MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005

ISSN 1411-4348

55

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.

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

Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi

Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62

56

.

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

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

MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005

ISSN 1411-4348

57

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.

Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi

Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62

58

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

( )12 hhmW refin −⋅= && .......................[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

( )32 hhmQ refout −⋅= && ......................[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

34 hh = ............................................[3]

Proses 4-1 merupakan penambahan

kalor reversibel pada tekanan tetap, yang

menyebabkan penguapan menuju uap

jenuh. Kapasitas laju aliran kalor evaporasi

dirumuskan

( )41 hhmQ refin −⋅= && .......................[4]

Istilah prestasi di dalam siklus

refrigerasi disebut dengan koefisien

prestasi atau COP yang didefinisikan

sebagai :

COP = in

in

W

Q

&

&

=12

41

hh

hh

−

−.....................[5]

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]

refm& = 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

MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005

ISSN 1411-4348

59

j. Pompa Vakum

Berfungsi untuk mengisikan refrigeran

ke dalam sistem mesin pendingin

k. Refrigeran 134a

Alat Ukur

a. Termokopel

b. Pengukur tekanan (pressure gauge)

c. Manometer air raksa

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

Instalasi Penelitian

Gambar 5. Susunan perangkat penelitian

Gambar 6. Rancangan instalasi pengujian dan kabin

Katup ekspansi

P1 , T1

P2 , T2

P3 , T3

P5 , T5

P4 , T4

KONDENSOR

EVAPORATOR

ORIFICE

DRYER

udara

blower

Kipas

Udara dingin

Kerja Kompresor

T6

Cabin

Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi

Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62

60

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

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).

MEDIA MESIN Volume 6 No.2 Juli 2005

ISSN 1411-4348

61

10500

11500

12500

13500

14500

15500

16500

17500

18500

19500

20500

21500

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

Putaran (Rpm)

Wko

mp

reso

r (B

tu/h

r)

pagi hari

(Pukul 10.00 WIB)

siang hari

(Pukul 11.45 WIB)

sore hari

(Pukul 13.45 WIB)

SAE

COOPERATIVE

RESEARCH

2003

Gambar 7. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan kerja kompresor

2.9

3.4

3.9

4.4

4.9

5.4

5.9

6.4

6.9

7.4

7.9

8.4

8.9

9.4

9.9

700 900 1100 1300 1500

Putaran (Rpm)

CO

P

Pagi hari

(Pukul 10.00 WIB)

siang hari

(Pukul 11.45 WIB)

sore hari

(Pukul 13.45 WIB)

SAE

COOPERATIVE

RESEARCH, 2003

Gambar 8. Hubungan kecepatan putar poros kompresor dengan koefisien prestasi

Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompressor terhadap Prestasi

Kerja Mesin Pendingi AC oleh Marwan Effendy ~ hal 55-62

62

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.