OPTIMASI KAPASITAS TEKANAN PENGISIAN REFRIGERAN DAN LAJU ALIRAN UDARA YANG MELINTASI KONDENSOR UNTUK MENINGKATKAN PRESTASI KERJA AC MOBIL
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Siklus-siklus mesin pendingin umumnya memerlukan energi listrik dalam
jumlah cukup besar. Kebutuhan energi untuk sistem pengkondisian udara dan
penerangan pada gedung-gedung yang tinggi bisa mencapai 90% dari total energi
yang dikonsumsinya (Nasution dkk, 2003a; Nasution dkk, 2003b; Nasution dkk,
2005). Perangkat seperti AC mobil dan freezer juga memerlukan energi listrik yang
relatif besar, terutama sebagai penggerak kompresor. Kelihatannya sebagian besar
perangkat mesin pendingin memiliki potensi yang besar dalam penggunaan energi
listrik. Oleh karena itu perlu dipikirkan upaya untuk menghemat energi dari sisi
kebutuhan energinya maupun dengan cara memperbaiki efisiensi kerja mesin
pendingin.
Pada mesin pendingin AC mobil, langkah yang dapat ditempuh untuk
memperbaiki koefisien prestasinya adalah memelihara sistem pendingin dari
kebocoran, memilih jumlah isian refrigeran yang mampu memberikan efek
pendinginan yang optimal, serta memilih pengoperasian laju aliran udara yang
melintas pada kondensor secara tepat.
Pengisian kapasitas refrigeran yang tepat mampu memberikan efek
pendinginan yang baik sehingga kondisinya nyaman bagi penggunanya. Informasi
kapasitas isian ini secara pasti memang jarang ditemukan pada literatur-literatur atau
buku-buku yang telah beredar di masyarakat, sehingga jarang sekali para pengguna
1
2
AC mobil yang mengerti dan memahami mengenai kapasitas optimal untuk isian
refrigeran. Realitas di lapangan bahwa pengisian refrigeran terkadang hanya
didasarkan pada pengalaman pribadi seorang bengkel AC mobil. Kadang-kadang
antara bengkel satu dengan lainnya memiliki patokan yang berbeda. Informasi tidak
pernah didapatkan secara ilmiah, bagaimana jika seandainya refrigeran yang diisikan
itu cukup banyak. Isian refrigeran dapat dirasakan apabila jumlahnya berkurang,
maka efek pendinginannya juga berkurang. Fenomena ini menjadi menarik untuk
diungkap secara ilmiah, sehingga bisa dijadikan rujukan untuk proses pembelajaran
dan kepentingan ilmiah lainnya.
Fenomena lain yang sering ditemui di masyarakat adalah penambahan extra
fan bagi para pemilik AC mobil. Ada apakah dibalik perlakuan ini? Apakah dengan
pemberian perangkat kipas tambahan (extra fan) akan mampu menaikkan unjuk
kerja suatu AC mobil. Tentunya fenomena ini juga belum pernah diungkapkan
secara ilmiah. Oleh karena itu, melalui penelitian ini diharapkan mampu mengkaji
dan mengungkap secara ilmiah beberapa perilaku tersebut.
1.2 Ruang Lingkup Penelitian
Mengingat kompleksnya permasalahan terkait dengan sistem pendingin AC
mobil, maka ruang lingkup permasalahan yang akan dikaji dibatasi sebagai berikut :
a. Rancang bangun sistem pendingin AC mobil mengikuti daur kompresi uap ideal.
b. Refrigeran yang dipergunakan adalah R134a
3
c. Analisis dilakukan dengan mengacu pada kaidah termodinamika seperti teoriteori yang berkaitan siklus kompresi uap. Aspek yang ditinjau dalam penelitian
ini adalah menganalisis efek pendinginan dan koefisien prestasi.
1.3 Sistematika Penulisan
Untuk memperjelas kandungan laporan ini, maka penulisannya disusun
dengan sistematika sebagai berikut. Bab I merupakan pendahuluan yang berisi
tentang gambaran umum penelitian meliputi latar belakang
masalah dan lingkup
pembahasan.
Bab II berisi tentang kajian pustaka dan teori penunjang yang akan
mendasari bagaimana sistem AC mobil akan dianalisis. Bab III berisi tujuan dan
manfaat penulisan. Bab IV metodologi penelitian membahas tentang bagaimana
penelitian ini dilakukan dan apa saja perangkat yang diperlukan dalam riset. Bab V
hasil dan pembahasan mengupas hasil penelitian dan analisisnya. Bab VI merupakan
bab terakhir yang merupakan kesimpulan mengenai penelitian ini, serta beberapa
saran dan rekomendasi untuk pengembangan penelitian lanjutan.
DAFTAR PUSTAKA
Althouse, A.D., Turnquist CH., and Bracciano A.F., 1979, Modern Refrigeration
and Air Conditioning, The Goodheart-Willcox Co. inc, Illinois. pp 99-140.
Arismunandar, W. dan Saito, H., 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta, pp 95-170.
Boentarto, 2003, Teknik AC Mobil, Penerbit Aneka. Solo.
Cengel, Y.A., and Boles, M.A., 2002, Thermodynamics: an Engineering
Approach, Fourth edition, International edition, McGraw Hill Co, New
York, pp 563-593.
Effendy, Marwan., 2005., Usaha Peningkatan Prestasi Freezer dengan Melilitkan
Pipa Kapiler pada Line Suction, Prosiding Seminar Nasional Efisiensi dan
Konservasi Energi, Diponegoro University, ISBN 1907-0063, December
2005, Semarang Indonesia.
Effendy, Marwan., 2005., Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor
terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning, Jurnal Teknik GELAGAR
vol 16 No 1 April 2005., Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, pp 51-58.
Effendy, Marwan., 2006, Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompresor terhadap
Prestasi Kerja Mesin Pendingin AC, Prosiding Seminar Nasional Teknik
Mesin, Universitas Kristen Petra, ISBN 979-25-4410-0, February 2006,
Surabaya Indonesia.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2003a, Saving Energy for Air
Conditioning with Variable Speed and Proportional Control System,
Proceeding Malaysia Science and Technology Congress September 2003,
Malaysia, pp 843-850.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2003b, Variable Speed of Compressor
for Energy Saving of Air Conditioning, Proceedings International
Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion Desember 7-11, 2003,
Bali, pp 53-1 – 53-9.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2005, Potential Electricity Saving by
Variable Speed Control of Compressor for Air Conditioning Systems,
Second
Humanoid
Nanotechnology
Information
Technology
Communication and Control Environment and Management (HNICEM)
International Conference, March 24-27, 2005, Manila, Philippines.
Pita, G.E., 1981, Air Conditioning Principles and Systems an Energy Approach,
John Willey and Sons, New York, pp 293–321
Stoecker, W.F. dan Jerold, W.J., 1992, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara,
Terjemahan Supratman Hara, Cetakan ke-3, Penerbit Erlangga, Jakarta, pp
1-418
Tanuwijaya, H., Azis, A. dan Setyawan, S. 2004, Unjuk Kerja Refrigerator
dengan Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon R 290, Jurnal Poros, Vol.7
No.3 Juli 2004, hal: 153-163
Wertenbach, Jurgen. 2003. Energy Analysis of Refrigerant Cycles. SAE
Cooperative Research, Scottsdale, AZ.
Wang, S., Junjie Gu, Tim Dickson, Jennifer Dexter and Ian McGregor, 2005,
Vapor quality and performance of an automotive air conditioning system,
Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 30, Issue 1, October
2005, pp 59-66
TEKNIK
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
(Lanjutan tahun ke-2)
OPTIMASI KAPASITAS TEKANAN PENGISIAN REFRIGERAN
DAN LAJU ALIRAN UDARA YANG MELINTASI KONDENSOR
UNTUK MENINGKATKAN PRESTASI KERJA AC MOBIL
Marwan Effendy, ST. MT.
Ir. Tri Tjahjono, MT.
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2010
RINGKASAN
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengoptimisasi penggunaan
tekanan isian refrigeran pada sistem pendingin AC mobil terhadap prestasi kerjanya.
Isian diekspresikan dengan tekanan pengisian refrigeran yang dimasukan dalam
sistem pendingin AC mobil. Cara yang ditempuh yaitu melakukan penelitian secara
eksperimental. Unjuk kerja diukur dengan parameter dampak refrigerasi dan
koefisien prestasi (COP)
Dalam eksperimen ini diawali dengan perakitan sistem pendingin AC mobil
yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Bahan pendingin
(fluida kerja) yang dipergunakan adalah refrigeran Freon-12. Untuk keperluan
pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, pengukur tekanan, dan
termometer yang dipasang menyatu dengan sistem. AC dilengkapi kabin ruangan
beban berukuran 60cm x 60cm x 60cm.
Hasil penelitian menunjukkan pada tekanan pengisian refrigeran antara 130170psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan
yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih
besar dari 170psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu
memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin pada interval temperatur 11-190C.
Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan
juga rendah. Sistem AC akan bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara
110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan
pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan mengalami penurunan.
Kata-kata kunci : AC mobil, koefisien prestasi, tekanan pengisian refrigeran
iii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah
dan rahmat-Nya sehingga penyusunan penelitian ini dapat terselesaikan.
Riset ini dapat terlaksana atas dukungan dana dari program Hibah Bersaing
Dirjen Dikti tahun 2009. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala
ketulusan dan keikhlasan hati ingin
menyampaikan rasa terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Harun Joko Prayitno, M.Hum selaku Ketua LPPM-UMS yang selalu
memberikan dukungan dan motivasi dalam melakukan penelitian.
2. DP2M Ditjen Dikti atas dukungan dananya dalam pelaksanaan penelitian ini.
3. Saudara Desi Arna, Riski Budi Yuliawan, Yogi Kuncoro, dan Suyadi Narto
atas kerja sama dan kontribusinya dalam membantu pelaksanaan penelitian.
4. Semua pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu.
Sebagai peneliti, saya menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari
sempurna, meskipun demikian semoga dapat bermanfaat dalam pengembangan
keilmuan. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca
akan penulis terima dengan senang hati melalui e-mail effendy@ums.ac.id
Surakarta, 12 Oktober 2010
Tim Peneliti
Marwan Effendy-Tri Tjahjono
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................ i
Halaman Pengesahan ..................................................................................... ii
Ringkasan ..................................................................................................... iii
Kata Pengantar ............................................................................................. iv
Daftar Isi ....................................................................................................... v
Daftar Gambar ............................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1
Latar Belakang Masalah ............................................................ 1
1.2
Ruang Lingkup Penelitian ......................................................... 2
1.3
Sistematika Penulisan ................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4
2.1
Daur Refrigerasi Carnot............................................................. 6
2.2
Daur Kompresi Ideal ................................................................. 7
2.3
Refrigerasi 134a ...................................................................... 11
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT .......................................................... 15
BAB IV METODE PENELITIAN ............................................................... 17
4.1
Waktu dan Tempat .................................................................. 18
4.2
Bahan dan Alat ....................................................................... 18
4.3
Alat Ukur ................................................................................ 23
v
4.4
Kalibrasi ................................................................................. 24
4.5
Parameter yang ditetapkan ...................................................... 24
4.6
Rancangan Instalasi ................................................................ 25
4.7
Instalasi Penelitian .................................................................. 26
4.8
Prosedur Eksperimen .............................................................. 27
4.9
Parameter yang diukur ............................................................ 27
4.10 Parameter yang dianalisis ........................................................ 28
4.11 Cara Menganalisis Data .......................................................... 28
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 32
5.1
Temperatur Kabin Ruangan Pada Berbagai Tekanan
Pengisian Refrigeran ............................................................... 32
5.2
Dampak Refrigerasi ................................................................. 35
5.3
Kinerja AC .............................................................................. 36
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 37
8.1
Kesimpulan ............................................................................. 37
8.2
Saran-Saran............................................................................. 38
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN DATA PENELITIAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Daur Carnot degan ekspresi diagram T-S
7
Gambar 2.2
Sirkuit Sistem AC mobil
8
Gambar 2.3
Siklus kompresi uap ideal
9
Gambar 2.4
Diagram tekanan entalpi
10
Gambar 4.1
Diagram alir penelitian
17
Gambar 4.2
Kompresor AC Mobil merk Sanden
18
Gambar 4.3
Kondensor
19
Gambar 4.4
Filter Dryer
19
Gambar 4.5
Katup Ekspansi
20
Gambar 4.6
Evaporator
21
Gambar 4.7
Tabung Refrigeran
22
Gambar 4.8
Pompa Vakum dan Pelumas
21
Gambar 4.9
Termoreader, RH-meter dan Anemometer
23
Gambar 4.10 Manometer
23
Gambar 4.11 Rancangan Instalasi
25
Gambar 4.12 Instalasi Penelitian
26
Gambar 5.1
Temperatur Kabin ruangan untuk Konveksi Alami
33
Gambar 5.2
Temperatur Kabin ruangan untuk Konveksi Paksa
33
Gambar 5.3
Dampak Refrigerasi
35
Gambar 5.4
Koefisien Prestasi
36
vii
Optimasi Kapasitas Tekanan Pengisian Refrigeran dan Laju
Aliran Udara yang Melintasi Kondensor
Terhadap Prestasi Kerja AC Mobil
Marwan Effendy dan Tri Tjahjono
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pebelan Kartasura 57102
effendy@ums.ac.id; ttjahjono@yahoo.com
RINGKASAN
Berbagai siklus pendingin umumnya memerlukan energi listrik dalam
jumlah cukup besar. Kebutuhan energi untuk sistem pengkondisian udara dan
penerangan pada gedung-gedung tinggi bisa mencapai 90% dari total energi yang
dikonsumsinya (Nasution dkk, 2003a; Nasution dkk, 2003b; Nasution dkk, 2005).
Perangkat seperti AC mobil dan freezer juga memerlukan energi listrik yang relatif
besar, terutama sebagai penggerak kompresor. Sebagian besar perangkat mesin
pendingin memiliki potensi yang besar dalam pemakaian energi listrik. Oleh
karena itu perlu dipikirkan upaya untuk menghemat energi dari sisi kebutuhan
energinya maupun dengan cara memperbaiki efisiensi kerja mesin pendingin.
Pada mesin pendingin AC mobil, langkah yang dapat ditempuh untuk
memperbaiki koefisien prestasinya adalah memelihara sistem pendingin dari
kebocoran, memilih jumlah isian refrigeran yang mampu memberikan efek
pendinginan yang optimal, serta memilih pengoperasian laju aliran udara yang
melintas pada kondensor secara tepat.
Pada pengisian kapasitas refrigeran yang tepat dan mampu memberikan
efek pendinginan yang baik sehingga kondisinya nyaman bagi penggunanya.
Informasi kapasitas isian ini secara pasti memang jarang ditemukan pada literaturliteratur atau buku-buku yang telah beredar di masyarakat, sehingga jarang sekali
para pengguna AC mobil yang mengerti dan memahami mengenai kapasitas
optimal untuk isian refrigeran. Realitas di lapangan bahwa pengisian refrigeran
terkadang hanya didasarkan pada pengalaman pribadi seorang bengkel AC mobil.
Kadang-kadang antara bengkel satu dengan lainnya memiliki patokan yang
berbeda. Informasi tidak pernah didapatkan secara ilmiah, bagaimana jika
seandainya refrigeran yang diisikan itu cukup banyak. Isian refrigeran hanya dapat
dirasakan apabila berkurang, maka efek pendinginan juga berkurang. Fenomena ini
menjadi menarik untuk diungkap secara ilmiah, sehingga dapat dijadikan rujukan
untuk proses pembelajaran dan kepentingan ilmiah lainnya.
Fenomena lain yang sering ditemui di masyarakat adalah penambahan fan
bagi para pemilik AC mobil. Ada apakah dibalik perlakuan ini? Apakah dengan
1
pemberian perangkat kipas tambahan (extra fan) akan mampu menaikkan unjuk
kerja suatu AC mobil. Tentunya fenomena ini juga belum pernah diungkapkan
secara ilmiah. Oleh karena itu, melalui penelitian ini diharapkan mampu mengkaji
dan mengungkap secara ilmiah beberapa perilaku tersebut.
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengoptimisasi penggunaan
tekanan isian refrigeran pada sistem pendingin AC mobil terhadap prestasi
kerjanya. Isian diekspresikan dengan tekanan-pengisian refrigeran yang dimasukan
dalam sistem pendingin AC mobil. Cara yang ditempuh yaitu dilakukan penelitian
secara eksperimental. Unjuk kerja diukur dengan parameter dampak refrigerasi dan
koefisien prestasi (COP)
Dalam eksperimen ini diawali dengan perakitan sistem pendingin AC mobil
yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Bahan
pendingin (fluida kerja) yang dipergunakan adalah refrigeran R134a. Untuk
keperluan pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, pengukur
tekanan, dan termometer yang dipasang menyatu dengan sistem. AC dilengkapi
kabin ruangan beban berukuran 60 cm × 60 cm × 60 cm.
Hasil penelitian menunjukkan pada tekanan pengisian refrigeran antara 130170 psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek
pendinginan yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130
psig atau lebih besar dari 170 psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem
AC mampu memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin pada interval
temperatur 11-190C. Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek
refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. Sistem AC akan bekerja secara optimal
pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran <
100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan
mengalami penurunan.
Dari uraian pembahasan yang telah disampaikan di atas, dapat disimpulkan
sebagai berikut: 1). Pada tekanan pengisian refrigeran antara 130-170 psig (diukur
pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan yang lebih
baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih besar
dari 170 psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu
memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin berukuran 60 cm × 60 cm × 60
cm pada interval temperatur 11-190C. 2). Rendahnya tekanan isian refrigeran
menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. 3). Sistem AC akan
bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan
pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig,
kinerja AC akan mengalami penurunan.
Kata-kata kunci : AC mobil, koefisien prestasi, tekanan pengisian refrigeran
.
2
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Siklus-siklus mesin pendingin umumnya memerlukan energi listrik dalam
jumlah cukup besar. Kebutuhan energi untuk sistem pengkondisian udara dan
penerangan pada gedung-gedung yang tinggi bisa mencapai 90% dari total energi
yang dikonsumsinya (Nasution dkk, 2003a; Nasution dkk, 2003b; Nasution dkk,
2005). Perangkat seperti AC mobil dan freezer juga memerlukan energi listrik yang
relatif besar, terutama sebagai penggerak kompresor. Kelihatannya sebagian besar
perangkat mesin pendingin memiliki potensi yang besar dalam penggunaan energi
listrik. Oleh karena itu perlu dipikirkan upaya untuk menghemat energi dari sisi
kebutuhan energinya maupun dengan cara memperbaiki efisiensi kerja mesin
pendingin.
Pada mesin pendingin AC mobil, langkah yang dapat ditempuh untuk
memperbaiki koefisien prestasinya adalah memelihara sistem pendingin dari
kebocoran, memilih jumlah isian refrigeran yang mampu memberikan efek
pendinginan yang optimal, serta memilih pengoperasian laju aliran udara yang
melintas pada kondensor secara tepat.
Pengisian kapasitas refrigeran yang tepat mampu memberikan efek
pendinginan yang baik sehingga kondisinya nyaman bagi penggunanya. Informasi
kapasitas isian ini secara pasti memang jarang ditemukan pada literatur-literatur atau
buku-buku yang telah beredar di masyarakat, sehingga jarang sekali para pengguna
1
2
AC mobil yang mengerti dan memahami mengenai kapasitas optimal untuk isian
refrigeran. Realitas di lapangan bahwa pengisian refrigeran terkadang hanya
didasarkan pada pengalaman pribadi seorang bengkel AC mobil. Kadang-kadang
antara bengkel satu dengan lainnya memiliki patokan yang berbeda. Informasi tidak
pernah didapatkan secara ilmiah, bagaimana jika seandainya refrigeran yang diisikan
itu cukup banyak. Isian refrigeran dapat dirasakan apabila jumlahnya berkurang,
maka efek pendinginannya juga berkurang. Fenomena ini menjadi menarik untuk
diungkap secara ilmiah, sehingga bisa dijadikan rujukan untuk proses pembelajaran
dan kepentingan ilmiah lainnya.
Fenomena lain yang sering ditemui di masyarakat adalah penambahan extra
fan bagi para pemilik AC mobil. Ada apakah dibalik perlakuan ini? Apakah dengan
pemberian perangkat kipas tambahan (extra fan) akan mampu menaikkan unjuk
kerja suatu AC mobil. Tentunya fenomena ini juga belum pernah diungkapkan
secara ilmiah. Oleh karena itu, melalui penelitian ini diharapkan mampu mengkaji
dan mengungkap secara ilmiah beberapa perilaku tersebut.
1.2 Ruang Lingkup Penelitian
Mengingat kompleksnya permasalahan terkait dengan sistem pendingin AC
mobil, maka ruang lingkup permasalahan yang akan dikaji dibatasi sebagai berikut :
a. Rancang bangun sistem pendingin AC mobil mengikuti daur kompresi uap ideal.
b. Refrigeran yang dipergunakan adalah R134a
3
c. Analisis dilakukan dengan mengacu pada kaidah termodinamika seperti teoriteori yang berkaitan siklus kompresi uap. Aspek yang ditinjau dalam penelitian
ini adalah menganalisis efek pendinginan dan koefisien prestasi.
1.3 Sistematika Penulisan
Untuk memperjelas kandungan laporan ini, maka penulisannya disusun
dengan sistematika sebagai berikut. Bab I merupakan pendahuluan yang berisi
tentang gambaran umum penelitian meliputi latar belakang
masalah dan lingkup
pembahasan.
Bab II berisi tentang kajian pustaka dan teori penunjang yang akan
mendasari bagaimana sistem AC mobil akan dianalisis. Bab III berisi tujuan dan
manfaat penulisan. Bab IV metodologi penelitian membahas tentang bagaimana
penelitian ini dilakukan dan apa saja perangkat yang diperlukan dalam riset. Bab V
hasil dan pembahasan mengupas hasil penelitian dan analisisnya. Bab VI merupakan
bab terakhir yang merupakan kesimpulan mengenai penelitian ini, serta beberapa
saran dan rekomendasi untuk pengembangan penelitian lanjutan.
DAFTAR PUSTAKA
Althouse, A.D., Turnquist CH., and Bracciano A.F., 1979, Modern Refrigeration
and Air Conditioning, The Goodheart-Willcox Co. inc, Illinois. pp 99-140.
Arismunandar, W. dan Saito, H., 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta, pp 95-170.
Boentarto, 2003, Teknik AC Mobil, Penerbit Aneka. Solo.
Cengel, Y.A., and Boles, M.A., 2002, Thermodynamics: an Engineering
Approach, Fourth edition, International edition, McGraw Hill Co, New
York, pp 563-593.
Effendy, Marwan., 2005., Usaha Peningkatan Prestasi Freezer dengan Melilitkan
Pipa Kapiler pada Line Suction, Prosiding Seminar Nasional Efisiensi dan
Konservasi Energi, Diponegoro University, ISBN 1907-0063, December
2005, Semarang Indonesia.
Effendy, Marwan., 2005., Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin Kondensor
terhadap Koefisien Prestasi Air Conditioning, Jurnal Teknik GELAGAR
vol 16 No 1 April 2005., Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, pp 51-58.
Effendy, Marwan., 2006, Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompresor terhadap
Prestasi Kerja Mesin Pendingin AC, Prosiding Seminar Nasional Teknik
Mesin, Universitas Kristen Petra, ISBN 979-25-4410-0, February 2006,
Surabaya Indonesia.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2003a, Saving Energy for Air
Conditioning with Variable Speed and Proportional Control System,
Proceeding Malaysia Science and Technology Congress September 2003,
Malaysia, pp 843-850.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2003b, Variable Speed of Compressor
for Energy Saving of Air Conditioning, Proceedings International
Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion Desember 7-11, 2003,
Bali, pp 53-1 – 53-9.
Nasution, H. and Mat Nawi Wan Hassan, 2005, Potential Electricity Saving by
Variable Speed Control of Compressor for Air Conditioning Systems,
Second
Humanoid
Nanotechnology
Information
Technology
Communication and Control Environment and Management (HNICEM)
International Conference, March 24-27, 2005, Manila, Philippines.
Pita, G.E., 1981, Air Conditioning Principles and Systems an Energy Approach,
John Willey and Sons, New York, pp 293–321
Stoecker, W.F. dan Jerold, W.J., 1992, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara,
Terjemahan Supratman Hara, Cetakan ke-3, Penerbit Erlangga, Jakarta, pp
1-418
Tanuwijaya, H., Azis, A. dan Setyawan, S. 2004, Unjuk Kerja Refrigerator
dengan Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon R 290, Jurnal Poros, Vol.7
No.3 Juli 2004, hal: 153-163
Wertenbach, Jurgen. 2003. Energy Analysis of Refrigerant Cycles. SAE
Cooperative Research, Scottsdale, AZ.
Wang, S., Junjie Gu, Tim Dickson, Jennifer Dexter and Ian McGregor, 2005,
Vapor quality and performance of an automotive air conditioning system,
Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 30, Issue 1, October
2005, pp 59-66
TEKNIK
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
(Lanjutan tahun ke-2)
OPTIMASI KAPASITAS TEKANAN PENGISIAN REFRIGERAN
DAN LAJU ALIRAN UDARA YANG MELINTASI KONDENSOR
UNTUK MENINGKATKAN PRESTASI KERJA AC MOBIL
Marwan Effendy, ST. MT.
Ir. Tri Tjahjono, MT.
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2010
RINGKASAN
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengoptimisasi penggunaan
tekanan isian refrigeran pada sistem pendingin AC mobil terhadap prestasi kerjanya.
Isian diekspresikan dengan tekanan pengisian refrigeran yang dimasukan dalam
sistem pendingin AC mobil. Cara yang ditempuh yaitu melakukan penelitian secara
eksperimental. Unjuk kerja diukur dengan parameter dampak refrigerasi dan
koefisien prestasi (COP)
Dalam eksperimen ini diawali dengan perakitan sistem pendingin AC mobil
yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Bahan pendingin
(fluida kerja) yang dipergunakan adalah refrigeran Freon-12. Untuk keperluan
pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, pengukur tekanan, dan
termometer yang dipasang menyatu dengan sistem. AC dilengkapi kabin ruangan
beban berukuran 60cm x 60cm x 60cm.
Hasil penelitian menunjukkan pada tekanan pengisian refrigeran antara 130170psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan
yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih
besar dari 170psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu
memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin pada interval temperatur 11-190C.
Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan
juga rendah. Sistem AC akan bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara
110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan
pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan mengalami penurunan.
Kata-kata kunci : AC mobil, koefisien prestasi, tekanan pengisian refrigeran
iii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah
dan rahmat-Nya sehingga penyusunan penelitian ini dapat terselesaikan.
Riset ini dapat terlaksana atas dukungan dana dari program Hibah Bersaing
Dirjen Dikti tahun 2009. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala
ketulusan dan keikhlasan hati ingin
menyampaikan rasa terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Harun Joko Prayitno, M.Hum selaku Ketua LPPM-UMS yang selalu
memberikan dukungan dan motivasi dalam melakukan penelitian.
2. DP2M Ditjen Dikti atas dukungan dananya dalam pelaksanaan penelitian ini.
3. Saudara Desi Arna, Riski Budi Yuliawan, Yogi Kuncoro, dan Suyadi Narto
atas kerja sama dan kontribusinya dalam membantu pelaksanaan penelitian.
4. Semua pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu.
Sebagai peneliti, saya menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari
sempurna, meskipun demikian semoga dapat bermanfaat dalam pengembangan
keilmuan. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca
akan penulis terima dengan senang hati melalui e-mail effendy@ums.ac.id
Surakarta, 12 Oktober 2010
Tim Peneliti
Marwan Effendy-Tri Tjahjono
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................ i
Halaman Pengesahan ..................................................................................... ii
Ringkasan ..................................................................................................... iii
Kata Pengantar ............................................................................................. iv
Daftar Isi ....................................................................................................... v
Daftar Gambar ............................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1
Latar Belakang Masalah ............................................................ 1
1.2
Ruang Lingkup Penelitian ......................................................... 2
1.3
Sistematika Penulisan ................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4
2.1
Daur Refrigerasi Carnot............................................................. 6
2.2
Daur Kompresi Ideal ................................................................. 7
2.3
Refrigerasi 134a ...................................................................... 11
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT .......................................................... 15
BAB IV METODE PENELITIAN ............................................................... 17
4.1
Waktu dan Tempat .................................................................. 18
4.2
Bahan dan Alat ....................................................................... 18
4.3
Alat Ukur ................................................................................ 23
v
4.4
Kalibrasi ................................................................................. 24
4.5
Parameter yang ditetapkan ...................................................... 24
4.6
Rancangan Instalasi ................................................................ 25
4.7
Instalasi Penelitian .................................................................. 26
4.8
Prosedur Eksperimen .............................................................. 27
4.9
Parameter yang diukur ............................................................ 27
4.10 Parameter yang dianalisis ........................................................ 28
4.11 Cara Menganalisis Data .......................................................... 28
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 32
5.1
Temperatur Kabin Ruangan Pada Berbagai Tekanan
Pengisian Refrigeran ............................................................... 32
5.2
Dampak Refrigerasi ................................................................. 35
5.3
Kinerja AC .............................................................................. 36
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 37
8.1
Kesimpulan ............................................................................. 37
8.2
Saran-Saran............................................................................. 38
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN DATA PENELITIAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Daur Carnot degan ekspresi diagram T-S
7
Gambar 2.2
Sirkuit Sistem AC mobil
8
Gambar 2.3
Siklus kompresi uap ideal
9
Gambar 2.4
Diagram tekanan entalpi
10
Gambar 4.1
Diagram alir penelitian
17
Gambar 4.2
Kompresor AC Mobil merk Sanden
18
Gambar 4.3
Kondensor
19
Gambar 4.4
Filter Dryer
19
Gambar 4.5
Katup Ekspansi
20
Gambar 4.6
Evaporator
21
Gambar 4.7
Tabung Refrigeran
22
Gambar 4.8
Pompa Vakum dan Pelumas
21
Gambar 4.9
Termoreader, RH-meter dan Anemometer
23
Gambar 4.10 Manometer
23
Gambar 4.11 Rancangan Instalasi
25
Gambar 4.12 Instalasi Penelitian
26
Gambar 5.1
Temperatur Kabin ruangan untuk Konveksi Alami
33
Gambar 5.2
Temperatur Kabin ruangan untuk Konveksi Paksa
33
Gambar 5.3
Dampak Refrigerasi
35
Gambar 5.4
Koefisien Prestasi
36
vii
Optimasi Kapasitas Tekanan Pengisian Refrigeran dan Laju
Aliran Udara yang Melintasi Kondensor
Terhadap Prestasi Kerja AC Mobil
Marwan Effendy dan Tri Tjahjono
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pebelan Kartasura 57102
effendy@ums.ac.id; ttjahjono@yahoo.com
RINGKASAN
Berbagai siklus pendingin umumnya memerlukan energi listrik dalam
jumlah cukup besar. Kebutuhan energi untuk sistem pengkondisian udara dan
penerangan pada gedung-gedung tinggi bisa mencapai 90% dari total energi yang
dikonsumsinya (Nasution dkk, 2003a; Nasution dkk, 2003b; Nasution dkk, 2005).
Perangkat seperti AC mobil dan freezer juga memerlukan energi listrik yang relatif
besar, terutama sebagai penggerak kompresor. Sebagian besar perangkat mesin
pendingin memiliki potensi yang besar dalam pemakaian energi listrik. Oleh
karena itu perlu dipikirkan upaya untuk menghemat energi dari sisi kebutuhan
energinya maupun dengan cara memperbaiki efisiensi kerja mesin pendingin.
Pada mesin pendingin AC mobil, langkah yang dapat ditempuh untuk
memperbaiki koefisien prestasinya adalah memelihara sistem pendingin dari
kebocoran, memilih jumlah isian refrigeran yang mampu memberikan efek
pendinginan yang optimal, serta memilih pengoperasian laju aliran udara yang
melintas pada kondensor secara tepat.
Pada pengisian kapasitas refrigeran yang tepat dan mampu memberikan
efek pendinginan yang baik sehingga kondisinya nyaman bagi penggunanya.
Informasi kapasitas isian ini secara pasti memang jarang ditemukan pada literaturliteratur atau buku-buku yang telah beredar di masyarakat, sehingga jarang sekali
para pengguna AC mobil yang mengerti dan memahami mengenai kapasitas
optimal untuk isian refrigeran. Realitas di lapangan bahwa pengisian refrigeran
terkadang hanya didasarkan pada pengalaman pribadi seorang bengkel AC mobil.
Kadang-kadang antara bengkel satu dengan lainnya memiliki patokan yang
berbeda. Informasi tidak pernah didapatkan secara ilmiah, bagaimana jika
seandainya refrigeran yang diisikan itu cukup banyak. Isian refrigeran hanya dapat
dirasakan apabila berkurang, maka efek pendinginan juga berkurang. Fenomena ini
menjadi menarik untuk diungkap secara ilmiah, sehingga dapat dijadikan rujukan
untuk proses pembelajaran dan kepentingan ilmiah lainnya.
Fenomena lain yang sering ditemui di masyarakat adalah penambahan fan
bagi para pemilik AC mobil. Ada apakah dibalik perlakuan ini? Apakah dengan
1
pemberian perangkat kipas tambahan (extra fan) akan mampu menaikkan unjuk
kerja suatu AC mobil. Tentunya fenomena ini juga belum pernah diungkapkan
secara ilmiah. Oleh karena itu, melalui penelitian ini diharapkan mampu mengkaji
dan mengungkap secara ilmiah beberapa perilaku tersebut.
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengoptimisasi penggunaan
tekanan isian refrigeran pada sistem pendingin AC mobil terhadap prestasi
kerjanya. Isian diekspresikan dengan tekanan-pengisian refrigeran yang dimasukan
dalam sistem pendingin AC mobil. Cara yang ditempuh yaitu dilakukan penelitian
secara eksperimental. Unjuk kerja diukur dengan parameter dampak refrigerasi dan
koefisien prestasi (COP)
Dalam eksperimen ini diawali dengan perakitan sistem pendingin AC mobil
yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Bahan
pendingin (fluida kerja) yang dipergunakan adalah refrigeran R134a. Untuk
keperluan pengambilan data ditambahkan alat ukur seperti orifice, pengukur
tekanan, dan termometer yang dipasang menyatu dengan sistem. AC dilengkapi
kabin ruangan beban berukuran 60 cm × 60 cm × 60 cm.
Hasil penelitian menunjukkan pada tekanan pengisian refrigeran antara 130170 psig (diukur pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek
pendinginan yang lebih baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130
psig atau lebih besar dari 170 psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem
AC mampu memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin pada interval
temperatur 11-190C. Rendahnya tekanan isian refrigeran menyebabkan efek
refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. Sistem AC akan bekerja secara optimal
pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan pengisian refrigeran <
100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig, kinerja AC akan
mengalami penurunan.
Dari uraian pembahasan yang telah disampaikan di atas, dapat disimpulkan
sebagai berikut: 1). Pada tekanan pengisian refrigeran antara 130-170 psig (diukur
pada titik discharge kompresor) akan memberikan efek pendinginan yang lebih
baik dibandingkan pada tekanan pengisian kurang dari 130 psig atau lebih besar
dari 170 psig. Pada interval tekanan pengisian tersebut sistem AC mampu
memberikan efek pendinginan pada ruangan kabin berukuran 60 cm × 60 cm × 60
cm pada interval temperatur 11-190C. 2). Rendahnya tekanan isian refrigeran
menyebabkan efek refrigerasi yang dibangkitkan juga rendah. 3). Sistem AC akan
bekerja secara optimal pada rentang pengisian antara 110-160 psig. Pada tekanan
pengisian refrigeran < 100 psig dan/atau tekanan pengisian refrigeran > 170 psig,
kinerja AC akan mengalami penurunan.
Kata-kata kunci : AC mobil, koefisien prestasi, tekanan pengisian refrigeran
.
2