipasaran Gambar 3.7 Refrigeran R134a
31 g. Motor Listrik Motor listrik berfungsi sebagai engine yang memutar kompresor agar sistem AC dapat berjalan. Berikut adalah spesifikasi dari motor listrik: Daya motor listrik Rpm motor listrik : 2 hp : 1480 rpm Voltase motor listrik : 220 volt Gambar 3.8 Motor Listrik 3.1.1 Peralatan pendukung dalam pembuatan AC mobil a. 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 merah untuk tekanan tinggi dan yang berwarna biru untuk tekanan rendah
32 Gambar 3.9 Manifold gauge b. Alat pemotong pipa Alat pemotong pipa adalah alat untuk memotong pipa agar hasil lebih bagus, rapi dan juga agar tidak menghasilkan tatal, alat ini juga lebih mudah di gunakan untuk memotong pipa. c. Pompa vakum Gambar 3.10 Alat Pemotong Pipa Pompa vakum adalah alat yang berguna untuk menghilankan udara pada sistem AC mobil sebelum diisi Freon.
33 Gambar 3.11 Pompa vakum d. Adaptor Adaptor adalah alat yang berfungsi untuk menggerakkan blower dan kipas kondensor. Spesifikasi adaptor sebagai berikut : Arus : 7.5 A Voltase : 6 Volt, 9 Volt, 12 Volt, 13,2 Volt Gambar 3.12 Adaptor
34 e. Kipas kondensor Kipas kondensor adalah alat yang berfungsi untuk mengalirkan fluida udara melewati kondensor agar pelepasan kalor pada kondensor dapat dilakukan lebih cepat. Gambar 3.13 Kipas Kondensor f. Blower Blower adalah alat yang berfungsi untuk mengalirkan fluida udara yang melewati evaporator agar aliran udara dingin yang masuk keruang kabin mobil lebih cepat. Gambar 3.14 Blower
35 3.2 Persiapan Alat dan Bahan Langkah awal dalam pembuatan mesin AC mobil adalah mempersiapkan komponen-komponen yang akan digunakan. Komponen utama yang diperlukan adalah seperti kompresor, kondensor, katup ekspansi, evaporator dan alat-alat bantu yang diperlukan dalam pengerjaan alat ini. Setelah semua selesai dipersiapkan maka semua itu dapat mempercepat dan mempermudah dalam pengerjaan pembuatan mesin AC mobil tersebut. Setelah semua komponen-komponen disiapkan, proses selanjutnya adalah perakitan komponen-komponen AC mobil, sehingga mesin dapat bekerja dengan siklus kompresi uap. 3.3 Langkah-langkah Perakitan mesin AC mobil Langkah-langkah perakitan AC mobil sebagai berikut ini: a. Proses perakitan rangka AC mobil dan kelistrikan. Pada proses ini semua komponen disatukan atau dirangkai sesuai urutan dengan menggunakan pipa yang sudah disiapkan. Rangka dan komponen AC mobil disatukan. Berikutnya kelistrikannya diselesaikan agar dapat bekerja sebagaimana mestinya. Ada penambahaan komponen seperti adaptor untuk membantu menggerakkan blower dan kipas kondensor.
36 b. Proses pemvakuman AC mobil. Dalam proses pemvakuman ini alat utama yang diperlukan adalah pompa vakum yang mempunyai fungsi untuk proses pemvakuman tersebut. Dalam hal ini pompa vakum disambung terlebih dulu pada AC mobil dan mesin vakum di hidupkan Proses ini bertujuan untuk mengeluarkan udara-udara yang masih terjebak dalam saluransaluran pipa di AC mobil agar siklus dalam AC mobil dapat bekerja dengan maksimal. Karena jika masih ada udara yang terjebak pada saluran AC mobil maka dapat menganggu kerja AC mobil dan jika terlalu lama bekerja juga dapat merusak kompresor dan komponen yang lain. c. Proses pengisian refrigeran R134a. Dalam proses ini diperlukan refrigeran R134a sebagai fluida kerja AC mobil. Refrigeran dimasukan dalam mesin AC mobil. Dalam pengisian ini tidak boleh kurang atau berlebihan karena harus sesuai dengan standar kerja AC mobil agar dapat bekerja dengan maksimal. Karena jika tidak bekerja dengan maksimal AC mobil lebih mudah rusak. d. Proses pengujian AC mobil. Dalam proses ini nyalakan AC mobil lalu lihat lihat mana yang tidak bias bekerja sesuai rencana maka harus di perbaiki terlebih dulu. Jika sudah selesai dalam pengecekan maka selama AC mobil bekerja ditunggu selama kira-kira 60 menit. Bila terjadi bunga es pada evaporator dan katup ekspansi yang menghubungkan antara evaporator dan katup ekspansi dan suhu kondensor konstan, serta tekanan pada
37 manifold gauge cenderung konstan, maka AC mobil siap untuk digunakan untuk mengambil data. Dan tidak lupa kipas kondensor dan blower harus bekerja dengan baik.
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Mesin yang Diteliti Dalam penelitian ini mesin yang diteliti adalah AC mobil dengan siklus kompresi uap dengan komponen standar dari AC mobil yang tersedia di pasaran kemudian dirangkaian sendiri. AC mobil yang dirangkai bekerja dengan siklus kompresi uap yang disertai dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut, dengan putaran kompresor 900 rpm. Proses pendinginan yang terjadi dalam AC mobil ini dilakukan dengan cara menghembuskan udara melewati evaporator dengan mengunakan blower. Udara dingin yang dihasilkan kemudian dialirkan ke ruang kabin mobil. Gambar 4.1 menyajikan mesin yang diteliti. Gambar 4.1 Mesin AC mobil yang diteliti 38
39 4.2 Alur Penelitian Alur penelitian mengikuti alur seperti tersaji pada Gambar 4.2. Mulai menggumpulan komponen-komponen utama (kompresor, kondensor, katup ekspansi, evaporator), R134a, alat ukur, adaptor perbaikan - Pembuatan mesin AC mobil - Pemasangan alat ukur - Pemasangan kelistrikan - Pengisian refrigeran - Tidak baik Uji coba Baik Pengambilan data : P1, P2, T1, T3, V, I - Menggambar siklus kompresi uap pada P-h diagram - Mencari nilai h1, h2, h3, h4, Tc, Tk - Perhitungan Qin, Qout, Win, COPaktual, COPideal, efisiensi, laju aliran massa Pengolahan data dan pembahasan Pembahasan Kesimpulan dan saran Selesai Gambar 4.2 Alur penelitian
40 4.3 Posisi Penempatan Alat Ukur Pada AC Mobil Posisi titik-titik yang dipasangi termokopel dan alat ukur tekanan (manifold gauge) pada AC mobil disajikan pada Gambar 4.3. Gambar 4.3 Posisi Penempatan Alat Ukur Keterangan pada Gambar 4.3 : Titik 1 : Tempat pemasangan termokopel 1 (T1) dan alat ukur tekanan P1 Titik 2 : Tempat pemasangan alat ukur tekanan P2 Titik 3 : Tempat pemasangan termokopel T3
41 4.4 Alat Bantu Penelitian Proses penelitian AC mobil ini membutuhkan alat-alat yang dipergunakan untuk membantu dalam pengujian AC mobil tersebut. Alat-alat bantu tersebut (a) Termokopel dan penampil suhu, (b) Pengukur suhu, (c) P-h diagram R134a, (d) Alat pengukur suhu ruangan. a. Termokopel dan penampil suhu Termokopel berfungsi sebagai sensor suhu untuk menubah perbedaan suhu dalam benda menjadiperubahan tegangan listrik. Alat penampil suhu digital mempunyai fungsi sebagai alat yang memperlihatkan nilai suhu yang diukur. Gambar 4.4 Termokopel Gambar 4.5 alat penampil suhu digital b. Pengukur tekanan Pengukur tekanan berfungsi untuk mengetahui nilai tekanan refrigeran. Pengukuran tekanan yang berwarna biru untuk mengukur tekanan rendah dan berwarna merah untuk mengukur tekanan tinggi.
42 Gambar 4.6 Pengukur tekanan c. P-h diagram R134a P-h diagram ini berfungsi untuk menggambarkan siklus kompresi uap mesin pendingin. Dengan p-h diagram, dapat diketahui nilai enthalpi disetiap titik yang diteliti (h1,h2,h3 dan h4), suhu evaporator (Te), suhu kondensor (Tc). Gambar 4.7 Siklus kompresi uap pada P-h diagram untuk R134a.
43 d. Alat pengukur suhu ruangan (thermometer) Thermometer berfungsi untuk mengetahui suhu ruangan yang ada didalam kabin atau ruang yang didinginkan. Gambar 4.8 Thermometer 4.5 Cara Mendapatkan Data Suhu dan Tekanan pada Setiap Titik yang Sudah Ditentukan Untuk mendapatkan data data hasil penelitian dipergunakan alat ukur termokopel dan alat ukur tekanan. Pengukuran suhu dan tekanan dilakukan setiap 9 menit. Hanya saja, ketika suhu udara ruang kabin sudah mencapai 21 o C, kopling magnet diputuskan. Hasil penelitian disajikan pada tabel seperti pada Tabel 4.1.
44 Tabel 4.1 Tabel untuk hasil pengukuran suhu dan tekanan No Waktu (menit) T1 ( o C) T3 ( o C) P1 (psig) P2 (psig) V (volt) I (amper) 1 3.................. 2 12.................. 3 21.................. 4 30.................. 5 39.................. 4.6 Cara Mengolah Data dan Pembahasan Prosedur pengolahan data : a. Setelah semua data suhu ( T1, T3) dan tekanan (P1, P2) pada setiap titik diperoleh maka langkah selanjutnya adalah menggambarkan proses siklus kompresi uap pada P h diagram. Dengan menggambarkan P h diagram dapat diketahui nilai entalpi (h1, h2, h3, h4), suhu evaporator (Te), suhu kondensor (Tc) dan suhu refrigeran keluar kompresor (T2). b. Data nilai-nilai entalpi yang sudah didapat kemudian digunakan untuk menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang dilepaskan kondensor menghitung besarnya energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator, menghitung kerja
45 kompresor, nilai COP ideal, nilai COP aktual AC mobil dan efisiensi, serta laju aliran massa refrigeran. c. Perhitungan untuk mengetahui karakteristik mesin AC mobil 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 COP aktual, Persamaan (2.5) untuk menghitung COP ideal, Persamaan (2.6) untuk menghitung efisiensi AC mobil dan Persamaan (2.7) untuk menghitung laju aliran massa 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 mempertimbangkan hasil-hasil penelitian sebelumnya dan juga tidak lepas dari tujuan penelitian. 4.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan Kesimpulan diperoleh dari hasil pembahasan yang telah dilakukan. Kesimpulan merupakan inti dari pembahasan. Kesimpulan harus dapat menjawab tujuan dari penelitian.
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 5.1. Data Hasil Percobaan Data hasil percobaan untuk nilai tekanan refrigeran (P1 & P2), suhu refrigeran (T1 & T3), Tegangan (V) dan Arus (I) pada titik-titik yang telah ditentukan pada waktu tertentu, disajikan pada Tabel 5.1. Tabel 5.1 Hasil pengukuran tekanan (P1 & P2), suhu (T1 & T3) dan (V &I) Waktu t (menit) P1 (Psia) P2 (Psia) T1 (F) T3 (F) V (Volt) 3 35,70 158,20 71,15 82,00 220 4,83 6 34,95 159,70 70,88 80,33 220 4,86 9 35,95 161,45 69,89 80,69 220 4,88 15 35,70 164,20 70,84 82,09 220 4,87 18 37,20 170,53 58,51 66,14 220 4,85 24 37,20 165,95 69,71 81,59 220 4,85 27 36,45 163,45 69,17 82,40 220 4,84 33 38,45 164,70 71,20 82,54 220 4,85 36 37,45 164,70 71,02 83,30 220 4,89 39 38,20 163,45 70,16 83,93 220 4,86 45 37,70 168,45 69,76 82,13 220 4,86 48 37,70 166,58 68,50 82,18 220 5,00 51 37,45 165,95 67,87 82,58 220 4,98 57 37,95 166,58 70,66 83,62 220 4,89 60 37,95 168,45 70,07 82,94 220 4,90 63 37,45 167,95 70,12 83,12 220 5,00 69 38,20 167,83 72,37 83,89 220 4,93 72 37,95 166,58 71,51 83,66 220 4,89 75 38,45 167,20 70,03 84,20 220 4,91 81 38,45 167,83 70,88 84,20 220 4,90 84 37,95 167,20 70,57 84,29 220 4,90 87 37,70 167,20 69,89 83,98 220 4,92 93 38,95 167,20 74,62 80,69 220 4,95 I (Ampere) 46
47 Tabel 5.1.1 lanjutan Waktu t (menit) P1 (Psia) P2 (Psia) T1 (F) T3 (F) Volt (V) Arus (A) 96 38,70 170,95 69,98 84,97 220 4,95 102 38,70 167,20 70,88 84,29 220 4,94 105 38,95 169,70 69,94 84,43 220 4,95 108 38,95 170,95 69,13 84,29 220 4,92 117 38,45 167,70 70,25 83,62 220 4,93 120 36,95 164,70 69,58 83,53 220 4,93 123 36,95 164,70 68,59 83,75 220 4,93 132 38,45 168,95 71,24 84,34 220 4,95 135 37,70 166,45 70,25 84,38 220 4,93 138 37,70 166,45 69,71 84,52 220 4,94 147 37,70 165,20 71,06 84,52 220 4,92 150 36,95 165,20 69,17 83,39 220 4,92 156 37,20 166,45 71,47 81,95 220 4,95 159 36,45 166,45 70,93 82,45 220 4,92 168 37,20 166,45 71,51 83,89 220 4,96 171 37,45 167,70 70,61 84.29 220 4,97 174 37,45 167,70 70,16 84.56 220 4,94 183 37,70 166,45 71,51 83,44 220 4,93 186 37,45 167,70 70,75 83,48 220 4,89 192 37,95 165,95 70,52 83,12 220 4,94 195 38,20 167,83 69,62 83,35 220 4,93 198 37,95 167,20 68,59 84,88 220 4,93 204 36,70 164,70 72,50 82,31 220 4,91 207 36,95 167,20 69,94 85,24 220 4,92 213 37,70 164,70 73,36 85,64 220 4,95 216 36,70 167,83 72,23 85,96 220 4,97 222 37,95 170,95 70,57 86,68 220 4,98 225 37,20 172,20 68,90 87,89 220 4,94 231 37,20 163,45 72,19 82,04 220 4,91 234 36,70 165,95 71,02 84,20 220 4,89 237 37,45 165,95 70,21 84,47 220 4,92
48 Keterangan : - P1 : Tekanan refrigeran saat masuk kompresor (Psia). - P2 : Tekanan refrigeran saat keluar kompresor (Psia). - T1 : Suhu refrigeran sebelum masuk kompresor (F). - T3 : Suhu refrigeran saat masuk katup ekspansi (F). 5.2. Perhitungan dan Pengolahan Data. Dari data suhu dan tekanan yang diperoleh dan dengan menggambarkannya pada diagram P-h dapat ditentukan besarnya entalpi (h). Pada penelitian ini dipergunakan diagram P-h R134a. Besar nilai entalpi (h) disetiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 5.2. Tabel 5.2 Nilai Entalpi (h) satuan Btu/lb, suhu kerja kondensor dan evaporator Waktu t (menit) h 1(Btu/lb) h 2(Btu/lb) h 3(Btu/lb) h 4(Btu/lb) T e (C) T c (C) 3 112 135 41 41-3,89 38,89 6 110 134 40 40-3,89 39,44 9 110 133 41 41-3,89 38,89 15 110 134 40 40-3,89 39,44 18 108 131 37 37-3,89 39,44 24 111 136 40 40-3,89 39,44 27 112 135 42 42-3,89 39,44 33 114 137 42 42-3,33 39,44 36 114 137 42 42-3,89 39,44 39 112 135 42 42-3,89 38,89 45 112 135 41 41-3,89 39,44 48 112 135 41 41-3,89 39,44 51 112 136 41 41-3,89 39,44 57 113 135 42 42-3,89 39,44 60 112 135 41 41-3,89 39,44 63 112 136 41 41-3,89 39,44
49 Tabel 5.2.1 lanjutan Waktu t (menit) h 1 (Btu/lb) h 2 (Btu/lb) h 3 (Btu/lb) h 4 (Btu/lb) 69 113 135 41 41-3,33 39,44 72 112 135 41 41-3,89 39,44 75 112 136 42 42-3,33 39,44 81 111 133 42 42-3,33 39,44 84 110 133 42 42-3,89 39,44 87 111 134 41 41-3,89 39,44 93 110 133 40 40-3,33 39,44 96 111 133 42 42-3,33 39,44 102 110 131 42 42-3,33 39,44 105 110 131 42 42-3,33 39,44 108 109 131 42 42-3,33 39,44 117 111 133 41 41-3,33 39,44 120 110 133 41 41-4,44 39,44 123 112 134 41 41-4,44 39,44 132 111 134 42 42-3,33 39,44 135 110 132 42 42-3,89 39,44 138 111 133 42 42-3,89 39,44 147 110 133 42 42-3,89 39,44 150 110 133 41 41-4,44 39,44 156 109 133 40 40-3,89 39,44 159 110 133 41 41-4,44 39,44 168 111 134 41 41-3,89 39,44 171 110 133 42 42-3,89 39,44 174 110 133 42 42-3,89 39,44 183 109 132 42 42-3,89 39,44 186 110 131 42 42-3,89 39,44 192 111 134 41 41-3,89 39,44 195 110 132 42 42-3,33 39,44 198 110 132 42 42-3,33 39,44 204 109 131 41 41-4,44 39,44 207 109 131 42 42-3,89 39,44 213 110 131 42 42-3,89 39,44 216 110 132 42 42-4,44 39,44 222 109 131 43 43-3,33 40,00 225 109 131 43 43-3,89 40,00 T e (C) T c (C)
50 Tabel 5.2.2 lanjutan Waktu t (menit) h 1(Btu/lb) h 2(Btu/lb) h 3(Btu/lb) h 4(Btu/lb) 231 109 131 41 41-3,89 39,44 234 110 132 42 42-4,44 39,44 237 111 133 42 42-3,89 39,44 T e (C) T c (C) Dalam perhitungan ini, besar entalpi (h) dinyatakan dalam satuan Standar Internasional yaitu kj/kg (1 Btu/lb = 2,326 kj/kg). Besar nilai konversi entalpi setiap titik 1,2,3,4 dari waktu ke waktu disajikan pada Tabel 4.3. Tabel 5.3 Besar Entalpi (h) dalam satuan kj/kg. Menit t (menit) h1 h2 h3 h4 (kj/kg) (kj/kg) (kj/kg) (kj/kg) 3 260,51 314,01 95,37 95,37 6 255,86 311,68 93,04 93,04 9 255,86 309,36 95,37 95,37 15 255,86 311,69 93,04 93,04 18 251,21 304,71 86,06 86,06 24 258,17 316,34 93,04 93,04 27 260,51 314,01 97,69 97,69 33 265,16 318,66 97,69 97,69 36 265,16 318,66 97,69 97,69 39 260,51 314,01 97,69 97,69 45 260,51 314,01 95,37 95,37 48 260,51 314,01 95,37 95,37 51 260,51 316,34 95,37 95,37 57 262,84 314,01 97,69 97,69 60 260,51 314,01 95,37 95,37 63 260,51 316,34 95,37 95,37 69 262,84 314,01 95,37 95,37 72 260,51 314,01 95,37 95,37 75 260,51 316,34 97,69 97,69
51 Tabel 5.3.1 lanjutan Menit t (menit) h1 (kj/kg) h2 (kj/kg) h3 (kj/kg) h4 (kj/kg) 81 258,19 309,36 97,69 97,69 84 255,86 309,36 97,69 97,69 87 258,19 311,68 95,37 95,37 93 255,86 309,36 93,04 93,04 96 258,19 309,36 97,69 97,69 102 255,86 304,71 97,69 97,69 105 255,86 304,71 97,69 97,69 108 253,53 304,71 97,69 97,69 117 258,19 309,36 95,37 95,37 120 255,86 309,36 95,37 95,37 123 260,51 311,68 95,37 95,37 132 258,19 311,68 97,69 97,69 135 255,86 307,03 97,69 97,69 138 258,19 309,36 97,69 97,69 147 255,86 309,36 97,69 97,69 150 255,86 309,36 95,37 95,37 156 253,53 309,36 93,04 93,04 159 255,86 309,36 95,37 95,37 168 258,19 311,68 95,37 95,37 171 255,86 309,36 97,69 97,69 174 255,86 309,36 97,69 97,69 183 253,53 307,03 97,69 97,69 186 255,86 304,71 97,69 97,69 192 258,19 311,68 95,37 95,37 195 255,86 307,03 97,69 97,69 198 255,86 307,03 97,69 97,69 204 253,53 304,71 95,37 95,37 207 253,53 304,71 97,69 97,69 213 255,86 304,71 97,69 97,69 216 255,86 307,03 97,69 97,69 222 253,53 304,71 100,02 100,02 225 253,53 304,71 100,02 100,02 231 253,53 304,71 95,37 95,37 234 255,86 307,03 97,69 97,69 237 258,19 309,36 97,69 97,69
52 Contoh untuk menentukan besaran nilai nilai entalpi dapat dilihat dari diagram tekanan-entalpi pada jenis refrigeran R-134a. Dari diagram dapat dilihat nilai h2 saat menit ke-75 adalah 132 Btu/lb. Dalam perhitungan satuan h dinyatakan dalam kj/kg jadi nilai h2 = 132 Btu/lb = 316,34 kj/kg (132 Btu/lb x 2,33 kj/kg). Keterangan dari diagram P-h pada Gambar 5.2 : h1= 260.51 kj/kg h3 = 97,69 kj/kg h2 = 316,34 kj/kg h4 = 97,69 kj/kg Gambar 5.1 Siklus Kompresi Uap pada diagram P-h refrigeran R 134a diambil dari data menit (t) ke-75.
53 1. Kerja Kompresor persatuan massa refrigeran.(win) Untuk mendapatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran yang dihasilkan oleh AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.3) : Win = h2-h1 = 316,34 kj/kg 260,51 kj/kg = 55,83 kj/kg Maka kerja kompresor persatuan massa refrigeran sebesar 55,83 kj/kg (pada saat t = 75 menit) 2. Kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas Kondensor (Qout) Untuk mendapatkan nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor pada AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.4) : Qout = h2-h3 = 316,34 kj/kg 97,69 kj/kg = 218,65 kj/kg Maka kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor sebesar218,65 kj/kg (pada saat t = 75 menit) 3. Kalor yang diserap evaporator (Qin) Untuk mendapatkan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator pada AC mobil, dapat menggunakan Persamaan (2.5) :
54 Qin = h1-h4 = 260,51 kj/kg 97,69 kj/kg = 162,82 kj/kg Maka kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator sebesar 162,82 kj/kg (pada saat t = 75 menit) 4. COP aktual COPaktual dipergunakan untuk menyatakan perfomance (unjuk kerja) dari mesin AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.6) : COPaktual= h 1 h 4 h 2 h 1 = Q in W in = 260,51 97,69 316,34 260,51 = 2,92 Maka COP aktual AC mobil sebesar 2,92 (pada saat t = 75 menit) 5. COP ideal Untuk menghitung performance ideal pada AC mobil yang bekerja dengan siklus kompresi uap, dapat menggunakan Persamaan (2.7) COP ideal = T e T c T e = ( 3,33+273,15) (39,44+273,15) ( 3,33+273,15)
55 = 6,31 Maka COP idealac mobil sebesar 6,31 (pada saat t = 75 menit) 6. Efisiensi (η) Untuk mendapatkan efisiensi AC mobil dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.8) Efisiensiη= COP aktual COP ideal x 100% η= 2,92 6,31 x 100% η= 46,42% Maka efisiensi ηac mobil sebesar 46,42% (pada saat t = 75 menit) 7. Laju aliran massa refrigeran (m) Untuk mendapatkan besarnya laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.9) ṁ = (V.I)/1000 w in = (220.4,91)/1000 55,824 = 0,02 kg/s Maka laju aliran massa refrigeran pada AC mobil sebesar 0,02 kg/s (pada saatt = 75 menit) 5.3. Hasil Perhitungan Hasil perhitungan secara keseluruhan dari waktu (t) 0 menit sampai (t) 240 menit untuk nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win), kalor persatuan
56 massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout), kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator(qin), COP aktual, COP ideal, efisiensi dan laju aliran massa dari AC mobildisajikan pada Tabel 5.5 dan Tabel 5.6 Waktut (menit) Tabel 5.4.Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil Kerja Kompresor (Win) (kj/kg) Kalor yang diserap evaporator (Qin) (kj/kg) Kalor yang dilepas kondensor (Qout) (kj/kg) COP aktual 3 53,50 165,15 218,64 3,09 6 55,82 162,82 218,64 2,92 9 53,50 160,49 213,99 3,00 15 55,82 162,82 218,64 2,92 18 53,50 165,15 218,64 3,09 24 58,15 165,15 223,30 2,84 27 53,50 162,82 216,32 3,04 33 53,50 167,47 220,97 3,13 36 53,50 167,47 220,97 3,13 39 53,50 162,82 216,32 3,04 45 53,50 165,15 218,64 3,09 48 53,50 165,15 218,64 3,09 51 55,82 165,15 220,97 2,96 57 51,17 165,15 216,32 3,23 60 53,50 165,15 218,64 3,09 63 55,82 165,15 220,97 2,96 69 51,17 167,47 218,64 3,27 72 53,50 165,15 218,64 3,09 75 55,82 162,82 218,64 2,92 81 51,17 160,49 211,67 3,14 84 53,50 158,17 211,67 2,96 87 53,50 162.,82 216,32 3,04 93 53,50 162,82 216,32 3,04 96 51,17 160,49 211,67 3,14 102 48,85 158,17 207,01 3,24 105 48,85 158,17 207,01 3,24 108 51,17 155,84 207,01 3,05 117 51,17 162,82 213,99 3,18 120 53,50 160,49 213,99 3,00
57 Waktu t (menit) Kerja Kompresor (W in) (kj/kg) Tabel 5.4.Lanjutan Kalor yang diserap evaporator (Q in) (kj/kg) Kalor yang dilepas kondensor (Q out) (kj/kg) COP aktual 123 51,17 165,15 216,32 3,23 132 53,50 160,49 213,99 3,00 135 51,17 158,17 209,34 3,09 138 51,17 160,49 211,67 3,14 147 53,50 158,17 211,67 2,96 150 53,50 160,49 213,99 3,00 156 55,82 160,49 216,32 2,88 159 53,50 160,49 213,99 3,00 168 53,50 162,82 216,32 3,04 171 53,50 158,17 211,67 2,96 174 53,50 158,17 211,67 2,96 183 53,50 155,84 209,34 2,91 186 48,85 158,17 207,01 3,24 192 53,50 162,82 216,32 3,04 195 51,17 158,17 209,34 3,09 198 51,17 158,17 209,34 3,09 204 51,17 158,17 209,34 3,09 207 51,17 155,84 207,01 3,05 213 48,85 158,17 207,01 3,24 216 51,17 158,17 209,34 3,09 222 51,17 153,52 204,69 3,00 225 51,17 153,52 204,69 3,00 231 51,17 158,17 209,34 3,09 234 51,17 158,17 209,34 3,09 237 51,17 160,49 211,67 3,14 Tabel 5.5. Hasil perhitungan Karakteristik AC mobil Waktu t COP ideal Efisiensi (η) Laju aliran massa (m) (menit) (%) (kg/s) 3 5,93 52,02 0,02 6 5,78 50,47 0,02 9 5,93 50,55 0,02
58 Tabel 5.5.1 Lanjutan Waktu t COP ideal Efisiensi (η) Laju aliran massa (m) (menit) (%) (kg/s) 15 5,86 49,76 0,02 18 6,21 49,68 0,02 24 6,21 45,71 0,02 27 5,86 51,92 0,02 33 6,31 49,63 0,02 36 6,21 50,38 0,02 39 6,29 48,35 0,02 45 6,21 49,68 0,02 48 6,21 49,68 0,02 51 6,21 47,61 0,02 57 6,21 51,94 0,02 60 6,21 49,68 0,02 63 6,21 47,61 0,02 69 6,31 51,89 0,02 72 6,21 49,68 0,02 75 6,31 46,24 0,02 81 6,31 49,73 0,02 84 6,21 47,58 0,02 87 6,21 48,98 0,02 93 6,31 48,25 0,02 96 6,31 49,73 0,02 102 6,31 51,34 0,02 105 6,31 51,34 0,02 108 6,31 48,28 0,02 117 6,31 50,45 0,02 120 6,12 49,00 0,02 123 6,12 52,71 0,02 132 6,31 47,56 0,02 135 6,21 49,74 0,02 138 6,21 50,47 0,02 147 6,21 47,58 0,02 150 6,12 49,00 0,02 156 6,21 46,27 0,02
59 Tabel 5.5.2 Lanjutan Waktu t COP ideal Efisiensi (η) Laju aliran massa (m) (menit) (%) (kg/s) 192 6,21 48,98 0,02 195 6,31 49,00 0,02 198 6,31 49,00 0,02 204 6,12 50,49 0,02 207 6,21 49,01 0,02 213 6,21 52,11 0,02 216 6,12 50,49 0,02 222 6,23 48,18 0,02 225 6,14 48,90 0,02 231 6,21 49,74 0,02 234 6,12 50,49 0,02 237 6,21 50,47 0,02 5.4. Pembahasan Dari hasil penelitian, diperoleh informasi bahwa mesin AC mobil dapat bekerja dengan baik dan dalam kondisi yang baik (kompresor tidak bocor, kondensor berfungsi dengan baik, kipas kondensor berfungsi dengan baik, katup ekspansi bekerja dengan baik, evaporator berfungsi dengan baik, blower bekerja dengan baik) dan mampu menghasilkan data yang baik. Hasil dari pengambilan data dapat digambarkan pada P-h diagram dan membentuk siklus kompresi uap dengan proses pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut. Suhu kerja kondensor yang dihasilkan lebih tinggi dari suhu lingkungan dengan rata-rata sekitar 39,43 o C dan suhu kerja evaporator lebih rendah dari suhu udara ruangan di dalam ruang kabin mobil, dengan rata-rata sekitar -3,82 o C. Dari hasil penelitian, diperoleh informasi bahwa pada siklus kompresi uap yang dihasilkan terdapat proses pemanasan lanjut dan proses pendinginan lanjut.
60 Kondisi ini memberikan keuntungan. Karena dengan adanya proses pemanasan lanjut dan proses pendinginan lanjut, kedua proses ini dapat menaikkan nilai COP dan efisiensi dari mesin AC mobil. Demikian juga kondisi refrigeran ketika masuk kompresor benar-benar dalam keadaan gas, sehingga proses kompresi dapat berjalan ideal dan tidak merusak 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 besar Win, Qin, Qout, dan COP dari mesin AC mobil dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut dari waktu ke waktu memiliki nilai yang berbeda-beda. Gambar grafik hasil perhitungan secara keseluruhan disajikan pada Gambar 5.2, Gambar 5.3, Gambar 5.4, Gambar 5.5, Gambar 5.6, Gambar 5.7, Gambar 5.8. Gambar 5.2 memperlihatkan kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) dari waktu ke waktu. Nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran terendah sebesar 48,85 kj/kg dan nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran tertinggi sebesar 55,82 kj/kg. Rata-rata nilai kerja kompresor persatuan massa refrigeran dari t = 3 menit sampai t = 240 menit sebesar 52,68 kj/kg. Kerja kompresor berubah pada setiap menit, hal ini kemungkinan terjadikarena kerja kopling magnet yang selalu memutus dan menghubungkan pada kompresor.
Q in (kj/kg) W in (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 61 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 waktu t (menit) Gambar 5.2 Hubungan kerja kompresor persatuan massa refrigeran dan waktu Gambar 5.3 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator (Qin) dari waktu ke waktu. Nilai kalor terendah yang diserap evaporator adalah 153,52 kj/kg dan nilai kalor tertinggi yang diserap evaporator adalah sebesar 167,47 kj/kg. Rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigeran yang diserap adalah sebesar 161,10 kj/kg. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 Waktu t (menit) Gambar 5.3 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang diserap evaporator dan waktu.
Q out (kj/kg) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 62 Gambar 5.4 memperlihatkan besar nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor (Qout) dari waktu ke waktu. Nilai kalor persatuan massa refrigeran terendah yang dilepas kondensor adalah 204.69 kj/kg dan nilai kalor persatuan massa refrigeran tertinggi yang dilepas kondensor adalah sebesar 223.30 kj/kg. Rata-rata nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor adalah sebesar 213.78 kj/kg.nilai kalor yang dilepas kondensor saat stabil = 213.78 kj/kg (saat stabil = rata-rata). 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 Gambar 5.4 Hubungan kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor dan waktu Nilai kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor berubah pada setiap menit. Hal ini sesuai dengan perubahan yang terjadi pada kompresor dan evaporator. Karena semakin besar kerja kompresor dan evaporator persatuan massa, maka semakin besar pula kalor persatuan massa refrigeran yang dilepas kondensor. Gambar 5.5 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi (COP) aktual dari waktu ke waktu. Nilai COPaktual terendah adalah 2,84 dan nilai COP aktual tertinggi adalah
63 sebesar 3,27. Rata-rata nilai COP aktual adalah sebesar 3,06. Perubahan kerja kompresor juga berpengaruh pada koefisien prestasi COPaktual. COP aktual 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 Gambar 5.5 Hubungan koefisien prestasi (COP) aktual dan waktu Gambar 5.6 memperlihatkan besar Koefisien Prestasi COPideal dari waktu ke waktu. Nilai COPideal terendah adalah 5,78 dan nilai COPideal tertinggi adalah sebesar 6,31. Rata-rata nilai COPideal adalah sebesar 6,19. Perubahan yang terjadi pada kompresor yang diikuti COPaktual juga mengakibatkan perubahan nilai nilai COPideal.
64 COP ideal 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 Gambar 5.6 Hubungan koefisien prestasi (COP) ideal dan waktu Gambar 5.7 memperlihatkan efisiensi dari waktu ke waktu. Nilai efisiensi terendah adalah 45,71% dan nilai efisiensi tertinggi adalah sebesar 52,11%. Ratarata efisiensi adalah sebesar 49,43%. Perubahan kerja kompresor yang semakin berat oleh karena transfer kalor yang terjadi, sistem perpipaan yang ditekuk sehingga ada kemungkinan aliran refrigeran pada pipa tidak sempurna dan ruang pendingin (kabin) yang terbuat dari triplek masih memiliki cacat / lubang kecil, tidak dapat tertutup secara sempurna. Dan hal inilah yang kemungkinan menyebabkan efisiensi mesin AC mobil tidak dapat 100% karena pengaruh kerja kompresor.
Laju aliran massa (kg/s) Efisiensi (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 65 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 Gambar 5.7 Hubunganefisiensi dan waktu Gambar 5.8 memperlihatkan laju aliran massa dari waktu ke waktu. Nilai laju aliran massa terendah adalah 0,02 kg/s dan nilai laju aliran masa tertinggi adalah sebesar 0,02 kg/s. Rata-rata laju aliran massa adalah sebesar 0,02 kg/s. Tertutupnya evaporator oleh butiran air yang membeku, mengakibatkan laju aliran massa menurun sesuai dengan kerja kompresor yang terjadi. 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0 50 100 150 200 250 Gambar 5.8 Hubungan laju aliran massa refrigeran dan waktu
66 Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa, uap air yang membeku dan menebal pada bagian dalam evaporator dapat menghalangi transfer kalor.sehingga uap air yang membeku menghalangi kinerja kompresor sehingga kerja kompresor semakin berat. Serta berdampak pula pada kalor yang dilepas kondensor persatuan massa dan kalor yang diserap evaporator persatuan massa. Dan juga hal ini mengakibatkan menurunnya koefisien prestasi mesin baik aktual maupun ideal dan juga menurunnya laju aliran massa efisiensi. Menurunnya efisiensi ini juga dipengaruhi banyak hal seperti tekukan pada pipa dapat membuat aliran refrigeran tidak optimal. Dan hal ini juga mempengaruhi laju aliran massa.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Dari pengujian mesin AC mobil, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Mesin AC mobil yang dirakit dapat bekerja dengan siklus kompresi uap secara baik dengan suhu kerja kondensor sekitar 39,43 o C dan suhu kerja evaporator sekitar - 3,82 o C. 2. Kerja kompresor per satuan massa refrigeran terendah sebesar 48,85 kj/kg, dan tertinggi sebesar 55,82 kj/kg, rata-rata sebesar 52,68 kj/kg. 3. Kalor per satuan massa refrigeran yang diserap evaporator terendah sebesar 153,52 kj/kg, dan tertinggi yang diserap evaporator sebesar 167,47 kj/kg, rata-rata sebesar 161,10 kj/kg. 4. Kalor per satuan massa refrigeran yang dilepas kondensor terendah sebesar 204,69 kj/kg, dan tertinggi yang dilepas kondensor sebesar 223,30 kj/kg, rata-rata sebesar 213,78 kj/kg. 5. COPaktual terendah mesin AC mobil sebesar 2,84 dan tertinggi sebesar 3,27 rata-rata sebesar 3,06. 6. COPideal mesin AC mobil terendah sebesar 5,78 dan tertinggi sebesar 6,31 rata-rata sebesar 6,19. 67
68 7. Efisiensi mesin AC mobil terendah sebesar 45,71%, tertinggi sebesar 52,11%, rata-rata sebesar 49,43%. 8. Laju aliran massa terendah adalah 0,02 kg/s, tertinggi sebesar 0,02 kg/s, rata-rata sebesar 0,02 kg/s. 6.2 Saran. Beberapa saran yang dapat disampaikan terkait dengan penelitian ini : 1. Pengaturan kopling magnet sebaiknya dilakukan secara otomatis. Agar supaya bila suhu pada ruang kabin sudah tercapai (21 o C), kopling magnet dapat secara otomatis memutus aliran listrik pada kompresor, dan pada saat suhu ruang kabin mulai naik (23 o C), kopling magnet dapat secara otomatis akan menghubungkan aliran listrik pada kompresor. 2. Waktu pengambilan data sebaiknya tidak terlalu lama, cukup membutuhkan waktu sekitar 50 menit karena sudah stabil. 3. Pengambilan data sebaiknya menggunakan arduino supaya lebih teliti dalam pengambilan data. 4. Pengaturan rpm kompresor sebaiknya dengan menggunakan perubahan frekuensi listrik supaya rpm yang dihasilkan lebih akurat dan tidak membutuhkan waktu yang lama dalam mengubah rpm kompresor. 5. Sebelum memulai pengambilan data sebaiknya cek dulu alat yang akan di gunakan agar tidak terjadi kerusakan saat pengambilan data.
69 DAFTAR PUSTAKA Amna Citra Farhani., 2007, meneliti tentang penggantian R12 dengan R22 pada mesin pendingin. Maclaine, I.L., 2004, Usage and risk hydrocarbon refrigerants in motor cars for Australia and the United States, Sydney. Marindho, D.C., 2014, Pengujian Kinerja HFC-134a Refrigerant pada AC Mobil Sistem (Percobaan Statis) dengan Variasi Kecepatan Motor, Kudus. Yuswandi, A., 2007, Pengujian Unjuk Kerja Sistem AC Mobil Statik Eksperimen Menggunakan Refrigeran CFC-12 dan HFC-134a Dengan Variasi Putaran (RPM) Kompresor, Surakarta.
70 LAMPIRAN Menit 3
71 Menit 6
72 Menit 9
73 Menit 15
74 Menit 18
75 Menit 24
76 Menit 27
77 Menit 33
78 Menit 36
79 Menit 39
80 Menit 45
81 Menit 48
82 Menit 51
83 Menit 57
84 Menit 60
85 Menit 63
86 Menit 69
87 Menit 72
88 Menit 75
89 Menit 81
90 Menit 84
91 Menit 87
92 Menit 93
93 Menit 96
94 Menit 102
95 Menit 105
96 Menit 108
97 Menit 117
98 Menit 120
99 Menit 123
100 Menit 132
101 Menit 135
102 Menit 138
103 Menit 147
104 Menit 150
105 Menit 156
106 Menit 159