2.1 Sejarah
Pengkondisian Udara
Awal dari AC (air Conditioner ) sudah dimulai sejak jaman Romawi yaitu
dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga
menurunkan suhu ruangan , tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa
karena biaya membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga
bangunan yang tidak biasa. Hanya para raja dan orang kaya saja yang dapat
membangunnya.
Baru kemudian pada tahun 1820 ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday
Image menemukan cara baru mendinginkan udara dengan menggunakan Gas Amonia dan
pada tahun 1842 seorang dokter menemukan cara mendinginkan ruangan dirumah
sakit Apalachicola yang berada di Florida Ameika Serikat. Dr.Jhon Gorrie Image
adalah yang menemukannya dan ini adalah cikal bakal dari tehnologi AC (air
conditioner) tetapi sayangnya sebelum sempurna beliau sudah meninggal pada
tahun 1855.
Willis
Haviland Carrier Image seorang Insinyur dari New York Amerika menyempurnakan
penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC ini digunakan bukan untuk kepentingan
atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan dan industri
lainnya. Penggunaan AC untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun 1927 dan
pertama dipakai disbuah rumah di Mineapolis, Minnesota. Saat ini AC sudah
digunakan disemua sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di
perkantoran dan perumahan dengan berbagai macam bentuk dari mulai yang besar
hingga yang kecil.semuanya masih berfungsi sama yaitu untuk mendinginkan suhu
ruangan agar orang merasa nyaman.
2.2 Teori
Dasar
Pengkondisian udara adalah pengaturan kondisi udara yang meliputi : Temperatur, kelembaban, Kualitas, dan Sirkulasi. Sistem
pengkondisian udara atau Air conditioning system pada dasarnya adalah bagian
dari sistem refrigerasi. Ada beberapa definisi yang menjelaskan tentang hakekat
dari sistem refrigerasi itu, namun secara umum dapat ditekankan bahwa proses
pada sistem refrigerasi adalah bersifat terus menerus (continue) dan menyangkut
adanya suatu fenomena pemindahan (transport phenomenon) dari kondisi satu ke
kondisi dua dan berlangsung secara siklus / bolak balik.
Siklus Refrigerasi Kompressi Uap
Sistem
refrigerasi yang sangat umum diaplikasikan di lapangan adalah sistem siklus
kompresi uap atau vapor compression cycle atau siklus pemampatan uap. Media
yang digunakan untuk proses ini dinamakan refrigerant. Jenis refrigerant yang
digunakan misalnya adalah jenis R-22, R-134a. Jenis refrigerant ini bersifat
dapat berubah bentuk sesuai dengan tekanannya yaitu menjadi cair / liquid
ataupun menjadi gas pada suatu tekanan tertentu. Saat menjadi gas inilah
refrigerant dimampatkan untuk menciptakan tekanannya yang lebih tinggi yang
akan berdampak pada naiknya temperatur refrigerant.
Secara
skematik, proses refrigerasi nya dapat digambarkan dalam diagram yang dinamakan
diagram Mollier yang menggambarkan kondisi yang terjadi pada setiap tekanan
pada entalpi nya tersebut.
Terlihat
dari gambar skematik, bahwa proses refrigerasi akan mengubah media kerja yaitu
refrigerant dari bentuk cair ke bentuk gas (bergerak ke kanan sejajar dengan
garis entalpi) dan kemudian kembali lagi berubah bentuk dari bentuk gas ke
bentuk cair kembali (bergerak ke kiri sejajar dengan garis entalpi pada tekanan
& temperatur yang lebih tinggi dibandingkan pada saat berubahnya menjadi
gas) sebagai suatu siklus yang berkelanjutan. Pada tekanan yang lebih tinggi,
maka refrigerant akan lebih mudah melepaskan panasnya dan sebaliknya pada
tekanannya yang lebih rendah, maka refrigerant akan lebih mudah menyerap /
menerima panas. Jika refrigerant menyerap panas dari suatu media di sekitarnya
misalnya udara, maka udara yang diserap panasnya itu akan menjadi lebih dingin;
nah ini lah yang biasa disebut dengan proses pendinginan.
Tempat
terjadinya proses perubahan bentuk refrigerant dinamakan heat exchanger sebagai
tempat terjadinya perpindahan panas yaitu saat menerima panas maka heat
exchangernya disebut evaporator dimana refrigerant berubah bentuk dari cair
menjadi gas dan sebaliknya dari bentuk gas menjadi bentuk cair dan heat
exchagernya disebut sebagai condenser.
Sebenarnya komponen utama
dari sistem refrigerasi jenis ini adalah:
1. Compressor
2. Condenser
3. Metering device ( Expansion device atau Katup )
4. Evaporator
Kompresor adalah komponen yang merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Kompresor bekerja menghisap uap refrigeran dari evaporator dan mendorongnya dengan cara kompresi agar mengalir masuk ke kondenser.
(Kompressor)
Kondenser adalah komponen di mana terjadi proses perubahan fasa refrigeran, dari fasa uap
menjadi fasa cair. Dari
proses kondensasi (pengembunan) yang terjadi di dalamnya itulah maka komponen ini mendapatkan namanya. Proses kondensasi akan berlangsung
apabila refrigeran dapat melepaskan kalor yang
dikandungnya. Kalor tersebut dilepaskan dan dibuang ke
lingkungan
(Kondensor)
Metering device ( Expansion device atau Katup ). Piranti ini berfungsi seperti sebuah gerbang
yang mengatur banyaknya refrigeran cair yang boleh mengalir dari kondenser ke evaporator. Oleh sebab itu piranti ini sering juga dinamakan refrigerant flow controller
(Expansion valve)
Evaporator adalah komponen di mana cairan refrigeran yang masuk ke dalamnya akan menguap. Proses penguapan (evaporation) itu
terjadi karena cairan refrigeran menyerap kalor, yaitu yang
merupakan beban refrigerasi siste
(Evaporator)
Pada
prinsipnya proses kerja dari sistem pengkondisian ini adalah menyangkut tentang
PANAS yaitu menambah atau membuang sejumlah panas dari tempat/media yang
dikondisikan dan sekali lagi prosesnya adalah terus - menerus sebagai suatu
siklus.
Jika media yang
dikondisikan adalah udara misalnya untuk proses mendinginkan maka jumlah panas
yang terkandung dalam udara yang dikondisikan akan dikurangi; dalam hal ini
dapat dikatakan bahwa entalpi dari refrigerant pun dikurangi yang berdampak
pada entalpi udara yang berkurang juga dan juga untuk sebaliknya.
Yang
perlu diperhatikan / diingat di sini adalah adanya media yang di dinginkan (misalnya udara atau air) dan
adanya media yang mendinginkan (biasa disebut sebagai refrigerant / primary
refrigerant). Dalam melakukan prosesnya, tentu aja sistem ini sebagai suatu
mesin akan membutuhkan energi. Yang umum digunakan adalah energi listrik.
PRINSIP
DASAR KERJA AC/PENDINGIN
Sebagaimana
disebutkan di atas, kerja AC adalah berupa suatu siklus dengan media kerja yang
biasa disebut sebagai refrigerant yang bersirkulasi membentuk siklus tersebut.
Refrigerant ini bersifat dapat menyerap panas dan juga dapat membuang panas
pada tekanan & temperaturnya masing-masing.
Pada
aplikasi di negara tropis / pendingin, maka Refrigerant menyerap panas di
evaporator sehingga udara/air/media yang dikondisikan dan ada di sekitar
evaporator akan terambil panasnya sehingga menjadi dingin. Panas yang terambil
oleh refrigerant itu dibawa ke evaporator melalui hisapan dan dorongan
kompressor menuju condenser. Di condenser inilah panas yang terhisap itu
dilepaskan karena temperatur refrigerant di condenser ini memang relatif lebih
tinggi dari media di sekitar condenser akibat kerja kompressor yang memang
menaikkan tekanan yang pada akhirnya menaikkan temperatur. Maka, di condenser
ini panas yang terkandung di refrigerant pun terlepas ke udara /media yang ada
di sekitar condenser sehingga kandungan panas dalam refrigerant pun kembali
berkurang dan kembali ke evaporator lagi melalui metering device dan siap
menyerap panas lagi, begitulah seterusnya.
Maka
dapatlah dikatakan bahwa dalam hal ini, AC merupakan mesin pemindah panas yaitu
dari ruangan yang dikondisikan ke ruang yang tidak dikondisikan. Jumlah panas
yang dapat dipindahkan menentukan besarnya kapasitas AC. Hal lain yang dapat
dikatakan di sini adalah mengkondisikan media adalah dengan mengatur jumlah
panas yang terkandung dalam media tersebut yaitu dengan dikurangi atau
ditambah. Misal: untuk mendinginkan udara dalam suatu ruang maka sebagian panas
yang terkandung dalam udara di ruang tersebut di serap dan dibuang ke luar
ruang. Maka udara dalam ruang pun akan menjadi lebih dingin karena ada sejumlah
panas yang sudah "terambil".
Banyaknya
panas yang terambil pada satu satuan waktu biasa disebut sebagai kapasitas
mesin / unit. Misalnya dalam satuan Btu/H yang menunjukkan banyaknya panas yang
diambil atau ditambahkan setiap satu jam lamanya proses pengambilan /
penambahan panas. Sedangkan satuan PK (istilah Belanda) atau HP (Istilah
Inggris/US) yang biasanya digunakan dalam unit pendingin lebih mengekspresikan
tentang kapasitas motor yang digunakan kompressor mesin/unit tersebut untuk
bekerja yang erat hubungannya dengan tenaga listrik yang digunakan.
Secara
sederhana, seringkali diekspresikan bahwa 1 PK atau 1 HP unit pendingin
disetarakan dengan kemampuan unit untuk memindahkan panas sebesar sekitar 9,000
Btu dalam setiap jam-nya. Berarti kalau 3/4 PK, maka jumlah panas yang dapat
dipindahkan adalah sekitar 7,000 Btu untuk setiap jam-nya, dst.
2.3 Perkembangan
Alat
Sudah banyak di dunia ini yang
menggunakan AC agar suhu ruangan, suhu kamar dan suhu dalam rumah agar tetap stabil
dan nyaman untuk tubuh. Maka dari itu berbagai macam jenis AC semakin
berdatangan mulai dari low watt,
inverter sampai berplasma.
AC Low Wattage
Daya
listrik pada AC Low Wattage sebagian besar dikonsumsi oleh kompresor AC.
Teknologi watt kecil menggunakan kompresor yang lebih kecil, sehingga daya
listrik lebih kecil. Dan untuk mencapai kemampuan memindahkan panas yang sama
(mis : 1 pk = 9000 BTU/hour), salah satu diantaranya adalah dengan memperkuat
kipas angin di outdoor unit. Jika volume udara yang ditiup lebih banyak, maka
panas yang dibuang juga lebih banyak.
AC
konvensional 1 pk pada umumnya memerlukan daya 800 – 880 watt. Sharp Sayonara
Panas 3 type AH/AP 9 KHL dengan kapasitas 1 pk hanya 690 watt . Lantas LG
dengan Hercules S09LPBX meng claim paling hemat 670 watt.Sang Market Leader
kategori AC pernah mencoba dengan ALOWA kapasitas ½ pk, tapi kurang mendapat
respons dari pasar. Kini bahkan merk merk dari negara Panda pun (GREE, Chang
Hong) ikut meramaikan pasar AC Low Wattage
Dibandingkan
AC konvensional, type Low Wattage lebih hemat listrik ± 20% dengan catatan, ada
hal-hal yang harus diperhatikan :
Ø Instalasi
pipa AC yang menghubungkan unit indoor dan outdoor < 10 mtr
Ø Selisih
ketinggian antara unit outdoor dan indoor < 3 mtr
Ø Outdoor
lebih berisik
Ø Laju
pendinginan saat pertama dinyalakan lebih lambat
Teknologi
inverter sendiri sudah umum dipakai industri dalam proses produksi dengan
tujuan “lebih cepat, lebih hemat dan lebih akurat” (tapi tentu saja harga lebih
mahal).Kelebihan tersebut juga berlaku pada AC inverter.
AC
inverter menggunakan kompresor dengan arus DC (Direct Current: arus searah),
seperti arus listrik yang dihasilkan oleh batu baterai. Berbeda dengan
kompresor dengan arus AC (Alternating Current: arus bolak balik) yang mempunyai
kecepatan putaran motor yang konstant, motor DC kompresor mempunyai kecepatan
putaran yang dapat diatur oleh seberapa besar arus listrik yang diberikan.
Bayangkan mobil mainan, dengan baterai baru (arus listriknya kuat) akan ngebut,
sementara jika baterainya sudah soak (arus listriknya lemah) jadi pelan.Kata
kunci yang kedua adalah regulasi (pengaturan), yaitu mengatur berapa arus
listrik yang diberikan kepada kompresor.
Parameternya
adalah perbedaan suhu, yaitu antara suhu ruangan yang sebenarnya dan suhu yang
kita inginkan (suhu yang tertera di remote AC). Jika perbedaan suhunya besar,
maka arus yang diberikan juga besar, supaya kompresor bekerja full power.
Bahasa sederhananya, jika kamar belum dingin, ayo dinginkan secepat kamu bisa.
Ini adalah kelebihan pertamanya yakni “Lebih Cepat”.
Setelah
beberapa saat suhu kamar turun (menjadi lebih dingin), sehingga perbedaan
suhunya juga menjadi lebih kecil, maka arus menjadi lebih kecil, supaya
kompresor bekerja slow down. Demikian seterusnya, pada akhirnya kompresor
bekerja setengah hati dengan penggunaan arus listrik yang minimal. Ini
kelebihan kedua “Lebih Hemat”.
AC
konvensional menggunakan thermostat untuk menjaga suhu kamar yang kita
inginkan. Dalam arti, suhu yang di set sudah tercapai, maka kompresor mati.
Setelah beberapa lama kamar menjadi kurang dingin, kompresor menyala kembali.
Pada AC inverter dengan regulasinya, kompresor tidak pernah mati-nyala, suhu
kamar lebih stabil. Kelebihan ketiga “Lebih Akurat”Sehingga dibandingkan AC
konvensional, type AC Inverter lebih hemat listrik ± 60%.
Selain penggunaannya dalam produk customer
appliances, teknologi inverter juga digunakan pada bermacam-macam produk yang
menggunakan motor, seperti lift, robot, power steering listrik dan sepeda
listrik. Selain itu, teknologi ini juga digunakan dalam produk non-motor seperti
perangkat memasak elektromagnetik dan lampu neon.
4.1 Jawab
Tugas dari Modul
1. Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis Freon yang anda
ketahui?
1. Chlorofluorocarbon CFC
2. Amoniak
3. Hidrokarbon (propana, etana, etilene dll)
4. Karbondioksida
5. Udara
6. Air
Amoniak
Kelebihan: murah, COP tinggi sehingga biaya
operasional rendah, sifat termodinamika bagus, mudah dideteksi apabila terjadi
kebocoran, bukan ODS (Ozone Depleting Substance)
Kekurangan: beracun.
Chlorofluorocarbon CFC
Dengan merek dagang Freon, refrigeran jenis
ini adalah yang paling banyak dipakai. Tetapi karena sifatnya yang berupa ODS
maka pemakaiannya di negara-negara maju sudah sangat dibatasi. Jenis-jenis
freon antara lain R-11 (AC dengan kapasitas besar), R-12 (AC dan freezer
dalam rumah tangga), R-22 (heat pump dan AC bangunan komersial dan
industri besar), R-502 (chiller
supermarket) dll. Jenis Freon
yang bukan ODS adalah R-134a.
Hydrocarbons
seperti methane CH4, isobutane C4H10, dan propane C3H8 sering digunakan sebagai
bahan bakar dan biasa dijual dalam kemasan kaleng. Methyl klorida CH3Cl juga
biasa digunakan sebagaimana CH2Cl2.
Air sebagai refrigerant
masih digunakan terus sampai sekarang sebagai media pemindah panas pada sistem
air conditioner yang menggunakan cooling tower yang mana bekerja efektif dimana
kelembaban lingkungan cukup rendah untuk menghasilkan tingkat penguapan yang
bagus. Sistem ini banyak digunakan di Amerika.
Hal-hal yang perlu
diperhatikan dalam pemilihan refrigeran:
1. Temperatur media yang akan didinginkan.
Disini perlu perbedaan
temperatur yang cukup antara media dan refrigeran (yang optimal 5~10°C).
Misal, untuk mendinginkan media pada temperatur -10°C
maka temperatur refrigeran adalah sekitar -20°C.
Hal lain yang perlu
diperhatikan adalah tekanan minimum (tekanan dalam evaporator) dalam sistem
harus sedikit lebih besar dari tekanan atmosfer untuk mencegah masuknya udara
masuk dalam sistem perpipaan. Dengan kata lain refrigeran harus mempunyai
tekanan jenuh sedikit lebih besar dari 1 atm pada -20°C
(dalam contoh di atas).
2. Temperatur media dimana panas dibuang
Temperatur ini akan
menentukan temperatur minimum refrigeran. Misal, untuk refrigerator rumah
tangga maka refrigeran tidak boleh dibawah 40°C
(kondisi Indonesia). Juga tekanan jenuh dari refrigeran di kondenser harus
dibawah tekanan kritisnya.
2. Jelaskan perbedaan AC KOnvensional ( model lama ),
AC Low watt dan AC Inverter
AC Konvensional
AC Konvensional tentu Anda sudah tahu, karena
sejak AC dikeluarkan jenis AC ini sudah ada atau istilahnya “Kakek Buyutnya” AC . Namun
seiring berkembangnya waktu dan adanya kemajuan teknologi, berbagai varian AC
bermunculan diantaranya AC Low Wattage dan AC Inverter.
AC konvensional menggunakan thermostat untuk
menjaga suhu kamar yang kita inginkan. Dalam arti, suhu yang di set sudah
tercapai, maka kompresor mati. Setelah beberapa lama kamar menjadi kurang
dingin, kompresor menyala kembali.
AC Low Watt
Daya listrik pada AC Low Wattage sebagian
besar dikonsumsi oleh kompresor
AC.
Teknologi watt kecil menggunakan kompresor yang lebih kecil, sehingga daya
listrik lebih kecil. Dan untuk mencapai kemampuan memindahkan panas yang sama
(mis : 1 pk = 9000 BTU/hour), salah satu diantaranya adalah dengan memperkuat
kipas angin di outdoor unit. Jika volume udara yang ditiup lebih banyak, maka
panas yang dibuang juga lebih banyak.
Dibandingkan AC konvensional, type Low Wattage lebih
hemat listrik ± 20% dengan catatan, ada hal-hal yang harus diperhatikan :
Instalasi pipa AC yang
menghubungkan unit indoor dan outdoor < 10 mtr
Selisih ketinggian antara
unit outdoor dan indoor < 3 mtr
Outdoor lebih berisik
Laju pendinginan saat
pertama dinyalakan lebih lambat
AC Inverter
Pada
AC inverter dengan regulasinya, kompresor tidak pernah mati-nyala, suhu kamar
lebih stabil. Kelebihan ketiga “Lebih Akurat”Sehingga dibandingkan AC
konvensional, type AC Inverter lebih hemat listrik ± 60%.
Beberapa
keuntungan yang Anda dapatkan daripada AC Inverter:
Waktu yang lebih cepat untuk
mencapai suhu ruangan yang kita inginkan.
"Tarikan" pertama
pada listrik 1/3 lebih rendah dibandingkan AC yang tidak menggunakan teknologi
inverter.
Lebih hemat energi dan uang
karena teknologi ini menggunakan sumber daya yang 30%lebih kecil dibandingkan
AC biasa. Beberapa merk air conditioner bahkan mengklaimdapat menghemat listrik
hingga 60% dibanding AC tanpa inverter. Dapat menghindari beban yang berlebihan pada saat AC
dijalankan.
3. Sebut dan jelaskan jenis-jenis compressor AC yang
ada di pasaran?
Ø Kompresor
Torak
Kompresor
model torak terdiri dari beberapa bentuk gerak torak yakni:
a.tegak lurus c.aksial e.menyudut
b.memanjang d.radial
Untuk
menghisap dan menekan zat pendingin dilakukan oleh gerakan torak di dalam
silinder kompresor.
Ø Kompresor
Rotary
Rotor adalah
bagian yang berputar di dalam stator. Rotor terdiri dari dua baling-baling.
Langkah hisap terjadi saat pintu masuk mulai terbuka dan berakhir setelah pintu
masuk tertutup. Pada waktu pintu masuk sudah tertutup dimulai langkah tekan,
sampai katup pengeluaran membuka, sedangkan pada pintu masuk secara bersamaan
sudah terjadi langkah hisap, demikan seterusnya.
4. Sebut dan jelaskan macam-macam dan jenis heat
exchanger yang anda ketahui
Heat exchanger
merupakan alat penukar panas (kalor). Pengertian dalam hal ini komponen dapat
di fungsikan sebagai pendingin ataupun pemanas, tergantung tinjauan manfaat
yang dimaksudkan.
System penghantaran panas dapat
dilakukan melalui media:
Ø Fluid to fluid heat transfer
Penghantaran sejumlah kalor pada media
fluida ke media fluida lain dimana masing-masing memiliki nilai kalor yang
berbeda. Contoh: plat to plat heat
exchanger dimana masing-masing fluida dipisahkan oleh plat tipis sekaligus
sebagai transfer kalor diantara keduanya.
Ø Air to air heat transfer
Pengahantaran sejumlah kalor pada
media udara ke udara yang mempunyai perbedaan sejumlah kalor.
Contoh : rotary heat exchanger,
sejumlah udara panas berhembus pada sisi separo dari komponen roda besar
yang berputar dimana separo sisi yang lain dialiri oleh udara yang lebih
dingin. Komponen roda yang berputar merupakan media penukar kalor diantara
keduanaya.
Ø Fluid to air heat transfer
Sistem
penghantaran kalor yang dapat berlaku sebaliknya. Contoh: cooling tower, mengunakan media udara segar untuk
mendinginkan sejumlah air lewat hembusan yang bersinggungan lansung dengan
titik-titik air yang dikucurkan dengan maksud memperluas luasan contac
pendinginan.
KESIMPULAN dan SARAN
5.1 Kesimpulan
Siklus refrigerasi adalah siklus kerja yang
mentransfer kalor dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi
dengan menggunakan kerja dari luar sistem. Secara prinsip merupakan kebalikan
dari siklus mesin kalor (heat engine). Dilihat dari tujuannya maka alat
dengan siklus refrigerasi dibagi menjadi dua yaitu refrigerator
yang berfungsi untuk mendinginkan media dan heat pump yang
berfungsi untuk memanaskan media.
Siklus refrigerasi dapat
diklasifikasikan sebagai berikut,
1. Siklus kompresi uap (vapor compression
refrigeration cycle) dimana refrigeran mengalami proses penguapan dan
kondensasi, dan dikompresi dalam fasa uap.
2. Siklus gas (gas refrigeration cycle),
dimana refrigeran tetap dalam kondisi gas.
3. Siklus bertingkat (cascade refrigeration
cycle), dimana merupakan gabungan lebih dari satu siklus refrigerasi.
4. Siklus absorpsi (absorption refrigeration
cylce), dimana refrigeran dilarutkan dalam sebuah cairan sebelum
dikompresi.
5. Siklus termoelektrik (thermoelectric
refrigeration cycle), dimana proses refrigerasi dihasilkan dari mengalirkan
arus listrik melalui 2 buah material yang berbeda.
Kinerja suatu refrigerator
dan heat pump dinilai dari besarnya koefisien kinerja (coefficient of
performance COP) yang didefinisikan sebagai berikut,
Harga COPR dan COPHP
umumnya lebih besar dari satu dimana COPHP = COPR + 1
untuk suatu rentang tekanan kerja yang sama.
Daftar Pustaka
Diktat Termodinamika Lanjut Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Gadjah Mada
Diktat kuliah KONVERSI ENERGI TEKNIK PENDINGIN Oleh : SANTOSO BUDI
