Studi Eksperimental Performansi Mesin Pendingin (AC Split) 1 PK dengan Penambahan Alat Akumulator Menggunakan Refrigeran MC-22
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem Pengkondisian Udara/AC
Sistem Pengkondisian udara atau yang lebih dikenal dengan Sistem
pendingin adalah suatu proses dimana mengkondisikan udara suatu ruangan
sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang
dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Prinsip dari
Sistem pendingin didasarkan atas kenyataan bahwa suatu zat cair dapat diuapkan
pada suhu berapa saja yang diinginkan, dengan cara mengubah tekanan di
permukaan zat cair tersebut[1]. Sebagai contoh jika kita memanaskan air di pantai
(tekanan tinggi) dan di puncak gunung (tekanan rendah), kita akan mendapatkan
kenyataan bahwa air yang kita masak di pantai akan lebih lambat mendidih
(100˚C) dibandingkan dengan yang di puncak gunung (85 ˚C). Berarti semakin
rendah tekanan yang diberlakukan terhadap zat cair maka akan semakin cepat
menguap.
Berdasarkan sifat fisika, bahwa suatu fluida jika mengalami perubahan fasa,
maka fluida itu akan menyerap atau melepaskan sejumlah kalor sebesar kalor
latennya. Dalam proses penguapan suatu fluida, kalor laten penguapannya dapat
diambil dari fluida itu sendiri atau dari sumber panas disekitarnya. Bila kalor laten
penguapannya diambil dari fluida itu sendiri yaitu dengan cara menurunkan
tekanannya, maka suhu fluida itu akan turun. Jika diambil dari medium
sekitarnya, maka akan terjadi perpindahan panas dari medium sekitarnya ke fluida
tersebut, sehingga suhu sekitarnya menjadi turun.
Agar dalam proses pendingin suatu medium dapat berlangsung, maka
diperlukan fluida yang dapat menguap pada suhu relatif rendah dan pada tekanan
yang relatif tinggi. Fluida yang digunakan disebut refrigeran. Berdasarkan sifatsifat fisika zat cair di atas, uap refrigeran dapat diembunkan kembali pada
temperatur berapa saja dengan menggunakan tekanan dari uap tersebut. Selain
mengatur tekanan juga dibutuhkan medium lain untuk menerima kalor laten yang
dikeluarkan selama kondensasi. Medium yang biasa digunakan adalah air atau
Universitas Sumatera Utara
udara. Untuk mengatasi hal ini, maka dibuat suatu sistem pendingin dengan
menggunakan beberapa komponen yang dapat mensirkulasi refrigeran.
2.2. Komponen Sistem Pendingin Ruangan
Sistem pendingin terdiri dari beberapa komponen yang masing-masing
dihubungkan dengan menggunakan pipa-pipa tembaga atau selang pada akhirnya
merupakan sebuah sistem yang bekerja secara serempak (simultan).
Komponen-komponen sistem pendingin yang digunakan adalah sebagai
berikut :
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Kompresor
Kondensor
Flow Control
Evaporator
Refrigeran
Fan Motor
2.2.1. Kompresor
Kompresor merupakan jantung dari sistem pendingin ruangan dan
refrigerasi (Gambar 2.1). Sebagaimana jantung pada tubuh manusia yang
memompa darah keseluruh tubuh. Kompresor menekan bahan pendingin kesemua bagian dari sistem. Pada sistem pendingin kompresor bekerja membuat
perbedaan tekanan, sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu bagian kebagian lain dari sistem. Karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan
tinggi dan sisi tekanan rendah, maka bahan pendingin cair dapat mengalir melalui
alat pengatur bahan pendingin (pipa kapiler) ke evaporator.
Adapun fungsi dari kompresor adalah:
1. Mensirkulasi bahan pendingin (refrigerant).
2. Mempertinggi tekanan agar bahan pendingin (refrigerant) dapat
berkondensi pada kondisi ruangan.
3. Mempertahankan tekanan yang konstan pada evaporator.
4. Untuk menghisap gas tekanan rendah dan suhu rendah dari evaporator dan
kemudian menekan gas tesebut, sehingga menjadi gas dengan tekanan dan
suhu tinggi lalu dialirkan ke kondensor.
Universitas Sumatera Utara
5. Menciptakan perbedaan antara daerah sisi tekanan tinggi dan daerah sisi
tekanan rendah.
Pada kompresor motor daya kemampuan tenaga yang dihasilkan dinyatakan
dalam daya kuda disebut dengan horse power (hp) dalam satuan watt. Adapun
efisiensi tenaga energi yang dihasilkan kompresor, sebanding dengan kapasitas
pendingin dan daya kompresor atau disebut Energy Efficienscy Ratio (EER).
Gambar 2.1 Kompresor [3]
2.2.2. Kondensor
Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk membuang udara panas
dari AC/referigerator pada temperatur dan tekanan tinggi, sehingga digunakan
untuk mencairkan uap /refrigran dan membuang udara panas keluar (Gambar 2.2).
Kondensor akan merubah uap refrigeran tekanan tinggi tersebut menjadi cairan
tekanan tinggi dan adanya medium pendingin pada kondensor (udara maupun air).
Jadi panas dari ruangan dan panas dari kompresor akan diserap medium
pendingin.
Kondensor dibagi tiga macam tergantung dari media yang mendinginkannya.
a. Kondensor dengan pendingin udara (air cooled)
b.
Kondensor dengan pendingin air (water cooled)
c.
Kondensor dengan pendingin campuran udara dan air (evaporative)
Kondensor dengan pendingin udara biasanya dibuat oleh pabrik agar suhu
kondensasinya berkisar antara 30 - 50°C di atas suhu udara sekitar, melepaskan
panas yang diserap refrigeran di evaporator dan panas yang terjadi selama panas
kompresor, yang lazimnya dirumuskan sebagai berikut:
Qc = Qo + Wt........................................................ (2.1)
Qc = Panas yang dilepaskan kondensor
Universitas Sumatera Utara
Qo = Panas yang diserap evaporator
Wt = Panas proses kompresor
Gambar 2.2 Kondensor [4]
2.2.3. Flow Control / Katup Ekspansi
Setelah refrigeran terkondensasi di kondensor, refrigeran cair tersebut
masuk ke-katup ekspansi yang mengontrol jumlah refrigeran yang masuk ke
evaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi salah satunya adalah pipa kapiler
(Gambar 2.3).
Pipa kapiler dibuat dari pipa tembaga dengan lubang dalam yang sangat
kecil. Panjang dan lubang pipa kapiler dapat mengontrol jumlah bahan pendingin
yang mengalir ke evaporator.
Pipa kapiler gunanya untuk:
a. Menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir didalamnya
b. Mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir melaluinya
c. Membangkitkan tekanan bahan pendingin dikondensor.
Sistem yang memakai pipa kapiler berbeda dengan yang memakai keran
ekspansi atau keran pelampung. Pipa kapiler tidak dapat menahan atau
menghentikan aliran bahan pendingin pada waktu kompresor sedang bekerja
maupun pada saat kompresor sedang berhenti waktu kompresor dihentikan,
refrigeran yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya
berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigeran
mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler.
Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa
kapiler dipasang saringan yang disebut strainer. Ukuran diameter dan panjang
pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigeran cair harus menguap pada
Universitas Sumatera Utara
akhir evaporator. Jumlah refrigeran yang berada dalam sistem juga menentukan
sejauh mana refrigeran di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisian
refrigeran harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator. Bila
pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila
pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigeran cair akan masuk ke
kompresor yang akan
mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa
kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.
Gambar 2.3. Pipa kapiler [4]
2.2.4. Evaporator
Evaporator merupakan alat penyerap panas dari udara atau benda dan
mendinginkan media sekitarnya (Gambar 2.4). Penyerapan kalor ini menyebabkan
refrigeran mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap.
Panas yang dipindahkan berupa :
1. Panas sensibel (perubahan temperatur) temperatur refrigeran yang memasuki
evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh
penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan,
temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus juga dinaikkan untuk
mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor)
2. Panas laten (perubahan wujud)
Perpindahan panas terjadi penguapan refrigeran, untuk terjadinya
perubahan wujud diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut
adalah dari cair menjadi uap atau menguap (evaporasi). Refrigeran akan menyerap
panas dari ruang sekelilingnya. Adanya proses perpindahan panas pada evaporator
dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap.
Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap
panas dalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan
temperatur evaporator (evaporator temperature difference). Perbedaan tempertur
Universitas Sumatera Utara
evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenis evaporator (evaporator
saturation temperature) dengan temperatur substansi/benda yang didinginkan.
Kemampuan memindahkan panas dan konstruksi evaporator (ketebalan,
panjang dan sirip) akan sangat mempengaruhi kapaistas evaporator.
Gambar 2.4 Evaporator [4]
2.2.5 Refrigrant (Musicool 22)
Refrigran adalah zat pembawa kalor selama sirkulasinya dan akan
menyerap kalor pada tekanan dan suhu yang rendah pada evaporator dan
kemudian dimanfaatkan oleh kompresor menjadi tekanan dan suhu tinggi
untuk selanjutnya
melalui
kondensor
akan
dibuang
panasnya
dan
tekanannya diturunkan. Banyak zat yang digunakan sebagai refrigerant antara
lain Ammonia, Metyl chloride, R-12, R-22, R-134a, MC22 dan lain-lain.
Musicool adalah refrigerant hidrokarbon yang ramah lingkungan. Banyak
jenis refrigeran yang merupakan bahan perusak ozon dan dapat menimbulkan efek
rumah kaca. Musicool 22 biasa digunakan untuk AC Window,AC Split dan
sejenisnya.
10 Keuntungan menggunakan Musicool 22 :
a. Tidak memerlukan penggantian komponen
b. Tidak memerlukan penggantian oli / pelumas
c. Jumlah pengisian media pendingin hanya 30% dari jumlah media
pendingin CFC maupun HFC
d. Menurunkan aliran listrik rata-rata 18 - 23%
e. Menambah umur pemakaian kompresor
f. Pencapaian temperatur dingin lebih cepat
Universitas Sumatera Utara
g. Momen torque terhadap motor listrik penggerak kompresor menjadi turun
h. Pada kompresor 1 phase, saat dilakukan penyalaan tidak memerlukan
bantuan "starting kapasitor"
i. Tidak merusak lapisan ozon
j. Tidak meningkatkan pemanasan global
Petunjuk Pemakaian :
a. Zat pendingin Hidrokarbon musicool MC-22 dapat digunakan untuk berbagai
peralatan pendingin yang sebelumnya menggunakan HCFC R-22
b. Musicool MC-22 memiliki kesesuaian dengan oli yang ada dalam komRresor
c. Sebaiknya tabung M SICOOL digoyang-goyangkan sebelum digunakan
untuk mendapatkan campuran yang baik
d. Pengisian ke dalam peralatan pendingin hanya diperlukan maksimum 30%
dari berat pengisian oleh HCFC R-22. Pengisian yang berlebih akan
mengakibatkan pendiginan tidak optimal
Gambar 2.5 Tabung Musicool MC-22
Sifat-sifat yang dikehendaki dari suatu refrigerant :
a. Kalor laten penguapan harus tinggi.
b.
Tekanan pengembunannya
rendah, sebab refrigeran dengan
tekanan kondensasi tinggi memerlukan kompresor yang besar.
c. Tekanan penguapannya lebih tinggi dari tekanan atmosfir, sehingga
bila terjadi kebocoran udara luar tidak dapat masuk ke dalam system.
d. Stabil, tidak bereaksi dengan material yang digunakan, tidak korosif.
e. Tidak boleh beracun dan berbau.
f. Mudah didapat dan harganya murah.
Universitas Sumatera Utara
Untuk setiap mesin pendingin refrigeran yang digunakan berbeda-beda
tergantung
kapasitas/penggunaannya, jenis kompresor
dan lain-lainnya.
Kadang- kadang satu tipe refrigeran cocok untuk beberapa penggunaan.
2.2.6
Fan Motor
Fan motor berfungsi untuk memutar daun kipas dan blower. Selain
itu fan juga berfungsi untuk menghembuskan udara baik udara segar atau udara
yang di kondisikan kedalam ruangan dan menghembuskan udara panas keluar.
Ada beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi ruangan, yaitu:
a. suhu / temperatur
b.
kelembaban udara
c. distribusi udara / kecepatan gerak udara
d. kebersihan udara.
Gambar.2.6. Fan Motor [4]
2.3 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan
Kompresor AC yang ada pada sistem pendingin digunakan sebagai alat
untuk memampatkan fluida (refrigran), jadi refrigeran yang masuk ke dalam
kompresor AC dialirkan ke kondensor yang kemudian dimampatkan di
kondensor. Di bagian kondensor ini refrigeran yang dimampatkan akan berubah
dari fase uap menjadi fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor
penguapan yang terkandung di dalam refrigeran. Adapun besarnya kalor yang
dilepaskan oleh kondensor adalah jumlah dari energi kompresor yang diperlukan
dan energi kalor yang diambil evporator dari substansi yang akan didinginkan.
Pada kondensor tekanan refrigeran yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif
Universitas Sumatera Utara
jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigeran yang berada pada pipapipa evaporator.
Prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni
udara didinginkan oleh refrigeran/pendingin (freon), lalu freon ditekan
menggunakan kompresor sampai tekanan tertentu dansuhunya naik, kemudian
didinginkan oleh udara lingkungan sehingga mencair. Proses tersebut berjalan
berulang-ulang sehingga menjadi suatu siklus yang disebut siklus pendinginan
pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor
ini ke luar ruangan. Prinsip kerja mesin pendingin ruangan ditunjukkan pada
Gambar 2.7.
ACCUMULATOR
Gambar 2.7 Prinsip kerja mesin pendingin ruangan [4]
2.3.1. Jenis-jenis Pendingin Ruangan
Ada da banyak tipe mesin AC, namun secara garis besar dapat kita bagi
sebagai berikut:
1.
AC Window
Pada AC jenis window, semua jenis komponen AC seperti filter udara,
evaporator, blower, kompresor, kondensor, refrigeran filter, ekspansion valve dan
control unit terpasang pada satu base plate, kemudian base plate beserta semua
komponen AC tersebut dimasukkan kedalam kotak plate sehingga menjadi satu
Universitas Sumatera Utara
unit (Gambar 2.7). Biasanya dipilih karena pertimbangan keterbatasan ruangan,
seperti pada rumah susun.
Kelebihan AC window:
a) Pemasangan pertama maupun pembongkaran kemabali apabila
dipindahkan mudah dipasang.
b) Pemeliharan/perawatan mudah
c) Harga murah
Kekurangan AC window:
a) Karena semua komponen AC terpasang pada base plate yang
posisinya dekat dengan ruangan yang didinginkan, maka cenderung
menimbukan suara berisik
b) Tidak semua ruangan dapat dipasang AC window, karena AC window
harus dipasang dengan cara bagian kondensor menghadap tempat
terbuka supaya udara panas dapat di buang ke ruang bebas.
Gambar 2.8 AC window [5]
2.
AC Split
Pada AC jenis split komponen AC dibagi menjadi dua unit indoor yang
terdiri dari filter udara, evaporator dan evaporator blower, ekspansion valve dan
control unit, serta unit outdoor yang terdiri dari kompresor, kondensor, kondensor
blower dan refrigeran filter. Selanjutnya antara unit indor dengan unit
dihubungkan dengan 2 buah saluran refrigeran, satu buah untuk menghubungkan
evaporator dengan kompresor dan satu buah untuk menghubungkan refrigeran
filter dengan ekspansion velve serta kabel power untuk memasok arus listrik
untuk kompresor dan kondensor blower. AC split cocok untuk ruangan yang
membutuhkan kenyamanan, seperti ruang tidur, ruang kerja atau perpustakaan.
Kelebihan AC split:
a) Bisa dipasang pada ruangan yang tidak berhubungan dengan udara luar.
Universitas Sumatera Utara
b) Suara di dalam ruangan tidak berisik.
Kekurangan AC split:
a) Pemasangan pertama maupun pembongkaran apabila akan dipindakan
membutuhkan tenaga terlatih.
b) Harganya lebih mahal.
Tipe terpisah ini dapat berupa tipe split tunggal (single split unit cassette
unit luar ruang melayani satu unit dalam ruang) dan dapat berupa tipe split ganda
(multi split type, cassette unit luar ruang melayani beberapa unit dalam ruang).
Selain itu, berdasarkan pemasangannya, tipe terpisah ini masih dapat dibagi lagi
menjadi:
a. Tipe langit-langit/dinding (ceiling/wall type) indoor unit dipasang di dinding
bagian atas (Gambar 2.9).
Gambar 2.9 Wall type [5]
b. AC Standing
Tipe lantai (floor type) indoor unit diletakkan di lantai (Gambar 2.9). Tipe
lantai ada yang berbentuk seperti almari, ada juga yang sebenarnya sama dengan
tipe langit-langit tetapi dipasang di lantai. Jenis AC ini cocok digunakan untuk
kegiatan-kegiatan situasional dan mobil karena fungsinya yang mudah
dipindahkan.
Gambar 2.10 Floor type [5]
Universitas Sumatera Utara
c. Tipe kaset (cassette type) indoor unit dipasang di langit-langit, menghadap
ke bawah (Gambar 2.10).
Gambar 2.11 Cassette type [5]
3. AC Sentral
Pada AC jenis udara dari ruangan didinginkan pada cooling plant di luar
ruangan tersebut, kemudian udara yang telah dingin dialirkan kembali kedalam
ruangan tersebut. Biasanya cocok untuk dipasang di sebuah gedung bertingkat
(berlantai banyak), seperti hotel atau mall.
Kelebihan AC sentral:
a) Suara di dalam ruangan tidak berisik sama sekali
b) Estetika ruangan terjaga, karena tidak ada unit indoor
Kekurangan AC sentral:
a) Perencanaan, instalasi, dan pemeliharaan membutuhkan tenaga ahli
b) Apabila terjadi kerusakan pada waktu beroperasi maka akan terasa pada
seluruh ruangan
c) Pengaturan temperatur hanya dapat dilakukan pada sentral cooling plant
d) Biaya investasi awal serta biaya operasi dan pemeliharaan mahal.
AC sentral melibatkan sistem jaringan distribusi udara (ducting) untuk
mencatu udara sejuk ke dalam ruang dan mengambil kembali untuk diolah
kembali. Lubang tempat udara dari sistem AC yang masuk ke dalam ruangan
disebut difuser (diffucer), sedangkan lubang tempat udara kembali dari dalam
ruangan ke jaringan yang disebut gril (grill).
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Termodinamika Sistem Refrigerasi
Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu
benda/ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih
rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi,
panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan. [6]
Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas
dan perpindahan panas. Siklus refrigrasi memperlihatkan apa yang terjadi atas
panas setelah dikeluarkan dari udara oleh refrigeran di dalam koil (evaporator).
Siklus ini didasari oleh dua prinsip, yaitu:
a. Saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka refrigeran cair itu
mengambil atau menyerap sejumlah panas.
b. Titik didih suatu cairan dapat diubah dengan jalan mengubah tekanan
yang bekerja padanya. Hal ini sama artinya bahwa temperatur suatu
cairan dapat ditingkatkan dengan jalan menaikkan tekanannya, begitu
juga sebaliknya.
Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:
1.
Sistem refrigerasi mekanik
Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau alat
mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem
refrigerasi mekanik diantaranya adalah:
a. Siklus kompresi uap (SKU)
b. Refrigerasi
c. Refrigerasi ultra rendah/ kriogenik
d. Siklus sterling
2.
Sistem refrigerasi non-mekanik
Berbeda dengan sistem mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin
penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya, yang termasuk dalam
sistem refrigerasi non-mekanik diantaranya adalah:
a. Refrigerasi termoelektrik
b. Refrigerasi siklus absorbsi
c. Refrigerasi steam jet
d. Refrigerasi magnetik
Universitas Sumatera Utara
e. Heat pipe
2.4.1. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refrigerasi, yang paling umum
digunakan adalah refrigerasi dengan kompresi uap (Gambar 2.12). Komponen
utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, dan katup
ekspansi. Berikut adalah sistem konvensional siklus kompresi uap.
Kondensor
Sisi Tekanan
Tinggi
Alat Ekspansi
Kompresor
Sisi Tekanan
Rendah
Evaporator
Gambar 2.12 Sistem refrigerasi kompresi uap [4]
Qout
Win
Qin
Gambar 2.13 Diagram P – h siklus kompresi uap [4]
Universitas Sumatera Utara
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap saperti pada gambar
diatas adalah sebagai berikut:
a. Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik.
Kondisi awal refrigeran pada saat masuk kompresor adalah uap jenuh bertekanan
rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan
tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur keluar
kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigerant
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Wc = h2– h1 ......................................................... (2.2)
Dimana;
Wc = Besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1 = Entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 = Entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b. Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan
tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang
kalor sehingga fasanya berubah jadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam
kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya
(udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang
menyababkan uap refrigeran mengembun menjadi cair. Besar panas per-satuan
massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:
Qc = h2 – h3 ......................................................... (2.3)
Dimana :
Qc = Besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)
h2 = Entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = Entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
Universitas Sumatera Utara
c. Proses ekspansi (3-4)
Proses ekspansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak
terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur.
Dapat dituliskan dengan:
H3 = h4 ................................................................. (2.4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa
kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan
menurunkan tekanan.
d. Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan,
temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap
oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa
menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator
sebenarnya adalah campuran cair dan uap.
Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:
Qe = h1 – h4 ......................................................... (2.5)
Dimana :
Qe = Besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)
h1 = Entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
h4 = Entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan
bersirkulasi lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
Untuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel
sifat refrigeran.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2. Siklus Kompresi Uap Aktual
Pada kenyataannya siklus kompersi uap mengalami penyimpangan dari
kompresi uap standar (Gambar 2.14). Perbedaan penting siklus kompresi siklus
uap aktual dari siklus standar adalah :
a. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator.
b. Adanya proses dibawah dingin cairan yang meninggalkan kondensor
sebelum memasuki katup ekspansi.
c. Pendinginan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki
kompresor.
d. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak
isentropik).
e. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.
Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi proses
ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah
analisis secara teoritik.
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap aktual dan siklus standar [4]
Universitas Sumatera Utara
2.4.3 Siklus Kompresi Uap Standar dan Modifikasi
Siklus kompresi uap AC standar dan modifikasi dengan penambahan alat
akumulator. Alat akumulator berfungsi untuk memisahkan antara refrigeran cair
dengan gas, pemisahan ini bertujuan agar refrigeran yang masuk ke kompresor
seluruhnya fasa gas karena fungsi kompresor disini untuk mengkompresikan gas
bukan cairan. Dengan modifikasi ini akan meringankan kerja kompresor karena
yang dikompresikan kompresor gas seluruhnya.
Untuk lebih mempermudah pemahaman tentang efek yang dihasilkan
setelah modifikasi dengan penambahan alat akumulator bisa dilihat pada gambar
dibawah.
Kondensor
Sisi Tekanan
Tinggi
Alat Ekspansi
Kompresor
Akumulator
Sisi Tekanan
Rendah
Evaporator
Gambar 2.15 Sistem refrigerasi kompresi uap setelah modifikasi
pc
pe
h3=h4
h1
h1a h2 h2a
Standar
Modifikasi
Gambar 2.16 Siklus kompresi uap standar dan modifikasi
Universitas Sumatera Utara
2.5 Akumulator
Refrigeran gas dari Evaporator yg bercampur dengan refrigeran cair dan
juga pelumas yg terbawa sirkulasi dalam sistem masuk ke inlet akumulator. Pada
saat masuk ke akumulator kecepatan aliran refrigeran turun dengan tiba-tiba
sehingga pelumas dan refrigeran cair yg berat jenisnya lebih besar dari refrigeran
dalam bentuk gas akan turun ke bagian bawah akumulator. Sementara refrigeran
dalam bentuk gas akan langsung masuk ke bagian pipa outlet Accumulator.
Didalam akumulator antara pipa masuk dan pipa keluar tidak tersambung
melainkan terpisah oleh suatu ruangan, yang mana ini memungkinkan terpisahnya
cairan dengan gas refrigeran. Hal ini terjadi karena cairan memiliki berat jenis
yang lebih besar sehingga hanya yang berupa gas saja yang mampu terhisap oleh
kompresor sedangkan cairan akan mengendap dibagian bawah dari accumulator
sampai terjadi peningkatan temperatur dalam tabung tersebut sehingga ia mampu
menguap menjadi gas.
Pipa keluar dari akumulator dibuat berputar 180 derajat yaitu masuk dari
bagian atas kemudian pipa dilengkung ke bagian bawah Accumulator dan keluar
dari
bagian
atas
(baik
langsung
vertical
atau
berbelok
90
derajat).
Dibagian bawah pipa outlet Accumulator terdapat sebuah lubang (bleed hole) ada
yang dilengkapi filter ada juga yg tidak.
Melalui bleed hole inilah refrigeran cair dan pelumas yg terperangkap di
bawah, ikut kembali terbawa masuk ke pipa keluar dari akumulator.
Prinsipnya sama seperti cara kerja teknik pengecatan dengan air compressor atau
air brush, dimana refrigeran gas, pelumas dan refrigeran cair dicampur sehingga
berbentuk seperti kabut (mist). Proses pengabutan ini juga terjadi mulai dari inlet
Accumulator dimana refrigeran cair tidak langsung jatuh ke bagian bawah
Accumulator, tetapi diputar dengan sudut dibawah 90 derajat sehingga aliran
refrigeran keluar dari inlet Accumulator akan berputar untuk memecah refrigeran
cair dan gas maupun pelumas menjadi pertikel-partikel yang lebih kecil. Pada
proses ini kerja kompresor jadi lebih maksimal dan meningkatkan kerja dari
kompresor atau sistem pendingin.
Universitas Sumatera Utara
Kelebihan akumulator, yaitu :
1. Meningkatkan kerja dari sistem mesin pendingin.
2. Mencegah terjadinya kompresi basah pada kompresor
3. Meningkatkan usia pakai kompresor.
4. Lebih hemat biaya listrik dibandingkan dengan mesin pendingin yang
tanpa menggunakan alat tambahan akumulator.
5. Umur pakai alat akumulator yang panjang, dikarenakan pada alat ini tidak
ada sistem yang bergerak jadi kemungkinan rusak sangat jarang.
Kekurangan akumulator, yaitu :
1. Biaya awal yang cukup mahal (± Rp 800.000).
2. Masih jarang digunakan pada pada AC Split.
3. Ukuran akumulator yang cukup besar (panjang ± 20 cm dan lebar ± 10).
Gambar 2.17 akumulator (accumulator) [7]
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem Pengkondisian Udara/AC
Sistem Pengkondisian udara atau yang lebih dikenal dengan Sistem
pendingin adalah suatu proses dimana mengkondisikan udara suatu ruangan
sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang
dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Prinsip dari
Sistem pendingin didasarkan atas kenyataan bahwa suatu zat cair dapat diuapkan
pada suhu berapa saja yang diinginkan, dengan cara mengubah tekanan di
permukaan zat cair tersebut[1]. Sebagai contoh jika kita memanaskan air di pantai
(tekanan tinggi) dan di puncak gunung (tekanan rendah), kita akan mendapatkan
kenyataan bahwa air yang kita masak di pantai akan lebih lambat mendidih
(100˚C) dibandingkan dengan yang di puncak gunung (85 ˚C). Berarti semakin
rendah tekanan yang diberlakukan terhadap zat cair maka akan semakin cepat
menguap.
Berdasarkan sifat fisika, bahwa suatu fluida jika mengalami perubahan fasa,
maka fluida itu akan menyerap atau melepaskan sejumlah kalor sebesar kalor
latennya. Dalam proses penguapan suatu fluida, kalor laten penguapannya dapat
diambil dari fluida itu sendiri atau dari sumber panas disekitarnya. Bila kalor laten
penguapannya diambil dari fluida itu sendiri yaitu dengan cara menurunkan
tekanannya, maka suhu fluida itu akan turun. Jika diambil dari medium
sekitarnya, maka akan terjadi perpindahan panas dari medium sekitarnya ke fluida
tersebut, sehingga suhu sekitarnya menjadi turun.
Agar dalam proses pendingin suatu medium dapat berlangsung, maka
diperlukan fluida yang dapat menguap pada suhu relatif rendah dan pada tekanan
yang relatif tinggi. Fluida yang digunakan disebut refrigeran. Berdasarkan sifatsifat fisika zat cair di atas, uap refrigeran dapat diembunkan kembali pada
temperatur berapa saja dengan menggunakan tekanan dari uap tersebut. Selain
mengatur tekanan juga dibutuhkan medium lain untuk menerima kalor laten yang
dikeluarkan selama kondensasi. Medium yang biasa digunakan adalah air atau
Universitas Sumatera Utara
udara. Untuk mengatasi hal ini, maka dibuat suatu sistem pendingin dengan
menggunakan beberapa komponen yang dapat mensirkulasi refrigeran.
2.2. Komponen Sistem Pendingin Ruangan
Sistem pendingin terdiri dari beberapa komponen yang masing-masing
dihubungkan dengan menggunakan pipa-pipa tembaga atau selang pada akhirnya
merupakan sebuah sistem yang bekerja secara serempak (simultan).
Komponen-komponen sistem pendingin yang digunakan adalah sebagai
berikut :
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Kompresor
Kondensor
Flow Control
Evaporator
Refrigeran
Fan Motor
2.2.1. Kompresor
Kompresor merupakan jantung dari sistem pendingin ruangan dan
refrigerasi (Gambar 2.1). Sebagaimana jantung pada tubuh manusia yang
memompa darah keseluruh tubuh. Kompresor menekan bahan pendingin kesemua bagian dari sistem. Pada sistem pendingin kompresor bekerja membuat
perbedaan tekanan, sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu bagian kebagian lain dari sistem. Karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan
tinggi dan sisi tekanan rendah, maka bahan pendingin cair dapat mengalir melalui
alat pengatur bahan pendingin (pipa kapiler) ke evaporator.
Adapun fungsi dari kompresor adalah:
1. Mensirkulasi bahan pendingin (refrigerant).
2. Mempertinggi tekanan agar bahan pendingin (refrigerant) dapat
berkondensi pada kondisi ruangan.
3. Mempertahankan tekanan yang konstan pada evaporator.
4. Untuk menghisap gas tekanan rendah dan suhu rendah dari evaporator dan
kemudian menekan gas tesebut, sehingga menjadi gas dengan tekanan dan
suhu tinggi lalu dialirkan ke kondensor.
Universitas Sumatera Utara
5. Menciptakan perbedaan antara daerah sisi tekanan tinggi dan daerah sisi
tekanan rendah.
Pada kompresor motor daya kemampuan tenaga yang dihasilkan dinyatakan
dalam daya kuda disebut dengan horse power (hp) dalam satuan watt. Adapun
efisiensi tenaga energi yang dihasilkan kompresor, sebanding dengan kapasitas
pendingin dan daya kompresor atau disebut Energy Efficienscy Ratio (EER).
Gambar 2.1 Kompresor [3]
2.2.2. Kondensor
Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk membuang udara panas
dari AC/referigerator pada temperatur dan tekanan tinggi, sehingga digunakan
untuk mencairkan uap /refrigran dan membuang udara panas keluar (Gambar 2.2).
Kondensor akan merubah uap refrigeran tekanan tinggi tersebut menjadi cairan
tekanan tinggi dan adanya medium pendingin pada kondensor (udara maupun air).
Jadi panas dari ruangan dan panas dari kompresor akan diserap medium
pendingin.
Kondensor dibagi tiga macam tergantung dari media yang mendinginkannya.
a. Kondensor dengan pendingin udara (air cooled)
b.
Kondensor dengan pendingin air (water cooled)
c.
Kondensor dengan pendingin campuran udara dan air (evaporative)
Kondensor dengan pendingin udara biasanya dibuat oleh pabrik agar suhu
kondensasinya berkisar antara 30 - 50°C di atas suhu udara sekitar, melepaskan
panas yang diserap refrigeran di evaporator dan panas yang terjadi selama panas
kompresor, yang lazimnya dirumuskan sebagai berikut:
Qc = Qo + Wt........................................................ (2.1)
Qc = Panas yang dilepaskan kondensor
Universitas Sumatera Utara
Qo = Panas yang diserap evaporator
Wt = Panas proses kompresor
Gambar 2.2 Kondensor [4]
2.2.3. Flow Control / Katup Ekspansi
Setelah refrigeran terkondensasi di kondensor, refrigeran cair tersebut
masuk ke-katup ekspansi yang mengontrol jumlah refrigeran yang masuk ke
evaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi salah satunya adalah pipa kapiler
(Gambar 2.3).
Pipa kapiler dibuat dari pipa tembaga dengan lubang dalam yang sangat
kecil. Panjang dan lubang pipa kapiler dapat mengontrol jumlah bahan pendingin
yang mengalir ke evaporator.
Pipa kapiler gunanya untuk:
a. Menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir didalamnya
b. Mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir melaluinya
c. Membangkitkan tekanan bahan pendingin dikondensor.
Sistem yang memakai pipa kapiler berbeda dengan yang memakai keran
ekspansi atau keran pelampung. Pipa kapiler tidak dapat menahan atau
menghentikan aliran bahan pendingin pada waktu kompresor sedang bekerja
maupun pada saat kompresor sedang berhenti waktu kompresor dihentikan,
refrigeran yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya
berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigeran
mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler.
Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa
kapiler dipasang saringan yang disebut strainer. Ukuran diameter dan panjang
pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigeran cair harus menguap pada
Universitas Sumatera Utara
akhir evaporator. Jumlah refrigeran yang berada dalam sistem juga menentukan
sejauh mana refrigeran di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisian
refrigeran harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator. Bila
pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila
pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigeran cair akan masuk ke
kompresor yang akan
mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa
kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.
Gambar 2.3. Pipa kapiler [4]
2.2.4. Evaporator
Evaporator merupakan alat penyerap panas dari udara atau benda dan
mendinginkan media sekitarnya (Gambar 2.4). Penyerapan kalor ini menyebabkan
refrigeran mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap.
Panas yang dipindahkan berupa :
1. Panas sensibel (perubahan temperatur) temperatur refrigeran yang memasuki
evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh
penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan,
temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus juga dinaikkan untuk
mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor)
2. Panas laten (perubahan wujud)
Perpindahan panas terjadi penguapan refrigeran, untuk terjadinya
perubahan wujud diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut
adalah dari cair menjadi uap atau menguap (evaporasi). Refrigeran akan menyerap
panas dari ruang sekelilingnya. Adanya proses perpindahan panas pada evaporator
dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap.
Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap
panas dalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan
temperatur evaporator (evaporator temperature difference). Perbedaan tempertur
Universitas Sumatera Utara
evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenis evaporator (evaporator
saturation temperature) dengan temperatur substansi/benda yang didinginkan.
Kemampuan memindahkan panas dan konstruksi evaporator (ketebalan,
panjang dan sirip) akan sangat mempengaruhi kapaistas evaporator.
Gambar 2.4 Evaporator [4]
2.2.5 Refrigrant (Musicool 22)
Refrigran adalah zat pembawa kalor selama sirkulasinya dan akan
menyerap kalor pada tekanan dan suhu yang rendah pada evaporator dan
kemudian dimanfaatkan oleh kompresor menjadi tekanan dan suhu tinggi
untuk selanjutnya
melalui
kondensor
akan
dibuang
panasnya
dan
tekanannya diturunkan. Banyak zat yang digunakan sebagai refrigerant antara
lain Ammonia, Metyl chloride, R-12, R-22, R-134a, MC22 dan lain-lain.
Musicool adalah refrigerant hidrokarbon yang ramah lingkungan. Banyak
jenis refrigeran yang merupakan bahan perusak ozon dan dapat menimbulkan efek
rumah kaca. Musicool 22 biasa digunakan untuk AC Window,AC Split dan
sejenisnya.
10 Keuntungan menggunakan Musicool 22 :
a. Tidak memerlukan penggantian komponen
b. Tidak memerlukan penggantian oli / pelumas
c. Jumlah pengisian media pendingin hanya 30% dari jumlah media
pendingin CFC maupun HFC
d. Menurunkan aliran listrik rata-rata 18 - 23%
e. Menambah umur pemakaian kompresor
f. Pencapaian temperatur dingin lebih cepat
Universitas Sumatera Utara
g. Momen torque terhadap motor listrik penggerak kompresor menjadi turun
h. Pada kompresor 1 phase, saat dilakukan penyalaan tidak memerlukan
bantuan "starting kapasitor"
i. Tidak merusak lapisan ozon
j. Tidak meningkatkan pemanasan global
Petunjuk Pemakaian :
a. Zat pendingin Hidrokarbon musicool MC-22 dapat digunakan untuk berbagai
peralatan pendingin yang sebelumnya menggunakan HCFC R-22
b. Musicool MC-22 memiliki kesesuaian dengan oli yang ada dalam komRresor
c. Sebaiknya tabung M SICOOL digoyang-goyangkan sebelum digunakan
untuk mendapatkan campuran yang baik
d. Pengisian ke dalam peralatan pendingin hanya diperlukan maksimum 30%
dari berat pengisian oleh HCFC R-22. Pengisian yang berlebih akan
mengakibatkan pendiginan tidak optimal
Gambar 2.5 Tabung Musicool MC-22
Sifat-sifat yang dikehendaki dari suatu refrigerant :
a. Kalor laten penguapan harus tinggi.
b.
Tekanan pengembunannya
rendah, sebab refrigeran dengan
tekanan kondensasi tinggi memerlukan kompresor yang besar.
c. Tekanan penguapannya lebih tinggi dari tekanan atmosfir, sehingga
bila terjadi kebocoran udara luar tidak dapat masuk ke dalam system.
d. Stabil, tidak bereaksi dengan material yang digunakan, tidak korosif.
e. Tidak boleh beracun dan berbau.
f. Mudah didapat dan harganya murah.
Universitas Sumatera Utara
Untuk setiap mesin pendingin refrigeran yang digunakan berbeda-beda
tergantung
kapasitas/penggunaannya, jenis kompresor
dan lain-lainnya.
Kadang- kadang satu tipe refrigeran cocok untuk beberapa penggunaan.
2.2.6
Fan Motor
Fan motor berfungsi untuk memutar daun kipas dan blower. Selain
itu fan juga berfungsi untuk menghembuskan udara baik udara segar atau udara
yang di kondisikan kedalam ruangan dan menghembuskan udara panas keluar.
Ada beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi ruangan, yaitu:
a. suhu / temperatur
b.
kelembaban udara
c. distribusi udara / kecepatan gerak udara
d. kebersihan udara.
Gambar.2.6. Fan Motor [4]
2.3 Prinsip Kerja Pendingin Ruangan
Kompresor AC yang ada pada sistem pendingin digunakan sebagai alat
untuk memampatkan fluida (refrigran), jadi refrigeran yang masuk ke dalam
kompresor AC dialirkan ke kondensor yang kemudian dimampatkan di
kondensor. Di bagian kondensor ini refrigeran yang dimampatkan akan berubah
dari fase uap menjadi fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor
penguapan yang terkandung di dalam refrigeran. Adapun besarnya kalor yang
dilepaskan oleh kondensor adalah jumlah dari energi kompresor yang diperlukan
dan energi kalor yang diambil evporator dari substansi yang akan didinginkan.
Pada kondensor tekanan refrigeran yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif
Universitas Sumatera Utara
jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigeran yang berada pada pipapipa evaporator.
Prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni
udara didinginkan oleh refrigeran/pendingin (freon), lalu freon ditekan
menggunakan kompresor sampai tekanan tertentu dansuhunya naik, kemudian
didinginkan oleh udara lingkungan sehingga mencair. Proses tersebut berjalan
berulang-ulang sehingga menjadi suatu siklus yang disebut siklus pendinginan
pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor
ini ke luar ruangan. Prinsip kerja mesin pendingin ruangan ditunjukkan pada
Gambar 2.7.
ACCUMULATOR
Gambar 2.7 Prinsip kerja mesin pendingin ruangan [4]
2.3.1. Jenis-jenis Pendingin Ruangan
Ada da banyak tipe mesin AC, namun secara garis besar dapat kita bagi
sebagai berikut:
1.
AC Window
Pada AC jenis window, semua jenis komponen AC seperti filter udara,
evaporator, blower, kompresor, kondensor, refrigeran filter, ekspansion valve dan
control unit terpasang pada satu base plate, kemudian base plate beserta semua
komponen AC tersebut dimasukkan kedalam kotak plate sehingga menjadi satu
Universitas Sumatera Utara
unit (Gambar 2.7). Biasanya dipilih karena pertimbangan keterbatasan ruangan,
seperti pada rumah susun.
Kelebihan AC window:
a) Pemasangan pertama maupun pembongkaran kemabali apabila
dipindahkan mudah dipasang.
b) Pemeliharan/perawatan mudah
c) Harga murah
Kekurangan AC window:
a) Karena semua komponen AC terpasang pada base plate yang
posisinya dekat dengan ruangan yang didinginkan, maka cenderung
menimbukan suara berisik
b) Tidak semua ruangan dapat dipasang AC window, karena AC window
harus dipasang dengan cara bagian kondensor menghadap tempat
terbuka supaya udara panas dapat di buang ke ruang bebas.
Gambar 2.8 AC window [5]
2.
AC Split
Pada AC jenis split komponen AC dibagi menjadi dua unit indoor yang
terdiri dari filter udara, evaporator dan evaporator blower, ekspansion valve dan
control unit, serta unit outdoor yang terdiri dari kompresor, kondensor, kondensor
blower dan refrigeran filter. Selanjutnya antara unit indor dengan unit
dihubungkan dengan 2 buah saluran refrigeran, satu buah untuk menghubungkan
evaporator dengan kompresor dan satu buah untuk menghubungkan refrigeran
filter dengan ekspansion velve serta kabel power untuk memasok arus listrik
untuk kompresor dan kondensor blower. AC split cocok untuk ruangan yang
membutuhkan kenyamanan, seperti ruang tidur, ruang kerja atau perpustakaan.
Kelebihan AC split:
a) Bisa dipasang pada ruangan yang tidak berhubungan dengan udara luar.
Universitas Sumatera Utara
b) Suara di dalam ruangan tidak berisik.
Kekurangan AC split:
a) Pemasangan pertama maupun pembongkaran apabila akan dipindakan
membutuhkan tenaga terlatih.
b) Harganya lebih mahal.
Tipe terpisah ini dapat berupa tipe split tunggal (single split unit cassette
unit luar ruang melayani satu unit dalam ruang) dan dapat berupa tipe split ganda
(multi split type, cassette unit luar ruang melayani beberapa unit dalam ruang).
Selain itu, berdasarkan pemasangannya, tipe terpisah ini masih dapat dibagi lagi
menjadi:
a. Tipe langit-langit/dinding (ceiling/wall type) indoor unit dipasang di dinding
bagian atas (Gambar 2.9).
Gambar 2.9 Wall type [5]
b. AC Standing
Tipe lantai (floor type) indoor unit diletakkan di lantai (Gambar 2.9). Tipe
lantai ada yang berbentuk seperti almari, ada juga yang sebenarnya sama dengan
tipe langit-langit tetapi dipasang di lantai. Jenis AC ini cocok digunakan untuk
kegiatan-kegiatan situasional dan mobil karena fungsinya yang mudah
dipindahkan.
Gambar 2.10 Floor type [5]
Universitas Sumatera Utara
c. Tipe kaset (cassette type) indoor unit dipasang di langit-langit, menghadap
ke bawah (Gambar 2.10).
Gambar 2.11 Cassette type [5]
3. AC Sentral
Pada AC jenis udara dari ruangan didinginkan pada cooling plant di luar
ruangan tersebut, kemudian udara yang telah dingin dialirkan kembali kedalam
ruangan tersebut. Biasanya cocok untuk dipasang di sebuah gedung bertingkat
(berlantai banyak), seperti hotel atau mall.
Kelebihan AC sentral:
a) Suara di dalam ruangan tidak berisik sama sekali
b) Estetika ruangan terjaga, karena tidak ada unit indoor
Kekurangan AC sentral:
a) Perencanaan, instalasi, dan pemeliharaan membutuhkan tenaga ahli
b) Apabila terjadi kerusakan pada waktu beroperasi maka akan terasa pada
seluruh ruangan
c) Pengaturan temperatur hanya dapat dilakukan pada sentral cooling plant
d) Biaya investasi awal serta biaya operasi dan pemeliharaan mahal.
AC sentral melibatkan sistem jaringan distribusi udara (ducting) untuk
mencatu udara sejuk ke dalam ruang dan mengambil kembali untuk diolah
kembali. Lubang tempat udara dari sistem AC yang masuk ke dalam ruangan
disebut difuser (diffucer), sedangkan lubang tempat udara kembali dari dalam
ruangan ke jaringan yang disebut gril (grill).
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Termodinamika Sistem Refrigerasi
Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu
benda/ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih
rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi,
panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan. [6]
Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas
dan perpindahan panas. Siklus refrigrasi memperlihatkan apa yang terjadi atas
panas setelah dikeluarkan dari udara oleh refrigeran di dalam koil (evaporator).
Siklus ini didasari oleh dua prinsip, yaitu:
a. Saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka refrigeran cair itu
mengambil atau menyerap sejumlah panas.
b. Titik didih suatu cairan dapat diubah dengan jalan mengubah tekanan
yang bekerja padanya. Hal ini sama artinya bahwa temperatur suatu
cairan dapat ditingkatkan dengan jalan menaikkan tekanannya, begitu
juga sebaliknya.
Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:
1.
Sistem refrigerasi mekanik
Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau alat
mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem
refrigerasi mekanik diantaranya adalah:
a. Siklus kompresi uap (SKU)
b. Refrigerasi
c. Refrigerasi ultra rendah/ kriogenik
d. Siklus sterling
2.
Sistem refrigerasi non-mekanik
Berbeda dengan sistem mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin
penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya, yang termasuk dalam
sistem refrigerasi non-mekanik diantaranya adalah:
a. Refrigerasi termoelektrik
b. Refrigerasi siklus absorbsi
c. Refrigerasi steam jet
d. Refrigerasi magnetik
Universitas Sumatera Utara
e. Heat pipe
2.4.1. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refrigerasi, yang paling umum
digunakan adalah refrigerasi dengan kompresi uap (Gambar 2.12). Komponen
utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, dan katup
ekspansi. Berikut adalah sistem konvensional siklus kompresi uap.
Kondensor
Sisi Tekanan
Tinggi
Alat Ekspansi
Kompresor
Sisi Tekanan
Rendah
Evaporator
Gambar 2.12 Sistem refrigerasi kompresi uap [4]
Qout
Win
Qin
Gambar 2.13 Diagram P – h siklus kompresi uap [4]
Universitas Sumatera Utara
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap saperti pada gambar
diatas adalah sebagai berikut:
a. Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik.
Kondisi awal refrigeran pada saat masuk kompresor adalah uap jenuh bertekanan
rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan
tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur keluar
kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigerant
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Wc = h2– h1 ......................................................... (2.2)
Dimana;
Wc = Besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1 = Entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 = Entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b. Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan
tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang
kalor sehingga fasanya berubah jadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam
kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya
(udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang
menyababkan uap refrigeran mengembun menjadi cair. Besar panas per-satuan
massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:
Qc = h2 – h3 ......................................................... (2.3)
Dimana :
Qc = Besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)
h2 = Entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = Entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
Universitas Sumatera Utara
c. Proses ekspansi (3-4)
Proses ekspansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak
terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur.
Dapat dituliskan dengan:
H3 = h4 ................................................................. (2.4)
Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa
kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan
menurunkan tekanan.
d. Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan,
temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap
oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa
menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator
sebenarnya adalah campuran cair dan uap.
Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:
Qe = h1 – h4 ......................................................... (2.5)
Dimana :
Qe = Besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)
h1 = Entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
h4 = Entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan
bersirkulasi lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
Untuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel
sifat refrigeran.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2. Siklus Kompresi Uap Aktual
Pada kenyataannya siklus kompersi uap mengalami penyimpangan dari
kompresi uap standar (Gambar 2.14). Perbedaan penting siklus kompresi siklus
uap aktual dari siklus standar adalah :
a. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator.
b. Adanya proses dibawah dingin cairan yang meninggalkan kondensor
sebelum memasuki katup ekspansi.
c. Pendinginan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki
kompresor.
d. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak
isentropik).
e. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.
Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi proses
ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah
analisis secara teoritik.
Gambar 2.14 Siklus kompresi uap aktual dan siklus standar [4]
Universitas Sumatera Utara
2.4.3 Siklus Kompresi Uap Standar dan Modifikasi
Siklus kompresi uap AC standar dan modifikasi dengan penambahan alat
akumulator. Alat akumulator berfungsi untuk memisahkan antara refrigeran cair
dengan gas, pemisahan ini bertujuan agar refrigeran yang masuk ke kompresor
seluruhnya fasa gas karena fungsi kompresor disini untuk mengkompresikan gas
bukan cairan. Dengan modifikasi ini akan meringankan kerja kompresor karena
yang dikompresikan kompresor gas seluruhnya.
Untuk lebih mempermudah pemahaman tentang efek yang dihasilkan
setelah modifikasi dengan penambahan alat akumulator bisa dilihat pada gambar
dibawah.
Kondensor
Sisi Tekanan
Tinggi
Alat Ekspansi
Kompresor
Akumulator
Sisi Tekanan
Rendah
Evaporator
Gambar 2.15 Sistem refrigerasi kompresi uap setelah modifikasi
pc
pe
h3=h4
h1
h1a h2 h2a
Standar
Modifikasi
Gambar 2.16 Siklus kompresi uap standar dan modifikasi
Universitas Sumatera Utara
2.5 Akumulator
Refrigeran gas dari Evaporator yg bercampur dengan refrigeran cair dan
juga pelumas yg terbawa sirkulasi dalam sistem masuk ke inlet akumulator. Pada
saat masuk ke akumulator kecepatan aliran refrigeran turun dengan tiba-tiba
sehingga pelumas dan refrigeran cair yg berat jenisnya lebih besar dari refrigeran
dalam bentuk gas akan turun ke bagian bawah akumulator. Sementara refrigeran
dalam bentuk gas akan langsung masuk ke bagian pipa outlet Accumulator.
Didalam akumulator antara pipa masuk dan pipa keluar tidak tersambung
melainkan terpisah oleh suatu ruangan, yang mana ini memungkinkan terpisahnya
cairan dengan gas refrigeran. Hal ini terjadi karena cairan memiliki berat jenis
yang lebih besar sehingga hanya yang berupa gas saja yang mampu terhisap oleh
kompresor sedangkan cairan akan mengendap dibagian bawah dari accumulator
sampai terjadi peningkatan temperatur dalam tabung tersebut sehingga ia mampu
menguap menjadi gas.
Pipa keluar dari akumulator dibuat berputar 180 derajat yaitu masuk dari
bagian atas kemudian pipa dilengkung ke bagian bawah Accumulator dan keluar
dari
bagian
atas
(baik
langsung
vertical
atau
berbelok
90
derajat).
Dibagian bawah pipa outlet Accumulator terdapat sebuah lubang (bleed hole) ada
yang dilengkapi filter ada juga yg tidak.
Melalui bleed hole inilah refrigeran cair dan pelumas yg terperangkap di
bawah, ikut kembali terbawa masuk ke pipa keluar dari akumulator.
Prinsipnya sama seperti cara kerja teknik pengecatan dengan air compressor atau
air brush, dimana refrigeran gas, pelumas dan refrigeran cair dicampur sehingga
berbentuk seperti kabut (mist). Proses pengabutan ini juga terjadi mulai dari inlet
Accumulator dimana refrigeran cair tidak langsung jatuh ke bagian bawah
Accumulator, tetapi diputar dengan sudut dibawah 90 derajat sehingga aliran
refrigeran keluar dari inlet Accumulator akan berputar untuk memecah refrigeran
cair dan gas maupun pelumas menjadi pertikel-partikel yang lebih kecil. Pada
proses ini kerja kompresor jadi lebih maksimal dan meningkatkan kerja dari
kompresor atau sistem pendingin.
Universitas Sumatera Utara
Kelebihan akumulator, yaitu :
1. Meningkatkan kerja dari sistem mesin pendingin.
2. Mencegah terjadinya kompresi basah pada kompresor
3. Meningkatkan usia pakai kompresor.
4. Lebih hemat biaya listrik dibandingkan dengan mesin pendingin yang
tanpa menggunakan alat tambahan akumulator.
5. Umur pakai alat akumulator yang panjang, dikarenakan pada alat ini tidak
ada sistem yang bergerak jadi kemungkinan rusak sangat jarang.
Kekurangan akumulator, yaitu :
1. Biaya awal yang cukup mahal (± Rp 800.000).
2. Masih jarang digunakan pada pada AC Split.
3. Ukuran akumulator yang cukup besar (panjang ± 20 cm dan lebar ± 10).
Gambar 2.17 akumulator (accumulator) [7]
Universitas Sumatera Utara