Saat AC mobil mati Saat AC mobil hidup Komponen Mekanik

BAB II DASAR TEORI

2.1 Prinsip Dasar Air Conditioner

Air Conditioner AC merupakan suatu perlengkapan yang memelihara dan mengkondisikan kualitas udara di dalam kendaraan agar temperatursuhu, kebersihan dan kelembabannya menyenangkan serta nyaman. Apabila di dalam ruangan temperaturnya tinggi, maka panas yang diambil agar temperatur turun disebut pendinginan. Sebaliknya, ketika temperatur di dalam ruangan rendah, maka panas yang diberikan agar temperatur naik disebut pemanasan. AC pada mobil pada umumnya terdiri dari cooler dengan pembersih embun moisture remover dan pengatur aliran udara. Pendingin cooler akan mendinginkan dan mengurangi kelembaban udara di dalam kendaraan sehingga dihasilkan kondisi udara yang nyaman. Prinsip dasar pendinginan adalah proses penyerapan dan pelepasan panas suatu media dengan menggunakan zat yang mudah menguap refrigeran. Kondisi refrigeran dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan yang diberikan kepadanya.

2.2 Prinsip Kerja AC pada Mobil

2.2.1 Saat AC mobil mati

Gambar 2.1 Aliran refrigeran pada sistem AC commit to user Pada saat sistem AC mati maka semua gas freon yang ada dalam sistem AC mempunyai suhu dan tekanan yang sama yaitu tekanan berada dikisaran 120 - 150 psi. Karyanto, E. 2004. Penuntun Praktikum Teknik Mesin Pendingin

2.2.2 Saat AC mobil hidup

Berdasarkan siklus sistem AC di atas, cara kerja AC mobil adalah sebagai berikut: 1. Saat mesin dihidupkan maka kopling magnet akan mendorong pully kompresor. Hal ini menjadikan kompresor bekerja. Kompresor bekerja dengan mengkompresikan gas atau uap refrigeran. Gas yang dikompresikan mengalir melalui selang ke kondensor dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. 2. Di dalam kondensor, gas refrigeran dikondensasikan menjadi cairan atau terjadi perubahan keadaan yaitu pengembunan refrigeran. Panas yang dibawa oleh gas refrigeran didinginkan dengan fin kondensor. 3. Dari kondensor, cairan refrigeran mengalir ke dalam receiver untuk disimpan sementara dan disaring antara cairan refrigeran dengan oli, uap air sampai evaporator memerlukan refrigeran untuk diuapkan. 4. Kemudian cairan refrigeran masuk ke katup ekspansi. Di dalam katup ekspansi cairan refrigeran diturunkan tekanan dan temperaturnya. 5. Gas refrigeran yang dingin dan berembun ini mengalir ke dalam evaporator. Refrigeran menguap dan menyerap panas dari udara luar atau terjadi pengkabutan udara sehingga suhu di luar akan dingin.

2.3 Komponen AC pada Mobil

2.3.1 Komponen Mekanik

1. Kompresor

Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Pada saat yang sama kompresor menghisap uap refrigeran yang bertekanan rendah dari evaporator dan memampatkan menjadi uap bertekanan tinggi sehingga uap commit to user akan tersirkulasi. Kompresor terdiri atas beberapa tipe. Kompresor yang menggunakan gerak bolak-balik dalam menimbulkan tekanan dengan perangkat piston dan connecting rod disebut tipe reciprocating, sedangkan kompresor yang menggunakan gerakan berputar dalam menimbulkan tekanan dengan perangkat sudu atau vane disebut tipe rotary. Walaupun terdapat berbagai tipe kompresor tetapi semuanya mempunyai fungsi yang sama, yaitu sebagai pompa di dalam sistem AC untuk menjaga agar refrigeran dan minyak pelumas tetap bersirkulasi yang selanjutnya meningkatkan tekanan refrigerant dan temperaturnya. Kompresor pada mobil dikelompokkan menjadi dua yaitu:  Kompresor tipe recriprocating • Tipe crank shaft • Tipe swash plate • Tipe wobble plate  Kompresor tipe rotary • Tipe through vane

a. Kompresor Tipe Crank Shaft

Pada tipe ini, sisi piston yang berfungsi hanya satu sisi saja yaitu bagian atas. Oleh sebab itu, pada bagian kepala silinder valve plate terdapat dua katup yaitu katup isap suction valve dan katup penyalur. Gambar 2.2 Bagian-bagian kompresor tipe crank shaft Katup pemasukan Katup pemasukan tekanan rendah Katup pengeluaran tekanan tinggi Inti katup Piston Plat seal Seal poros Poros engkol Penahan katup Katup pengeluaran Plat katup Batang penghubung commit to user Gambar 2.3 Mekanisme kompresor tipe crank shaft Mekanisme kompresi dari tipe crank shaft yaitu pada langkah turun, refrigeran masuk ke dalam ruang silinder dari evaporator dan pada langkah naik refrigeran keluar dari ruang silinder menuju ke kondensor dengan tekanan meningkat dari 2,1 kgfcm² menjadi 15 kgfcm² yang mengubah temperatur dari 0ºC menjadi 70ºC. Triyono, Wahyu dan Djoko Sumaryanto. 2010

b. Kompresor Tipe Swash Plate

Kompresor tipe ini terdiri dari sejumlah piston dengan interval 72º untuk kompresor 10 silinder dan interval 120º untuk kompresor 6 silinder. Kedua ujung sisi piston pada tipe ini berfungsi yaitu apabila salah satu sisi melakukan langkah kompresi maka sisi lainnya melakukan langkah isap. Gambar 2.4 Komponen kompresor tipe swash plate Katup pemasukan Down-stoke Suction Discharge Mekanisme kompresor Valve plate Suction valve Discharge valve Valve stopper Up-stoke Swash plate Katup pengeluaran Plat katup Piston Sil poros Poros commit to user Gambar 2.5 Mekanisme kompresor tipe swash plate

c. Kompresor Tipe Wobble Plate

Kompresor tipe ini hampir sama dengan swash plate, hanya pada tipe wobble plate ini masih menggunakan batang torak dan piston yang terletak di satu sisi dan berjumlah 6 buah dengan jarak masing-masing 60º. Kompresor jenis ini memiliki dua keuntungan dibandingkan dengan kompresor tipe swash plate yaitu: 1 Kapasitas kompresor dapat diatur secara otomatis menurut kebutuhan beban pendinginan. 2 Pengaturan kapasitas yang bervariasi akan mengurangi kejutan yang disebabkan oleh operasi kopling magnet. Gambar 2.6 Bagian-bagian kompresor tipe wobble plate Gerakan putar poros dari poros kompresor menjadi gerakan bolak-balik oleh pelat penggerak drive plate dan wobble plate. Selama bekerja Piston Sub control valve Main control valve Housing Wobble plate Up seal Drive plate Connecting rod commit to user wobble plate dipandu oleh guide ball. Gerakan bolak-balik ini diteruskan ke piston melalui batang penghubung.

d. Kompresor tipe Through Vane

Kompresor tipe ini terdiri atas dua vane yang integral dan saling tegak lurus. Apabila rotor berputar, maka vane akan bergeser pada arah radial sehingga ujung-ujung vane akan selalu bersinggungan dengan permukaan dalam silinder. Gambar 2.7 Bagian-bagian kompresor tipe through vane Triyono, Wahyu dan Djoko Sumaryanto. 2010

e. Pelumas Kompresor

Pelumas kompresor dibutuhkan untuk member pelumasan pada bantalan kompresor bearing dan komponen yang bergerak dan bergesekan. Pelumas kompresor bersirkulasi bersama-sama refrigeran sehingga harus menggunakan pelumas khusus yang dapt bercampur dengan refrigeran dan tidak membeku pada temperatur evaporator. Gambar 2.8 Pelumas Kompresor commit to user Jenis pelumas yang biasa digunakan adalah PAG polyalineleglycol untuk refrigeran R-134a. saat sisitem AC beroperasi, sebagian pelumas yang tercampur dengan refrigeran akan terbawa keluar kompresor sehingga sejumlah pelumas akan masuk ke kondensor, evaporator, receiver dryer dan komponen lainnya. Namun, sejumlah tertentu pelumas harus bersirkulasi bersama-sama refrigeran untuk melumasi bagian yang memerlukan. Jumlah pelumas di dalam kompresor tidak boleh terlalu banyak atau terlalu sedikit. Jika pelumas terlalu banyak maka pelumas akan menempel pada dinding pipa kondensor dan evaporator dan menghalangi perpindahan panas. Akibatnya kapasitas pendinginan akan menurun. Kandungan pelumas dalam refrigeran yang mencapai 10 dapat menurunkan kapasitas pendinginan 8 . Jika pelumas dalam kompresor terlalu sedikit maka akan menyebabkan temperatur kompresor meningkat dan komponen cepat aus atau rusak akibat temperatur tinggi. Dalam menangani pelumas untuk R-134a perlu diperhatikan agar pelumas ini tidak terkena udara terlalu lama karena sifatnya yang sangat higroskopik dan iritasi dengan beberapa plastik dan cat, pelumas ini dapat bereaksi. Pelumasan pada silinder dan torak biasanya dilakukan dengan percikan oleh batang penghubung atau pelat swash dan wobble. Pada jenis kompresor through vane terdapat pemisah pelumas di dalam kompresor. Hal ini dibuat dengan maksud untuk memperbaiki efek pendinginan dengan mencegah pelumas terbawa ke kondensor dan evaporator.

2. Kondensor

Kondensor di dalam sistem air conditioner merupakan alat yang digunakan untuk merubah gas refrigran bertekanan tinggi menjadi cairan. Alat tersebut melakukan cara ini dengan menghilangkan panas dari refrigeran ke temperatur atmosfir. Kondensor terdiri dari coil dan fin yang berfungsi mendinginkan refrigeran ketika udara tertiup diantaranya. Kondensor commit to user ditempatkan di depan 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 2.9 Kondensor Fungsi utama dari kondensor adalah mendinginkan gas refrigeran sehingga terkondensasi. Mekanisme kondensor agar dapat mendinginkan gas yaitu dengan membuat kondensor dalam bentuk berliku-liku. Akibatnya, luas permukaan kondensor semakin luas dan mengakibatkan terjadinya pelepasan panas oleh refrigeran. Proses pelepasan panas di kondensor dipermudah dengan adanya aliran udara baik dari gerakan mobil maupun isapan fan kipas. Semakin baik pelepasan panas yang dihasilkan oleh kondensor maka semakin baik pula pendinginan yang akan dilakukan oleh evaporator. Pada ujung pipa keluaran kondensor dihasilkan refrigeran dengan temperatur 57 ºC cooled liquid. Kondensor memiliki beberapa tipe diantanranya: VAPOR Fin Tube To receiver Cooled liquid Heater vapor From compresor LIQUEFING LIQUIFIED commit to user a. Kondensor Tipe Serpentine Tipe jenis ini memiliki satu tabung panjang yang dilipat-lipat. Kondensor tipe ini dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin di antara tabung. Gambar 2.10 Kondensor tipe serpentine b. Kondensor Tipe Paralel Flow Kondensor tipe ini berbeda dengan tipe serpentine yang hanya melewatkan refrigeran melalui satu saluran. Kondensor tipe parallel flow memiliki banyak saluran sehingga menghasilkan pendinginan yang lebih baik. Hal ini terjadi karena luas permukaan yang bersentuhan dengan refrigeran lebih besar, sehingga panas yang terbuang bisa lebih banyak pula. Gambar 2.11 Kondensor tipe parallel flow Triyono, Wahyu dan Djoko Sumaryanto. 2010 Gas tekanan tinggi dari kompresor masuk Panas yang diberikan dari refrigerant ke udara sekitar Cairan tekanan tinggi menuju receiver dryer keluar Gas tekanan tinggi dari kompresor masuk keluar Cairan tekanan tinggi menuju receiver dryer buffer commit to user

3. Receiver Dryer

Receiver dryer merupakan tabung penyimpan refrigeran cair, dan juga berisikan fiber dan desiccant bahan pengering untuk menyaring benda- benda asing dan uap air dari sirkulasi refrigeran. Receiver dryer menerima cairan refrigeran bertekanan tinggi dari kondensor dan disalurkan ke katup ekspansi. Receiver dryer terdiri dari main body filter, desiccant, pipe, dan sight 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 2.12 Receiver dryerb Toyota Service Training.1995 Filter pada receiver dryer berfungsi membersihkan kotoran yang ada dalam refrigeran. Filter dikonstruksi ke tabung silinder yang di dalamnya terdapat silica gel desiccant yang dapat menyerap uap air pada zat refrigeran, desiccant berfungsi untuk mencegah terjadinya pembekuan kotoran di dalam lubang katup expansi dan evaporator. Kotoran yang membeku tersebut dapat menghambat aliran zat refrigeran. Bagian atas receiver dryer terdapat sight glass, berfungsi mengetahui kondisi refrigeran dalam system AC. Fusible plug berfungsi sebagai alat pengaman. Di Fusible plug ada timah yang akan meleleh apabila kondensor atau pipa-pipa tersumbat atau beban tekanan berlebihan, maka tekanan itu akan merusak komponen ini. Dalam keadaan ini solderan khusus pada fusible plug akan meleleh sehingga Fusible plug commit to user refrigeran dapat keluar. Dengan demikian, komponen ac yang lain jadi tidak rusak dan solderan khusus tersebuh meleleh pada suhu 95 ºC – 100 ºC.

4. Katup Ekspansi

Tekanan zat pendingin yang berbentuk cair dari kondensor dan receiver dryer harus diturunkan supaya zat pendingin menguap, dengan demikian penyerapan panas dan perubahan bentuk zat pendingin dari cair menjadi gas akan berlangsung dengan sempurna sebelum keluar evaporator, sehingga pada saluran masuk evaporator dipasang katub ekspansi. Prinsip kerja katup ekspansi diatur sedemikian rupa agar membuka dan menutupnya katup sesuai dengan temperatur evaporator atau tekanan di dalam sistem. Gambar 2.13 Katup ekspansi Katup ekspansi berfungsi untuk mengatur refrigeran yang masuk ke evaporator. Katup expansi dilengkapi pegas katup, bola thermal, dan diafragma. Katup ditekan oleh pegas agar selalu menutup sedangkan bola thermal selalu berusaha mendorong katup untuk membuka. Diafragma terletak di atas katup expansi dan berhubungan dengan pena penggerak katup. Jika pena katup turun, maka katup akan membuka dan sebaliknya apabila kompresor hidup, maka aliran refrigeran cair yang bertekanan tinggi masuk dan katup jarum akan membuka lebar. Ketika kevakuman pada saluran masuk, besar tekanan dalam bola thermal sangat tinggi , kemudian tekanan ini diteruskan oleh diafragma lewat pipa kapiler. Tekanan bola thermal dalam diafragma melawan tekanan pegas katup dan tekanan pipa equalizer sampai commit to user diafragma melengkung. Lengkungan diafragma tersebut diteruskan ke katup dengan perantaraan pena penggerak. Katup membuka dan refrigeran dalam evaporator naik karena dipanasi oleh udara hangat yang melewati evaporator, akibatnya refrigeran mendidih dan menjadi gas. Gas refrigeran tersebut mengalir menuju saluran pemasukan ke kompresor. Walau sedang mendidih suhunya tetap dingin dan membantu mendinginkan bola thermal sehingga akan mengurangi tekanan pada diafragma . Gambar 2.14 Bagian-bagian katup ekspansi Stocker, W.F. 1996 Apabila refrigeran melewati evaporator, tekanan saluran hisap naik dan tekanan ini mendorong diafragma. Jika tekanan dalam bola thermal turun sama dengan kenaikan tekanan dalam saluran hisap, pegas akan menutup katup. Apabila katup tertutup, refrigeran tidak mengalir ke evaporator, tekanan saluran masuk turun dan suhu naik. Turunnya tekanan mengurangi kenaikan equlizer pada diafragma. Bersamaan dengan tekanan bola thermal naik karena suhu saluran masuk naik. Hal ini membuat diafragma melengkung ke bawah dan membuka katup sehingga refrigeran lebih banyak masuk ke evaporator. Bekerjanya katup expansi diatur sedemikian rupa agar membuka dan menutupnya katup tersebut sesuai dengan temperatur evaporator atau tekanan di dalam sistem. commit to user Macam-macam konstruksi dan cara kerja katup ekspansi a. Katup Ekspansi Bentuk Siku 1 Katup ekspansi dengan kontrol temperatur Gambar 2.15 Katup ekspansi dengan kontrol temperatur Tabung kontrol, pipa kapiler dan ruangan di atas membran diisi dengan cairan khusus yang sensitif terhadap perubahan temperatur, tabung kontrol dan pipa kapiler ini didempetkan dengan pipa keluar evaporator. Bila temperatur evaporator rendah, tekanan cairan di atas membran tidak mampu melawan tekanan pegas, katup jarum menutup saluran masuk ke evaporator, penguapan zat pendingin terhenti dan temperatur evaporator naik kembali. Sebaliknya pada saat temperatur evaporator naik, tekanan cairan di atas membran akan naik pula, sampai melebihi tekanan pegas, katup terdorong ke bawah, saluran terbuka. Suhu evaporator turun kembali, demikian seterusnya. 2 Katup ekspansi dengan kontrol tekan dan temperatur Pt = Tekanan cairan di atas membran kontrol temperatur commit to user Pp = Tekanan pegas Pe = Tekanan zat pendingin yang keluar dari evaporator Supaya pengaturan menutup dan membuka disesuaikan dengan tekanan yang ada, maka dapat ditulis persamaan : Pt = Pp + Pe 2.1 Gambar 2.16 Katup ekspansi dengan kontrol tekan dan temperatur Kontrol temperatur tetap seperti sebelumnya, tekanan di atas membran tergantung dari suhu pipa keluar evaporator. Pada waktu tekanan pipa keluar evaporator turun, tekanan di atas membran akan mendorong batang dan katup sampai membuka saluran. Zat pendingin mengalir ke evaporator. Bila tekanan evaporator naik, Pe juga naik, Pt turun lihat persamaan, Pp akan mendorong katup ke atas kembali sampai menutup saluran. Zat pendingin tidak mengalir ke evaporator. Suhu evaporator naik kembali dan tekanannya akan turun katup akan bekerja seperti semula, demikian seterusnya. Katup membuka dan menutup sesuaitergantung dari suhu dan tekanan pada pipa keluar evaporator. commit to user b. Katup Ekspansi Bentuk Blok dengan Kontrol Temperatur dan Tekanan Gambar 2.17 Katup ekspansi bentuk blok 1 Bagian di atas membran adalah cairan yang mengontrol dengan temperatur pipa keluar evaporator. 2 Di bawah membran pengontrolan dengan tekanan zat pendingin pada pipa keluar evaporator. 3 Membuka dan menutupnya katup diatur oleh : Tekanan pegas, tekanan diatas dan dibawah membran miring tanpa garis bawah.

5. Evaporator

Evaporator berfungsi sebagai pendingin udara. Evaporator berbentuk tabung panjang bolak balik pada sudu-sudu pendingin. Sudu-sudu pendingin tersebut menerima hembusan udara dari kipas listrik sehingga suhunya naik, akibatnya suhu refrigeran naik dan mendidih. Hal ini berarti panas yang terkandung dalam udara diserap oleh refrigeran, udara dingin tersebut kemudian dihembuskan ke ruangan, evaporator menghilangkan lembab udara melalui kisi-kisi. Suhu evaporator mempengaruhi efisiensi pendinginan, jika suhu evaporator lebih rendah dari 0 ºC maka akan terjadi pembekuan pada pipa-pipa evaporator. Pembekuan tersebut mengurangi efisiensi pendinginan. Suhu evaporator yang normal antara 0,52 ºC sampai 15,62 ºC. commit to user Gambar 2.18 Bagian-bagian Evaporator Suhu pipa evaporator dapat diatur dengan menggunakan saklar thermostastik akan memutus kopling magnet sehingga kompresor tidak dapat bekerja. Cara lain untuk mengendalikan pembekuan pada evaporator adalah dengan memasang katup by pass gas panas. Katup tersebut dipasang pada pipa pengeluaran evaporator. Gas panas dari katup by pass tersebut menjadi tersebut menjadi satu dengan refrigeran kemudian masuk dalam kompresor. Dengan adanya gas tersebut suhu evaporator naik sehingga pembekuan dapat dicegah. Selain dengan katup by pass, suhu evaporator dapat dikontrol dengan katup pengatur tekanan. Tekanan dalam evaporator mempengaruhi suhu evaporator. Jika tekanan evaporator naik, maka katup akan membuka dan tekanan yang lebih akan keluar ke saluran masuk kompresor, sebaliknya jika tekanan turun, katup akan menutup. Bentuk dan konstruksi evaporator tidak berbeda dari kondensor, tetapi fungsi kedua-duanya berlainan. Pada kondensor panas, zat pendingin harus dikeluarkan agar terjadi perubahan bentuk zat pendingin dari gas ke cair. Prinsip ini berlaku sebaliknya pada evaporator, zat pendingin cair pada kondensor harus diubah kembali menjadi gas dalam evaporator. Dengan demikian evaporator harus menyerap panas. Agar penyerapan panas ini dapat berlangsung dengan sempurna, pipa-pipa Sirip evaporator Saluran masuk Cairan refrigeran Saluran keluar Cairan refrigeran commit to user evaporator juga diperluas permukaannya dengan memberi kisi-kisi elemen dan kipas listrik blower. Hal ini dilakukan supaya udara dingin juga dapat dihembus ke dalam ruangan. Pada rumah evaporator bagian bawah dibuat saluran atau pipa untuk keluarnya air yang mengumpul di sekitar evaporator akibat udara yang lembab. Air ini juga akan membesihkan kotoran-kotoran yang menempel pada kisi-kisi evaporator, karena kotoran-kotoran ini akan turun bersama air. Ada 3 macam model evaporator yaitu: a. Evaporator Model Plat Fin Rusuk Gambar 2.19 Evaporator model plat fin rusuk b. Evaporator Model Serpentine Fin Gambar 2.20 Evaporator model serpentine fin c. Evaporator Model Drawn Cup Gambar 2.21 Evaporator model drawn cup Plat Plat fin Tube Tube commit to user

6. Selang-selang

Pada sistem AC mobil menggunakan selang berdiameter 58´´ dan 38´´. Pada bagian ujung selang disambung dengan piting untuk menghubungkan ke komponen AC yang lainnya. Selang yang digunakan berupa selang karet dengan bahan dasar NBR Nitrile Butadiene Rubber. Gambar 2.22 Selang

2.3.2 Komponen Elektrik