PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS KOMPRESOR TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN AC
PENGARUH KECEPATAN PUTAR POROS KOMPRESOR
TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN AC
Marwan Effendy
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosura
email : effendy@ums.ac.id
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi putaran poros
kompresor terhadap prestasi kerja mesin pendingin. Penelitian ini intinya apakah
bertambahnya kecepata putar poros kompresor akan meningkatkan koefisien
prestasi ataukah sebaliknya.
Dalam penelitian ini digunakan alat uji sebuah mesin pendingin AC sederhana
yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator dengan
menggunakan refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi putaran poros
kompresor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan ukuran diameter
puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli motor
listrik yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm.
Dengan bertambahnya diameter puli motor listrik maka kecepatan putar poros
kompresor yang dihasilkan akan semakin besar. Sistem tersebut kemudian
diujikan pada ruangan yang memiliki beban lampu 200 watt dengan beban panas
Q = 680 Btu/hr dan beban ruangan secara keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr.
Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin kecil putaran poros
kompresor maka kerja yang dilakukan akan semakin kecil. Dengan kecilnya kerja
yang dilakukan kompresor, koefisien prestasi yang dihasilkan akan meningkat.
Pada n = 727,3 rpm; 871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara berurutan COP
yang dihasilkan sebesar 9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu yang dibutuhkan
dalam proses pendinginan ruangan sampai temperatur tertentu semakin
bertambah.
Kata-kata kunci: mesin pendingin, kompresor, koefisien prestasi, refrigeran
PENDAHULUAN
Refrigerasi adalah pengeluaran kalor
dari suatu ruangan dan kemudian
mempertahankan keadaannya sedemikian
rupa sehingga temperaturnya lebih rendah
dari temperatur lingkungannya. Pada
prinsipnya refrigerasi merupakan terapan
dari teori perpindahan kalor dan
thermodinamika.
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
Perkembangan dan penerapan sistem
refrigerasi pada perumahan, perkantoran
maupun pada kendaraan bermotor terutama
mobil dewasa ini mengalami peningkatan
yang pesat. Buktinya adalah banyak
industri, perkantoran, perumahan maupun
kendaraan yang dilengkapi dengan Air
Conditioner (AC) yang bertujuan untuk
mengkondisikan dan menyegarkan udara
ruangannya
55
.
Gambar 1. Sistem Pendinginan AC mobil
Sistem
refrigerasi
yang
paling
sederhana memiliki komponen utama yaitu
kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan
evaporator(Arismunandar, 2002). Untuk
mendapatkan suhu udara yang sesuai
dengan yang diinginkan banyak alternatif
yang dapat diterapkan, diantaranya adalah
dengan menaikkan koefisien perpindahan
kalor kondensasi (Yawara, 2003) dan
dengan menambahkan kecepatan udara
pendingin pada kondensor sehingga akan
diperoleh harga koefisien prestasi yang
lebih besar(Kusnanto, 2004). Lebih lanjut
Kusnanto mengatakan bahwa dengan
menambahkan kecepatan udara pendingin
pada kondensor maka laju aliran massa
akan menurun sehingga menyebabkan
daya
kompresor
juga
mengalami
penurunan. Namun demikian fenomena ini
perlu dikaji lebih jauh.
Suatu pemikiran baru yang muncul
adalah bagaimana jika diameter puli motor
listrik penggerak kompresor divariasi
diameternya? Dengan dirubahnya ukuran
puli tersebut akan berubah pula kecepatan
putar poros kompresor. Semakin besar puli
pada motor listrik jumlah putaran
kompresor juga akan semakin besar.
Fenomena ini menarik untuk dikaji apakah
56
perubahan kecepatan kompresor akan
mempengaruhi kinerja sistem pendingin.
Unjuk kerja di sini didefinisikan sebagai
koefisien prestasi.
TINJAUAN PUSTAKA
Berkaitan dengan topik yang akan dikaji
yakni pengaruh putaran kerja kompresor
terhadap koefisien prestasi (COP) mesin
pendingin sebenarnya sudah pernah
dilakukan beberapa ilmuwan, diantaranya
Wertenbach
(2003)
dalam
SAE
Cooperative Research. Hasil penelitiannya
apabila dilukiskan seperti pada gambar 2.
Prinsip Kerja Mesin Pendingin
Prinsip kerja mesin pendingin merujuk
pada siklus kompresi uap standar.
Dalam sebuah mesin pendingin, refrigeran
dialirkan
dalam
saluran
pipa-pipa.
Sebelum masuk kompresor, refrigeran
dengan kondisi uap jenuh dikompresikan
sehingga uap keluar kompresor menjadi
uap panas lanjut. Uap tersebut mengalir
pada bagian kondensor untuk melepaskan
kalor ke lingkungan sehingga terjadi
proses kondensasi. Uap berubah menjadi
cair jenuh kemudian melewati dryer,
selanjutnya menuju katup ekspansi dan
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
mengalami penurunan sampai tekanan
evaporator. Pada evaporator cairan dari
katup ekspansi mengalami evaporasi
sehingga berubah menjadi uap jenuh dan
masuk ke dalam kompresor untuk
dikompresikan. Siklus berjalan terus
menerus sehingga di dapat temperatur
yang diinginkan.
Gambar 2. Putaran poros kompresor vs COP (Wertenbach, 2003)
Gambar 3. Siklus kompresi uap (Stoecker,1996)
Gambar 4. Diagram P-h siklus kompresi uap.
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
57
Proses-proses yang membentuk siklus
kompresi uap standar adalah :
Proses 1-2, merupakan kompresi
adiabatik dan reversibel dari uap jenuh
menuju tekanan kondensor. Apabila
perubahan energi kinetik dan energi
potensial diabaikan, maka kerja kompresor
adalah
Win = mref ⋅ (h2 − h1 ) .......................[1]
Proses 2-3 adalah proses pelepasan
kalor reversibel pada tekanan konstan,
menyebabkan penurunan panas lanjut
(desuperheating)
dan
pengembunan
refrigeran. Kapasitas laju aliran kalor
kondensasi
Qout = mref ⋅ (h2 − h3 ) ......................[2]
Proses 3-4 ialah proses ekspansi tidak
reversibel pada entalpi konstan, dari cairan
jenuh menuju tekanan evaporator. Proses
pencekikan (throttling process) pada
sistem pendingin terjadi di dalam pipa
kapiler atau katup ekspansi. Proses di sini
berlangsung pada proses adiabatik,
sehingga
h4 = h3 ............................................[3]
Proses 4-1 merupakan penambahan
kalor reversibel pada tekanan tetap, yang
menyebabkan penguapan menuju uap
jenuh. Kapasitas laju aliran kalor evaporasi
dirumuskan
Qin = mref ⋅ (h1 − h4 ) .......................[4]
Istilah prestasi di dalam siklus
refrigerasi disebut dengan koefisien
prestasi atau COP yang didefinisikan
sebagai :
h − h4
Q
.....................[5]
COP = in = 1
Win h 2 − h 1
dimana :
h1 = Entalpi keluar evaporator [Btu/lb]
h2 = Entalpi masuk kondensor [Btu/lb]
h3 = Entalpi keluar kondensor [Btu/lb]
h4 = Entalpi masuk evaporator [Btu/lb]
58
mref = Laju aliran massa refrigeran
[lbm/min]
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
Peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah peralatan dari mesin
refrigerasi dengan pendingin udara, tetapi
peralatan ini mempunyai kapasitas yang
lebih kecil bila dibandingkan dengan
ukuran sebenarnya..
a. Kompresor AC mobil merk sanden
Kompresor
digunakan
untuk
mengkompresikan refrigeran.
b. Kondensor AC ruangan
Kondesor berfungsi untuk melepas
kalor refrigeran kelingkungan.
c. Katup Ekspansi termostatik
Katup ekspansi digunakan untuk
menurunkan tekanan dari kompresor
hingga mencapai tekanan evaporator.
d. Evaporator AC mobil
Evaporator berfungsi untuk meneyerap
panas atau untuk proses evaporasi.
e. Filter Dryer
Digunakan untuk menyaring kotoran
halus agar tidak menyumbat katup
ekspansi.
f. Kipas Udara Pendingin
Kipas yang digunakan kipas dengan
penggerak motor listrik 3 phasa.
g. Ruangan Penyekat
Agar waktu yang dibutuhkan untuk
pendingin ruangan lebih cepat maka
perlunya ruangan terbatas. Ruangan
nantinya dibuat dari triplek dengan
isolator aluminium foil
h. Orifice
Orifice digunakan untuk mencari laju
aliran refrigeran, dengan menerapkan
persamaan kontinuitas aliran dan
persamaan Bernoulli
i. Motor Listrik
Motor listrik yang digunakan adalah
motor 2 fase dengan daya 2 HP. Motor
listrik sebagai penggerak kompresor
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
j. Pompa Vakum
Berfungsi untuk mengisikan refrigeran
ke dalam sistem mesin pendingin
k. Refrigeran 134a
d. RH-meter
Untuk mengukur kelembaban udara
e. Anemometer
Untuk mengukur kecepatan udara pada
isapan kipas dan blower
f. Rotameter
Untuk melakukan kalibrasi alat ukur
orifice
Alat Ukur
a. Termokopel
b. Pengukur tekanan (pressure gauge)
c. Manometer air raksa
Instalasi Penelitian
Kipas
P3 , T3
P5 , T5
P2 , T2
Kerja
Kompresor
Katup
P4 , T4
Udara dingin
!
Cabin
Gambar 5. Susunan perangkat penelitian
Gambar 6. Rancangan instalasi pengujian dan kabin
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
59
Jalannya Penelitian
1. Komponen utama, alat pendukung dan
alat pengukur yang telah dikalibrasi
dirakit seperti diagram gambar
instalasi penelitian.
2. Instalasi yang telah terakit dites
kebocoran dan penyetelan peralatan.
3. Pemvakuman untuk memastikan tidak
adanya udara di dalam sistem. Setelah
itu pengisian refrigeran dilakukan
secara
perlahan-lahan
dengan
menghidupkan kompresor. Pengisian
refrigeran ini sampai dianggap cukup,
keadaan ini ditandai bila refrigeran
pada filter dryer tidak ada gelembung
uap.
4. Pengambilan data dilakukan setelah
mesin berjalan selama sekitar satu jam
atau setelah bekerja pada kondisi
tunak.
5. Data-data yang dicatat yaitu suhu,
tekanan dan perbedaan tekanan pada
orifice dengan variasi putaran kerja
poros kompresor. Untuk membuat
variasi putaran poros kompresor
dilakukan dengan melakukan beberapa
perubahan ukuran diameter puli motor
listrik yang menggerakkan kompresor.
Variasi diameter puli motor listrik
yang digunakan adalah d = 62 mm, d
= 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm.
Dengan bertambahnya diameter puli
motor listrik maka jumlah putaran
poros kompresor yang dihasilkan akan
semakin besar. Sistem tersebut
kemudian diujikan pada ruangan yang
memiliki beban lampu 200 watt
dengan beban panas Q = 680 Btu/hr
dan beban ruangan secara keseluruhan
sebesar 1249,55 Btu/hr.
Data hasil pencatatan berupa tekanan
dan temperatur selanjutnya diplot pada
60
diagram P-h untuk refrigeran Freon-12.
Dari pembacaaan ini diketahui besarnya
harga entalpi pada setiap titik yaitu h1, h2,
h3, h4 (kJ/kg), dan laju aliran massa
refrigeran (lbm/min). Harga enthalpi ini
selanjutnya
sebagai
dasar
untuk
menghitung
efek
refrigerasi,
kerja
kompresi, dan koefisien prestasi dengan
memanfaatkan persamaan [1] sampai [4].
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perubahan putaran poros kompresor
terhadap kerja kompresor
Dalam penelitian ini digunakan alat uji
sebuah mesin pendingin AC yang terdiri
kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan
evaporator
dengan
menggunakan
refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi
putaran poros kompresor dilakukan dengan
melakukan beberapa perubahan ukuran
diameter puli motor listrik yang
menggerakkan
kompresor. Variasi
diameter puli motor listrik yang digunakan
adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan
d = 103 mm. Dengan bertambahnya
diameter puli motor listrik maka kecepatan
putar poros kompresor yang dihasilkan
akan semakin besar. Sistem tersebut
kemudian diujikan pada ruangan yang
memiliki beban lampu 200 watt dengan
beban panas Q = 680 Btu/hr dan beban
ruangan secara keseluruhan sebesar
1249,55 Btu/hr.
Gambar 7 merupakan hasil pengujian yang
dilakukan pada pagi hari, siang hari dan
sore hari dibandingkan dengan riset yang
dilakukan oleh Wertenbach (2003). Hasil
pengujian menunjukkan tren yang sama
yakni naiknya kecepatan putar poros
kompresor akan meningkatkan kerja
kompresor. Hasil ini menguatkan riset
Wertenbach (2003).
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
21500
20500
19500
pagi hari
(P ukul 10.00 WIB )
Wkompresor (Btu/hr)
18500
17500
siang hari
(P ukul 11.45 WIB)
16500
15500
so re hari
(P ukul 13.45 WIB )
14500
SAE
COOP ERA TIVE
RESEA RCH
2003
13500
12500
11500
10500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
Putaran (Rpm)
Gambar 7. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan kerja kompresor
9.9
9.4
8.9
Pagi hari
(Pukul 10.00 WIB)
8.4
7.9
siang hari
(Pukul 11.45 WIB)
COP
7.4
6.9
6.4
sore hari
(Pukul 13.45 WIB)
5.9
5.4
4.9
SAE
COOPERATIVE
RESEARCH, 2003
4.4
3.9
3.4
2.9
700
900
1100
1300
1500
Putaran (Rpm)
Gambar 8. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan koefisien prestasi
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
61
Koefisien prestasi
Koefisien prestasi adalah perbandingan
antara kalor yang diperlukan untuk
mempertahankan temperatur ruangan yang
diinginkan dengan kerja yang dilakukan
oleh kompresor. Koefisien prestasi
merupakan suatu bentuk penilaian dari
mesin refrigerasi, semakin besar harga
koefisien prestasi suatu mesin refrigerasi
maka akan semakin baik kerja mesin
tersebut.
Dari
penelitian
yang
dilakukan
menunjukkan bahwa semakin tinggi
putaran poros kompresor maka kerja yang
dilakukan akan semakin besar. Dengan
besarnya kerja yang dilakukan kompresor
maka koefisien prestasi yang dihasilkan
semakin kecil. Pada putaran 727,3 rpm;
871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara
berurutan COP yang dihasilkan sebesar
9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu
yang diperlukan dalam proses pendinginan
ruangan sampai temperatur tertentu
semakin bertambah.
KESIMPULAN
Berubahnya harga kecepatan putar
poros kompresor (rpm) tidak banyak
berpengaruh terhadap dampak refrigerasi.
Semakin tinggi kecepatan putar poros
kompresor ternyata tidak menyebabkan
besarnya nilai COP, karena harga COP
yang diperoleh dari penelitian yang
dilakukan adalah sebaliknya. Yaitu harga
COP
menurun
seiring
dengan
meningkatnya harga kecepatan putar poros
kompresor. Tetapi semakin besar harga
COP yang diperoleh waktu yang
dibutuhkan
dalam
mengkondisikan
ruangan justru semakin lama
PERSANTUNAN
Ucapan terima kasih kepada Sdr.
Karnadi
atas
kontribusinya
dalam
membantu berlangsungnya penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. dan Saito, H., 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT Pradnya
Paramita, Jakarta.
Kusnanto, S. 2004. Optimasi Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin pada AC Mobil. Tugas
Akhir S-1 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Stoecker, W.F. dan Jerold, W.J., 1996, Refrigerasi dan Penyegaran Udara. Terjemahan
Supratman Hara. Penerbit Erlangga. Jakarta
Wertenbach, Jurgen. 2003. Energy Analysis of Refrigerant Cycles. SAE Cooperative
Research, Scottsdale, AZ.
Yawara, Eka., Purnomo, Prajitno., 2002, Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi Petrozon
Rossy-12 di Dalam Pipa Vertikal, Prosiding Simposium Nasional I RAPI UMS Surakarta,
21 Desember 2002, hal:24-28.
Yawara, Eka 2003, Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi Petrozon di dalam Pipa
Vertikal, Tesis S-2 Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada, Jogjakarta.
62
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
TERHADAP PRESTASI KERJA MESIN PENDINGIN AC
Marwan Effendy
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosura
email : effendy@ums.ac.id
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi putaran poros
kompresor terhadap prestasi kerja mesin pendingin. Penelitian ini intinya apakah
bertambahnya kecepata putar poros kompresor akan meningkatkan koefisien
prestasi ataukah sebaliknya.
Dalam penelitian ini digunakan alat uji sebuah mesin pendingin AC sederhana
yang terdiri kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator dengan
menggunakan refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi putaran poros
kompresor dilakukan dengan melakukan beberapa perubahan ukuran diameter
puli motor listrik yang menggerakkan kompresor. Variasi diameter puli motor
listrik yang digunakan adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm.
Dengan bertambahnya diameter puli motor listrik maka kecepatan putar poros
kompresor yang dihasilkan akan semakin besar. Sistem tersebut kemudian
diujikan pada ruangan yang memiliki beban lampu 200 watt dengan beban panas
Q = 680 Btu/hr dan beban ruangan secara keseluruhan sebesar 1249,55 Btu/hr.
Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin kecil putaran poros
kompresor maka kerja yang dilakukan akan semakin kecil. Dengan kecilnya kerja
yang dilakukan kompresor, koefisien prestasi yang dihasilkan akan meningkat.
Pada n = 727,3 rpm; 871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara berurutan COP
yang dihasilkan sebesar 9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu yang dibutuhkan
dalam proses pendinginan ruangan sampai temperatur tertentu semakin
bertambah.
Kata-kata kunci: mesin pendingin, kompresor, koefisien prestasi, refrigeran
PENDAHULUAN
Refrigerasi adalah pengeluaran kalor
dari suatu ruangan dan kemudian
mempertahankan keadaannya sedemikian
rupa sehingga temperaturnya lebih rendah
dari temperatur lingkungannya. Pada
prinsipnya refrigerasi merupakan terapan
dari teori perpindahan kalor dan
thermodinamika.
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
Perkembangan dan penerapan sistem
refrigerasi pada perumahan, perkantoran
maupun pada kendaraan bermotor terutama
mobil dewasa ini mengalami peningkatan
yang pesat. Buktinya adalah banyak
industri, perkantoran, perumahan maupun
kendaraan yang dilengkapi dengan Air
Conditioner (AC) yang bertujuan untuk
mengkondisikan dan menyegarkan udara
ruangannya
55
.
Gambar 1. Sistem Pendinginan AC mobil
Sistem
refrigerasi
yang
paling
sederhana memiliki komponen utama yaitu
kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan
evaporator(Arismunandar, 2002). Untuk
mendapatkan suhu udara yang sesuai
dengan yang diinginkan banyak alternatif
yang dapat diterapkan, diantaranya adalah
dengan menaikkan koefisien perpindahan
kalor kondensasi (Yawara, 2003) dan
dengan menambahkan kecepatan udara
pendingin pada kondensor sehingga akan
diperoleh harga koefisien prestasi yang
lebih besar(Kusnanto, 2004). Lebih lanjut
Kusnanto mengatakan bahwa dengan
menambahkan kecepatan udara pendingin
pada kondensor maka laju aliran massa
akan menurun sehingga menyebabkan
daya
kompresor
juga
mengalami
penurunan. Namun demikian fenomena ini
perlu dikaji lebih jauh.
Suatu pemikiran baru yang muncul
adalah bagaimana jika diameter puli motor
listrik penggerak kompresor divariasi
diameternya? Dengan dirubahnya ukuran
puli tersebut akan berubah pula kecepatan
putar poros kompresor. Semakin besar puli
pada motor listrik jumlah putaran
kompresor juga akan semakin besar.
Fenomena ini menarik untuk dikaji apakah
56
perubahan kecepatan kompresor akan
mempengaruhi kinerja sistem pendingin.
Unjuk kerja di sini didefinisikan sebagai
koefisien prestasi.
TINJAUAN PUSTAKA
Berkaitan dengan topik yang akan dikaji
yakni pengaruh putaran kerja kompresor
terhadap koefisien prestasi (COP) mesin
pendingin sebenarnya sudah pernah
dilakukan beberapa ilmuwan, diantaranya
Wertenbach
(2003)
dalam
SAE
Cooperative Research. Hasil penelitiannya
apabila dilukiskan seperti pada gambar 2.
Prinsip Kerja Mesin Pendingin
Prinsip kerja mesin pendingin merujuk
pada siklus kompresi uap standar.
Dalam sebuah mesin pendingin, refrigeran
dialirkan
dalam
saluran
pipa-pipa.
Sebelum masuk kompresor, refrigeran
dengan kondisi uap jenuh dikompresikan
sehingga uap keluar kompresor menjadi
uap panas lanjut. Uap tersebut mengalir
pada bagian kondensor untuk melepaskan
kalor ke lingkungan sehingga terjadi
proses kondensasi. Uap berubah menjadi
cair jenuh kemudian melewati dryer,
selanjutnya menuju katup ekspansi dan
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
mengalami penurunan sampai tekanan
evaporator. Pada evaporator cairan dari
katup ekspansi mengalami evaporasi
sehingga berubah menjadi uap jenuh dan
masuk ke dalam kompresor untuk
dikompresikan. Siklus berjalan terus
menerus sehingga di dapat temperatur
yang diinginkan.
Gambar 2. Putaran poros kompresor vs COP (Wertenbach, 2003)
Gambar 3. Siklus kompresi uap (Stoecker,1996)
Gambar 4. Diagram P-h siklus kompresi uap.
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
57
Proses-proses yang membentuk siklus
kompresi uap standar adalah :
Proses 1-2, merupakan kompresi
adiabatik dan reversibel dari uap jenuh
menuju tekanan kondensor. Apabila
perubahan energi kinetik dan energi
potensial diabaikan, maka kerja kompresor
adalah
Win = mref ⋅ (h2 − h1 ) .......................[1]
Proses 2-3 adalah proses pelepasan
kalor reversibel pada tekanan konstan,
menyebabkan penurunan panas lanjut
(desuperheating)
dan
pengembunan
refrigeran. Kapasitas laju aliran kalor
kondensasi
Qout = mref ⋅ (h2 − h3 ) ......................[2]
Proses 3-4 ialah proses ekspansi tidak
reversibel pada entalpi konstan, dari cairan
jenuh menuju tekanan evaporator. Proses
pencekikan (throttling process) pada
sistem pendingin terjadi di dalam pipa
kapiler atau katup ekspansi. Proses di sini
berlangsung pada proses adiabatik,
sehingga
h4 = h3 ............................................[3]
Proses 4-1 merupakan penambahan
kalor reversibel pada tekanan tetap, yang
menyebabkan penguapan menuju uap
jenuh. Kapasitas laju aliran kalor evaporasi
dirumuskan
Qin = mref ⋅ (h1 − h4 ) .......................[4]
Istilah prestasi di dalam siklus
refrigerasi disebut dengan koefisien
prestasi atau COP yang didefinisikan
sebagai :
h − h4
Q
.....................[5]
COP = in = 1
Win h 2 − h 1
dimana :
h1 = Entalpi keluar evaporator [Btu/lb]
h2 = Entalpi masuk kondensor [Btu/lb]
h3 = Entalpi keluar kondensor [Btu/lb]
h4 = Entalpi masuk evaporator [Btu/lb]
58
mref = Laju aliran massa refrigeran
[lbm/min]
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
Peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah peralatan dari mesin
refrigerasi dengan pendingin udara, tetapi
peralatan ini mempunyai kapasitas yang
lebih kecil bila dibandingkan dengan
ukuran sebenarnya..
a. Kompresor AC mobil merk sanden
Kompresor
digunakan
untuk
mengkompresikan refrigeran.
b. Kondensor AC ruangan
Kondesor berfungsi untuk melepas
kalor refrigeran kelingkungan.
c. Katup Ekspansi termostatik
Katup ekspansi digunakan untuk
menurunkan tekanan dari kompresor
hingga mencapai tekanan evaporator.
d. Evaporator AC mobil
Evaporator berfungsi untuk meneyerap
panas atau untuk proses evaporasi.
e. Filter Dryer
Digunakan untuk menyaring kotoran
halus agar tidak menyumbat katup
ekspansi.
f. Kipas Udara Pendingin
Kipas yang digunakan kipas dengan
penggerak motor listrik 3 phasa.
g. Ruangan Penyekat
Agar waktu yang dibutuhkan untuk
pendingin ruangan lebih cepat maka
perlunya ruangan terbatas. Ruangan
nantinya dibuat dari triplek dengan
isolator aluminium foil
h. Orifice
Orifice digunakan untuk mencari laju
aliran refrigeran, dengan menerapkan
persamaan kontinuitas aliran dan
persamaan Bernoulli
i. Motor Listrik
Motor listrik yang digunakan adalah
motor 2 fase dengan daya 2 HP. Motor
listrik sebagai penggerak kompresor
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
j. Pompa Vakum
Berfungsi untuk mengisikan refrigeran
ke dalam sistem mesin pendingin
k. Refrigeran 134a
d. RH-meter
Untuk mengukur kelembaban udara
e. Anemometer
Untuk mengukur kecepatan udara pada
isapan kipas dan blower
f. Rotameter
Untuk melakukan kalibrasi alat ukur
orifice
Alat Ukur
a. Termokopel
b. Pengukur tekanan (pressure gauge)
c. Manometer air raksa
Instalasi Penelitian
Kipas
P3 , T3
P5 , T5
P2 , T2
Kerja
Kompresor
Katup
P4 , T4
Udara dingin
!
Cabin
Gambar 5. Susunan perangkat penelitian
Gambar 6. Rancangan instalasi pengujian dan kabin
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
59
Jalannya Penelitian
1. Komponen utama, alat pendukung dan
alat pengukur yang telah dikalibrasi
dirakit seperti diagram gambar
instalasi penelitian.
2. Instalasi yang telah terakit dites
kebocoran dan penyetelan peralatan.
3. Pemvakuman untuk memastikan tidak
adanya udara di dalam sistem. Setelah
itu pengisian refrigeran dilakukan
secara
perlahan-lahan
dengan
menghidupkan kompresor. Pengisian
refrigeran ini sampai dianggap cukup,
keadaan ini ditandai bila refrigeran
pada filter dryer tidak ada gelembung
uap.
4. Pengambilan data dilakukan setelah
mesin berjalan selama sekitar satu jam
atau setelah bekerja pada kondisi
tunak.
5. Data-data yang dicatat yaitu suhu,
tekanan dan perbedaan tekanan pada
orifice dengan variasi putaran kerja
poros kompresor. Untuk membuat
variasi putaran poros kompresor
dilakukan dengan melakukan beberapa
perubahan ukuran diameter puli motor
listrik yang menggerakkan kompresor.
Variasi diameter puli motor listrik
yang digunakan adalah d = 62 mm, d
= 77 mm, d = 91 dan d = 103 mm.
Dengan bertambahnya diameter puli
motor listrik maka jumlah putaran
poros kompresor yang dihasilkan akan
semakin besar. Sistem tersebut
kemudian diujikan pada ruangan yang
memiliki beban lampu 200 watt
dengan beban panas Q = 680 Btu/hr
dan beban ruangan secara keseluruhan
sebesar 1249,55 Btu/hr.
Data hasil pencatatan berupa tekanan
dan temperatur selanjutnya diplot pada
60
diagram P-h untuk refrigeran Freon-12.
Dari pembacaaan ini diketahui besarnya
harga entalpi pada setiap titik yaitu h1, h2,
h3, h4 (kJ/kg), dan laju aliran massa
refrigeran (lbm/min). Harga enthalpi ini
selanjutnya
sebagai
dasar
untuk
menghitung
efek
refrigerasi,
kerja
kompresi, dan koefisien prestasi dengan
memanfaatkan persamaan [1] sampai [4].
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perubahan putaran poros kompresor
terhadap kerja kompresor
Dalam penelitian ini digunakan alat uji
sebuah mesin pendingin AC yang terdiri
kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan
evaporator
dengan
menggunakan
refrigeran R-134a. Untuk membuat variasi
putaran poros kompresor dilakukan dengan
melakukan beberapa perubahan ukuran
diameter puli motor listrik yang
menggerakkan
kompresor. Variasi
diameter puli motor listrik yang digunakan
adalah d = 62 mm, d = 77 mm, d = 91 dan
d = 103 mm. Dengan bertambahnya
diameter puli motor listrik maka kecepatan
putar poros kompresor yang dihasilkan
akan semakin besar. Sistem tersebut
kemudian diujikan pada ruangan yang
memiliki beban lampu 200 watt dengan
beban panas Q = 680 Btu/hr dan beban
ruangan secara keseluruhan sebesar
1249,55 Btu/hr.
Gambar 7 merupakan hasil pengujian yang
dilakukan pada pagi hari, siang hari dan
sore hari dibandingkan dengan riset yang
dilakukan oleh Wertenbach (2003). Hasil
pengujian menunjukkan tren yang sama
yakni naiknya kecepatan putar poros
kompresor akan meningkatkan kerja
kompresor. Hasil ini menguatkan riset
Wertenbach (2003).
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62
21500
20500
19500
pagi hari
(P ukul 10.00 WIB )
Wkompresor (Btu/hr)
18500
17500
siang hari
(P ukul 11.45 WIB)
16500
15500
so re hari
(P ukul 13.45 WIB )
14500
SAE
COOP ERA TIVE
RESEA RCH
2003
13500
12500
11500
10500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
Putaran (Rpm)
Gambar 7. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan kerja kompresor
9.9
9.4
8.9
Pagi hari
(Pukul 10.00 WIB)
8.4
7.9
siang hari
(Pukul 11.45 WIB)
COP
7.4
6.9
6.4
sore hari
(Pukul 13.45 WIB)
5.9
5.4
4.9
SAE
COOPERATIVE
RESEARCH, 2003
4.4
3.9
3.4
2.9
700
900
1100
1300
1500
Putaran (Rpm)
Gambar 8. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan koefisien prestasi
MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005
ISSN 1411-4348
61
Koefisien prestasi
Koefisien prestasi adalah perbandingan
antara kalor yang diperlukan untuk
mempertahankan temperatur ruangan yang
diinginkan dengan kerja yang dilakukan
oleh kompresor. Koefisien prestasi
merupakan suatu bentuk penilaian dari
mesin refrigerasi, semakin besar harga
koefisien prestasi suatu mesin refrigerasi
maka akan semakin baik kerja mesin
tersebut.
Dari
penelitian
yang
dilakukan
menunjukkan bahwa semakin tinggi
putaran poros kompresor maka kerja yang
dilakukan akan semakin besar. Dengan
besarnya kerja yang dilakukan kompresor
maka koefisien prestasi yang dihasilkan
semakin kecil. Pada putaran 727,3 rpm;
871,8 rpm; 1058 rpm dan 1184 rpm secara
berurutan COP yang dihasilkan sebesar
9,21; 8,53; 7,44 dan 6,92. Namun waktu
yang diperlukan dalam proses pendinginan
ruangan sampai temperatur tertentu
semakin bertambah.
KESIMPULAN
Berubahnya harga kecepatan putar
poros kompresor (rpm) tidak banyak
berpengaruh terhadap dampak refrigerasi.
Semakin tinggi kecepatan putar poros
kompresor ternyata tidak menyebabkan
besarnya nilai COP, karena harga COP
yang diperoleh dari penelitian yang
dilakukan adalah sebaliknya. Yaitu harga
COP
menurun
seiring
dengan
meningkatnya harga kecepatan putar poros
kompresor. Tetapi semakin besar harga
COP yang diperoleh waktu yang
dibutuhkan
dalam
mengkondisikan
ruangan justru semakin lama
PERSANTUNAN
Ucapan terima kasih kepada Sdr.
Karnadi
atas
kontribusinya
dalam
membantu berlangsungnya penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. dan Saito, H., 2002, Penyegaran Udara, Cetakan ke-6, PT Pradnya
Paramita, Jakarta.
Kusnanto, S. 2004. Optimasi Pengaruh Kecepatan Udara Pendingin pada AC Mobil. Tugas
Akhir S-1 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Stoecker, W.F. dan Jerold, W.J., 1996, Refrigerasi dan Penyegaran Udara. Terjemahan
Supratman Hara. Penerbit Erlangga. Jakarta
Wertenbach, Jurgen. 2003. Energy Analysis of Refrigerant Cycles. SAE Cooperative
Research, Scottsdale, AZ.
Yawara, Eka., Purnomo, Prajitno., 2002, Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi Petrozon
Rossy-12 di Dalam Pipa Vertikal, Prosiding Simposium Nasional I RAPI UMS Surakarta,
21 Desember 2002, hal:24-28.
Yawara, Eka 2003, Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi Petrozon di dalam Pipa
Vertikal, Tesis S-2 Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada, Jogjakarta.
62
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi
Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62