6 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Latar Belakang Pengkondisian udara pada kendaraan mengatur mengenai kelembaban, pemanasan dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara yang efeknya untuk meningkatkan keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem pengkondisian udara pada kendaraan umumnya terdiri dari evaporator, kondensor, receiver dan kadang-kadang dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi satu dalam evaporator housing, seperti terlihat pada gambar berikut : Heatert’ore Charging and Testing Valve Compressor Receiver and Filter Dryer Sight Glass Pressure Switch Evaporator Condensor Dual Pressure Switch Gambar 2.1 Instalasi Pengkondisian Udara Pada Kendaraan [Ref. 2 hal 5]
26
Embed
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Latar Belakangdigilib.unimus.ac.id/.../105/jtptunimus-gdl-nanangwahy-5220-2-bab2.pdf · BAB II LANDASAN TEORI 2.1 ... Siklus carnot secara termodinamika
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Latar Belakang
Pengkondisian udara pada kendaraan mengatur mengenai kelembaban,
pemanasan dan pendinginan udara dalam ruangan. Pengkondisian ini bertujuan
memberikan kenyamanan, sehingga mampu mengurangi keletihan pengendara
yang efeknya untuk meningkatkan keamanan bagi pengendara itu sendiri. Sistem
pengkondisian udara pada kendaraan umumnya terdiri dari evaporator, kondensor,
receiver dan kadang-kadang dilengkapi elemen pemanas yang tergabung menjadi
satu dalam evaporator housing, seperti terlihat pada gambar berikut :
Heatert’ore
Charging and Testing Valve
Compressor Receiver and Filter Dryer
Sight Glass
Pressure Switch
Evaporator
Condensor
Dual Pressure Switch
Gambar 2.1 Instalasi Pengkondisian Udara Pada Kendaraan [Ref. 2 hal 5]
7
2.2 Prinsip Kerja
Prinsip kerja pada kondisi refrigeran dari sistem pengkondisian udara
pada kendaraan, ditunjukan seperti gambar berikut :
Evaporator
Receiver drier
Expansion Valve
Compresor
Condensor
High Pressure Vapor High Pressure Liquid Low Pressure Liquid Low Pressure Vapor
Gambar 2.2 Kondisi Refrigeran di Setiap Komponen [Ref. 2 hal 6]
Refrigeran uap bertekanan rendah dihisap kompresor melalui katup hisap
(suction valve), lalu dikompresi menjadi refrigeran uap bertekanan tinggi dan
dikeluarkan melalui katup buang (discharge valve) menuju kondensor, kalor dari
refrigeran uap akan diserap oleh udara yang dilewatkan pada sirip-sirip
kondensor, sehingga refrigeran berubah fasa menjadi cair namun tetap bertekanan
tinggi. Sebelum memasuki katup ekspansi, refrigeran terlebih dahulu dilewatkan
suatu penyaring (filter drier). Refrigeran cair bertekanan rendah yang keluar dari
katup ekspansi kemudian memasuki evaporator. Disini terjadi penyerapan kalor
dari udara yang dilewatkan pada sirip-sirip evaporator, sehingga refrigeran
8
berubah fasa menjadi refrigeran uap. Selanjutnya memasuki kompresor melalui
sisi hisap, demikian ini berlangsung.
2.3 Komponen Utama
Secara umum terdapat 5 (lima) komponen utama dalam sistem
pengkondisian udara pada kendaraan, seperti terlihat pada gambar berikut :
Pipe
Receiver Dryer
Expannsion Valve Evaporator
CompressorCondensor
Gambar 2.3 Komponen komponen Utama dari Sistem [Ref. 2 hal 7]
2.3.1 Kompresor
Fungsi kompresor adalah meningkatkan tekanan refrigeran agar mampu
mencapai saluran-saluran dan komponen-komponen lainnya.
Kaji eksperimental ini memakai kompresor torak (Reciprocating
Compressor), Pemilihan ini didasarkan kemudahan mendapatkannya dan banyak
dipakai dalam sistem pengkondisian udara pada kendaraan.
Pada kompresor torak terdapat silinder, dimana torak bergerak bolak-balik
didalamnya. Gerakan ini diperoleh dari gerak putar engkol yang digerakan mesin.
9
Saat langkah hisap, torak bergerak ke bawah sehingga terjadi penurunan tekanan
di dalam silinder tepatnya antara puncak torak dengan kepala silinder. Sehingga
katup hisap terbuka dan refrigeran terhisap masuk ke dalam silinder. Pada langkah
torak bergerak ke atas dan memampatkan refrigeran uap, kemudian mendorong
uap refrigeran melalui katup tekan demikian seterusnya siklus ini berlangsung.
Kompresor jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut :
Service Valve Refrigeran Hose
Connections
Refrigeran Hose Connections
Gambar 2.4 Kompresor Torak Silinder
10
2.3.1.1 Kompresor Positif
Pada kompresor jenis ini, refrigeran uap akan dihisap masuk ke silinder
kemudian dikompresikan. Termasuk kompresor jenis ini adalah kompresor torak,
kompresor putar dan kompresor sekrup.[Ref. 1 hal 127]
2.3.1.2 Kompresor non positif
Pada kompresor jenis ini, refrigeran uap yang dihisap masuk dipercepat
alirannya oleh sudu-sudu impeler, kemudian energi kinetiknya dipakai untuk
menaikan tekanan. Termasuk jenis ini adalah kompresor tunggal.
2.3.2 Kondensor
Kondensor berfungsi mencairkan uap refrigeran bertekanan dan
bertemperatur tinggi dari kompresor dengan melepaskan kalor sebanyak kalor
laten pengembunan.
Pada komponen ini, bila beban kalor dibawah rata-rata kemampuan
pengkondisian udara yang dipakai, maka sekitar dua pertiga bagian atas
kondensor akan terdiri dari uap panas refrigeran sedangkan satu per tiga bagian
bawah terdiri dari refrigeran cair. Konstruksi kondensor yang dipakai dalam alat
uji terbuat dari bahan aluminium yang dibuat berbelok-belok dengan dipasangi
sirip-sirip dari aluminium. Komponen ini dapat dilihat seperti pada gambar
berikut [Ref. 1 hal 152-153]
11
Outlet
Aluminium Tabung Inlet
Gambar 2.5 Kondensor Tipe fin and tube [Ref. 1 hal 152]
2.3.3 Evaporator
Evaporator adalah alat penukar kalor di dalam siklus pengkondisian udara
yang berfungsi mendinginkan media disekitarnya.
Evaporator dapat dibagi dalam beberapa golongan sesuai dengan keadaan
refrigeran yang ada didalamnya, seperti jenis ekspansi kering, jenis setengah
basah dan jenis basah.
Evaporator yang dipakai dalam peralatan pengujian adalah jenis pengujian
setengah basah yaitu evaporator yang selalu terdapat refrigeran cair dalam pipa
penguapannya dan biasanya refrigeran dimasukan dari bagian bawah koil
evaporator. Pemilihannya berdasarkan pada kemudahan memperoleh dipasaran
dan banyak dipakai dalam pengkondisian udara dalam kendaraan. [Ref. 1 hal 159]
Evaporator ini dapat dilihat pada gambar berikut :
12
Fins
Inlet
Aluminium Tabung
Gambar 2.6 Evaporator fin and tube [Ref. 1 hal 159]
2.3.4 Receiver drier
Komponen ini dipasang pada saluran cair bertekanan tinggi antara
kondensor dan katup ekspansi. Berfungsi untuk menyerap kelembaban, menyaring
material asing yang ikut bersikulasi dalam sistem dan menampung kelebihan
refrigeran.
Konstruksinya berupa tabung besi atau aluminium yang dilas pada bagian
atas dan bawah permukaannya. Didalamnya terdapat zat pengering (desiccan)
yang berguna menyerap dan menghilangkan uap air yang ada di dalam refrigeran.
Secara umum zat ini terbuat dari silica gel. Pada bagian atas receiver terdapat
kaca penduga (sight glass) yang berguna untuk memeriksa tingkat dan kondisi
dari pengisian refrigeran. [Ref. 1 hal 119-123]
13
s
IN
s
Gambar 2.7 Reciever drier dan bagian
2.4 Refrigeran
Refrigeran adalah substansi yang dipakai
udara, Refrigeran yang akan dibicarakan disini
refrigeran yang dipakai dalam sistem, bukan refr
sebagai media pada perpindahan panas dari obyek p
Persyaratan refrigeran ideal antara lain : [Ref. 1 hal
1. Tekanan penguapan harus cukup tinggi
Sebaiknya refrigeran memiliki tempertur peng
tinggi, sehingga dapat dihindari kemungki
evaporator dan turunnya efesiensi volumetric
kompresi.
Tampak Ata
Drier
Filter Pad
nya [Ref. 8 hal 119]
dalam sistem pengkondisian
adalah refrigeran primer yaitu
igeran sekunder yang berperan
endinginan.
118-119]
uapan pada tekanan yang lebih
nan terjadinya vakum pada
karena naiknya perbandingan
14
2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi
Apabila tekanan pengembunan rendah, maka perbandingan kompresinya
menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat
dihindarkan.
Selain itu, dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat lebih aman
karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan
sebagainya.
3. Kalor laten penguapan harus tinggi
Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih
menguntungkan karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran
yang bersikulasi lebih kecil.
4. Volume spesifik (terutama dalam fasa gas) yang cukup kecil
Refrigerasi yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih
menguntungkan karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran
yang bersikulasi lebih kecil.
5. Koefisien prestasi harus tinggi
6. Konduktivitas termal yang tinggi
Sifat ini mempengaruhi kinerja penukar kalor (evaporator dan kondensor).
Refrigeran dengan konduktivitas termal tinggi, lebih diinginkan dalam suatu
refrigerasi. Oleh karena dapat menghasilkan kinerja penukar kalor yang baik
(pada beda temperatur yang kecil antara penukar kalor (refrigeran) dan
lingkungan, mampu menghasilkan laju perpindahan panas yang besar.
7. Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas
15
8. Refrigeran dengan viskositas rendah lebih baik dalam sistem refrigerasi,
karena dalam alirannya refrigeran akan mengalami tahanan yang kecil. Hal
tersebut akan memperkecil rugi aliran dalam pipa.
9. Refrigeran tidak beracun dan berbau merangsang
10. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah didapat
2.4.1 Refrigeran halokarbon
Refrigeran jenis ini tersusun dari campuran satu atau lebih atom halogen
seperti fluorine, chlorine, iodine dan bromine. Beberapa refrigeran yang termasuk
kelompok ini adalah : [Ref. 2 hal 15]
Tabel 2.1 Methane series
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
11
12
13
22
23
32
Trichlorofluoromethane
Dichlorodifluoromethane
Chlorotrifluoromethane
Chlorotrifluoromethane
Trifluoromethane
Difluoromethane
CCl3F
CCl2F2
CClF3
CHClF2
CHF3
CH2F2
16
Tabel 2.2 Ethane series
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
113
114
125
134a
141b
142b
152a
1,1,2-trichlorofluoromethane
1,2-dichlorodifluoromethane
Pentafluoroethane
1,1,1,2- tetrafluoroethane
1,1-dichloro-1-fluoroethane
1-chloro-1,1-difluoroethane
1,1-difluoroethane
CCl2FCClF2
CClF2CClF2
CHF2CF3
CH2FCF2
CH3CClF
CH3CClF2
CH3CHF2
Tabel 2.3 Azetropic blend
Penomoran Komposisi Rumus kimia
500
502
503
504
26,2 % R-152a dan 73,8 % R-
12
51,2 % R-115 dan 48,8 % R-22
40,1 % R-23 dan 59,9 % R-13
48,2 % R-32 dan 51,8 % R-115
CCl2F2/CH3CHF2
CHCl2F2/CCF2CF3
CHF3/CClF3
CH2F2/CF3CClF2
17
Tabel 2.4 Aspek Lingkungan
Deskripsi R-12 R-134a
Bahan alami Tidak Tidak
Global Warming Potensial (GWP) 4500 4200
Ozon Depleting substansce (ODS) 1,0 0
Atmosphere Life Time 130 <1
2.4.2 Refrigeran anorganik
Refrigeran ini banyak dipakai awal perkembangan pengkondisian udara,
yang termasuk senyawa ini antara lain [Ref. 5 hal 279]
Tabel 2.5 Refrigeran anorganik
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
717
718
729
744
764
Ammonia
Water stream
Air
Carbon dioxide
Sulfur Dioxide
NH3
H2O
H2O
CO2
SO2
18
2.4.3 Refrigeran hidrokarbon
Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrigeran,
khususnya dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia. Termasuk dalam
kelompok, dapat dilihat table berikut : [Ref. 2 hal 17]
Tabel 2.6 Refrigeran hidrokarbon
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
50 Methane CH4
170 Ethane C2H6
290 Propane C3H8
600 n-butane CH3CH2CH2CH3
600a Isobutane CH(CH3)3
1150 Ethylene CH2=CH2
1270 Propylene CH3CH=CH2
19
2.5 Analisa Sistem Kompresi Uap
2.5.1 Siklus Carnot
Siklus carnot secara termodinamika bersifat reversible secara skema siklus
mesin kalor Carnot diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut ini :
1 4
3
2
Kerja
Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah
TurbinKompresor
Kalor dari sumber bersuhu tinggi
1 4
2
Entropi (Kj/kg K)
Kerja bersih
3Suhu ( 0 K)
Gambar 2.8 Skema Mesin Carnot [Ref. 5 hal 178]
Mesin Carnot menerima energi kalor pada suhu tinggi merubah sebagian
menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada suhu yang
lebih rendah. Siklus refrigerasi Carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin
20
Carnot. Karena siklus refrigerasi menyalurkan energi dari suhu rendah menuju
suhu yang lebih tinggi siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk
mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi suhu dari siklus
refrigerasi diperlihatkan pada gambar 2.9 berikut ini :