BAB IITEORI DASAR2.1 Air Conditioner 2.1.1 Sejarah Air
Conditioner Pengetahuan tentang fungsi pendinginan udara sudah
berkembang sejak zaman Romawi. Makanan yang disimpan di tempat
dingin akan tahan lebih lama dibandingkan dengan di tempat panas.
Pada udara dingin, pergerakan bakteri lebih lambat, sehingga proses
pembusukan berjalan lebih lama. Oleh karena itu, orang-orang di
zaman itu menyimpan makanan di ruangan bawah tanah atau di dalam
sumur. Pada musim dingin penduduk di daerah utara memotong es dari
danau-danau yang membeku. Mereka menyimpannya dalam sebuk gergaji
atau bangunan pendingin lalu menjualnya kepada penduduk di daerah
selatan pada musim panas.Pada akhir abad ke-18, musim dingin di
daerah utara mengalami kenaikan temperatur. Pada masa-masa inilah
orang mulai mengembangkan mesin pendingin untuk mencetak es.
Kemudian muncullah alat yang dikenal dengan istilah kotak es. Alat
ini digunakan untuk mengawetkan makanan. Alat pendingin yang
dilengkapi freezer (sekarang kita menyebutnya kulkas), Baru mulai
dibuat orang pada awal abad ke-19. Sejak itu, sistem pendingin
berkembang dengan pesat. Orang tidak hanya menggunakan sistem
pendingin untuk mengawetkan makanan, melainkan juga untuk
pengondisian udara (Air Conditioning).Lonjakan produksi dalam
industri refrigerasi dan air conditioning terjadi mulai tahun
1930-an. Refrigerasi di USA pada tahun 1940 mengambil bagian lebih
dari 13% (energi) dari total perdagangan peralatan mesin saat itu.
Perdagangan refrigerasi saat itu setidaknya bisa diklasifikasikan
menjadi empat bagian, yaitu: refrigerasi untuk rumah tangga
menempati urutan pertama, yang diikuti oleh refrigerasi untuk
industri, air conditioning, dan refrigerasi komersial. Pada tahun
1960, diperkirakan ada 50 juta rumah yang tersambung aliran listrik
di USA, 49 juta (98%) diantaranya memiliki refrigerator. Setelah
tahun 1960, perdagangan freezer untuk industri tercatat melebihi
refrigerator untuk rumah tangga. Perdagangan unit pendingin lainnya
seperti untuk gudang, tempat tinggal, mobil dan kereta, total
nilainya mencapai milyaran dollar per tahun di tahun 1960-an.
Sejalan dengan kebutuhan dan perkembangannya, variasi aplikasi
refrigerasi dan air conditioning terus bertambah. Angkutan untuk
produk-produk dan industri makanan dan minuman serta pertanian dan
peternakan-perikanan juga mendorong meningkatnya perkembangan
perdagangan dalam industri refrigerasi air conditioning. Di bidang
industri, refrigerasi mampu membantu meningkatkan efisiensi sistem,
dan juga mampu menjadi solusi bagi proses-proses industri yang
membutuhkan temperatur rendah. Demikian pula air conditioning,
menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan
pengaturan kondisi udara tertentu. Dalam bidang medis, refrigerasi
dan air conditioning bukan hanya mengambil peran yang terkait
dengan instrumen medis, namun juga penanganan obat-obatan serta
zat-zat lainnya yang memerlukan perlakuan pada temperatur tertentu,
bahkan juga proses-proses operasi medis.
2.1.2 Proses Kerja Air Conditioner Secara garis besar prinsip
kerja AC adalah penyerapan panas oleh evaporator, pemompaan panas
oleh kompresor, pelepasan panas oleh kondensor serta proses
ekspansi. Proses-proses ini berkaitan erat dengan temperatur didih
dan temperatur kondensasi refrigerant. Refrigerant adalah zat yang
mudah berubah bentuk (menjadi uap atau cair) sehingga cocok jika
digunakan sebagai media pemindah panas dalam mesin pendingin.
Temperatur didih dan temperatur kondensasi berkaitan dengan
tekanan. Titik didih dan titik embun dapat digeser naik atau main
dengan mengatur besarnya tekanan yang diberikan. Hal ini
berpengaruh besar terhadap proses perpindahan panas yang terjadi
pada AC. Cara kerja AC dapat dilihat pada gambar 2.1. Pada mulanya
terjadi perpindahan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan.
Kompresor (4) yang berfungsi mengalirkan zat pendingin
(refrigerant) ke dalam pipa tembaga yang berbentuk kumparan (1).
Udara dititipkan oleh kipas udara (blower atau fan) di sela-sela
kumparan tadi, sehingga panas yang ada dalam udara diserap oleh
pipa refrigerant dan kemudian mengembun. Udara yang melalui
kumparan dan telah diserap panasnya, masuk ke dalam ruangan dalam
keadaan sejuk/dingin (3). Selanjutnya udara dalam ruang dihisap dan
selanjutnya proses penyerapan panas diulang kembali.
Gambar 2.1. Cara Kerja ACSumber : Wikipedia, Air Conditioner, 17
Januari 2008http://en.wikipedia.org/wiki.Air_Conditioner
2.1.3 Komponen Air Conditionera. Evaporator Evaporator adalah
alat penyerap panas yang menggunakan prinsip penguapan. Proses
penyerapan panas pada evaporator berkaitan erat dengan temperatur
didih refrigant. Biasanya dipilih titik didih refrigant sekitar
400F untuk menghasilkan temperatur ruang sekitar 750F.Prinsip kerja
evaporator : Refrigant yang masuk evaporator merupakan campuran
antara cair (75%) dan uap (25%). Udara (750F) yang dilewatkan
melalui koil evaporator akan memanaskan refrigant sampai suhu 400F,
sehingga refrigant akan mendidih dan berubah bentuk dari cair ke
uap pada temperatur 400F. Kandungan uap menjadi 50% di sekitar
setengah panjang koil (titik 2). Temperatur refrigant tetap 400F
karena panas yang diserap dari udara adalah panas later (panas yang
digunakan untuk mengubah bentuk dari cair ke uap, bukan untuk
menaikan temperatur). Di titik 3, refrigant telah merubah menjadi
uap seluruhnya. Pada titik 3 ini, refrigant berada dalam kondisi
uap jenuh. Penambahan panas akan mengubahnya menjadi uap panas
lanjut, sehingga temperatur refrigant akan berubah menjadi sekitar
500F.
Gambar 2.2 EvaporatorSumber : Kurniawan Iwan. Merawat
Memperbaiki AC.Jakarta : Puspa Swara, 1998, p.7
Semua panas yang digunakan untuk mengubah refrigant dari cair
menjadi uap dan yang digunakan untuk menaikkan temperatur uap jenuh
menjadi uap panas lanjut diambil dari udara. Akibatnya, udarayang
meninggalkan koil evaporator menjadi dingin (550F). Pada temperatur
550F, udara mungkin sudah mencapai titik embun. Oleh karena itu
pada koil evaporator terbentuk titik-titik airyang berasal dari
pengembunan uap air di udara. Jumlah uap air yang terkandung dalam
udara ruangan akan berkurang. Proses pengurangan uap air ini,
dinamakan dehumidifying, digunakan untuk mengontrol udara
ruangan.b. Kompresor Tugas kompresor adalah menghasilkan fluida
bertekanan tinggi. Pada mesin pendingin seperti AC, kompresor juga
mempunyai tugas lain, yaitu menaikkan temperatur. Untuk melihat hal
ini dapat terjadi, maka dapat dilihat pada proses kerja berikut ini
: Refrigant yang telah lewat evaporator menyerap panas dari udara.
Ketika keluar dari evaporator, refrigant ini mempunyai kandungan
panas yang tinggi, meskipun temperatur dan tekanan masih rendah.
Refrigant yang mengandung panas ini kemudian dialirkan masuk ke
dalam kompresor. Dalam kompresor ini refrigant akan dikompresi
sehingga suhu dan tekanannya akan bertambah. Kompresi ini akan
berlangsung secara terus-menerus sampai refrigant mencapai suhu dan
tekanan tertentu.
Gambar 2.3. KompresorSumber : Amerian HVAC parts, 5 H.P. 208/230
Volts Air ConditioningCompressor (3-Phase) R-22 Tecumseh, 15
Februari 2008
c. Kondensor Kondensor merupakan alat untuk melepaskan panas.
Panas dari udara kamar yang diserap refrigerant di evaporator
dilepaskan melalui kondensor. Oleh karena itu. kondensor biasanya
diletakkan di bagian luar udara yang didinginkan.Kondensor
beroperasi pada keadaan tekanan dan temperatur yang lebih tinggi
pada evaporator. Proses perpindahan panas yang terjadi pada
kondensor pada prinsipnya sama dengan evaporator. Keduanya
melibatkan perubahan fasa refrigerant. Bila pada evaporator
refrigerant berubah dan fasa cair ke gas, pada kondensor
refrigerant berubah dari fasa gas ke cair.Secara singkat cara kerja
kondensor adalah uap cairan pendingin menyerahkan panasnya kepada
air pendingin atau udara pendingin di dalam kondensor sehingga
mengembun dan menjadi cair. jadi karena air pendingin atau udara
pendingin menyerap panas dari cairan pendingin. maka isi akan
menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Kalor yang
dikeluarkan di dalam kondensor adalah jumlah kalor yang diperoleh
dari udara yang mengalir melalui evaporator dan energi yang
diberikan oleh kompresor kepada fluida kerja. Uap cairan pendingin
menjadi cair sempurna di dalam kondensor, kemudian dialirkan ke
dalam pipa evaporator melalui katup ekspansi atau katup
pengembang.
Gambar 2.4. Kondensor
d. Alat-alat EkspansiAlat ekspansi (Dapat dilihat pada gambar.
2.1, nomor 2) digunakan untuk mengatur jumlah refrigerant cair yang
masuk ke evaporator. Alat ini terletak di antara evaporator dan
kondensor. Biasanya dipasang pada suatu tempat tertutup sehingga
tidak mudah terlihat.Refrigerant yang keluar dari kondensor
memiliki tekanan dan temperatur tinggi. Sedangkan refrigerant yang
masuk ke dalam evaporator harus memiliki tekanan dan temperatur
rendah. Oleh karena itu diperlukan alat ekspansi untuk menurunkan
temperatur dan tekanan refrigerant dari kondensor agar sesuai
dengan kondisi yang diperlukan pada evaporator. Perubahan tekanan
dari sisi masuk ke sisi keluar alat ekspansi bisa sedemikian
ekstrim sehingga perubahan temperaturnya dapat dirasakan oleh
tangan. Jenis alat ekspansi ada lima, yaitu : jenis pelampung sisi
atas (high-side float) pelampung sisi bawah (low-side float), katup
ekspansi termostatik (TXV), katup ekspansi otomatis dan lubang
tetap (fixed bare) seperti pipa kapiler. Namun karena ketiga jenis
terakhirlah yang sering digunakan dalam sistem AC, berikut adalah
penjelasannya: Katup ekspansi termostatik (TXV) Katup ekspansi ini
berfungsi untuk mengatur jumlah refrigerant yang masuk ke
evaporator dengan menggunakan sensor thermal untuk memonitor uap
panas lanjut di sisi uap evaporator. Katup ekspansi otomatis Katup
ekspansi ini juga berfungsi mengatur jumlah refrigerant yang masuk
ke dalam evaporator. Namun tidak seperti katup ekspansi
termostatik. katup ekspansi jenis ini bekerja berdasarkan tekanan
di evaporator, bukan temperatur. Pipa KapilerPipa kapiler merupakan
alat ekspansi yang digunakan untuk mesin pendingin berkapasitas
kecil. Pipa ini terbuat dari tembaga yang diolah mesin dengan
sangat teliti. Diameter lubang dan panjang pipa menentukan berapa
banyak refrigerant yang dapat dilewatkan tiap drop tekanan. Pipa
kapiler tidak mengontrol tekanan maupun refrigerant panas lanjut.
Karena tidak memiliki bagian yang dapat berkerak, pipa kapiler
tidak dapat mengantisipasi perubahan beban pendinginan. Oleh karena
itu pipa kapiler biasanya dipasang di daerah yang bebannya tidak
terlalu berfluktuasi.
e. Komponen lain yang terkandung dalam AC Grille adalah bagian
yang terpenting pada sebuah indoor, karena grille adalah sebuag
Body dari inddor, yang berfungsi sebagai alat kedudukan dari
serangkaian komponen yang ada pada indoor.
Gambar 2.5. Grille Blower Indoor adalah perangkat yang berbentuk
bulat sehingga disebut blower yang berfungsi sebagai alat untuk
menghempaskan udara ruangan yang dibantu oleh motor fan indoor.
Gambar 2.6. Blower Indoor Saringan (Filter) adalah alat yang
berfungsi sebagai penyaring kotoran yang yang berada diruangan
sebab sirkulasi dari indoor, sehingga sangat menbantu kebersihan
ruangan dengan menyaring debu atau kotoran yang dialirkan
melewatinya.
Gambar 2.7. Saringan (Filter) Thermistor adalah sebuah alat yang
berfungsi sebagai sensor udara untuk menganalisa kedinginan ruangan
dan menganalisa kedinginan supply outdoor serta mengatur suhu ruang
sesuai dengan suhu yang dikehendaki.
Gambar 2.8. Thermistor Saluran udara (Air Duct) : digunakan
untuk mengalirkan udara terkondisi ke tempat yang dituju secara
tertib dan terprogram. Pipa kondensat : bertujuan untuk mengalirkan
air hasil kondensasi dari evaporator secara gravitasi ke arah
pembangunan yang direncanakan. Humidistat : adalah alat pengatur
kelembaban udara. Supply Air Diffuser (SAD) : yaitu kisi-kisi
tempat udara keluar dari mesin atau duct dan memasuki ruangan yang
dikondisikan. Return Air Grille yaitu kisi-kisi tempat udara ruang
kembali terhisap ke unit Air Conditioner (AC) untuk diambil
panasnya atau didinginkan. Motor Fan Indoor adalah sebuah Motor
AC/DC yang berfungsi menggerakkan blower indoor untuk mendapatkan
kecepatan tertentu agar supaya udara diruangan dapat bersirkulasi
melalui evaporator.
Gambar 2.9. Motor Fan Indoor PCB/Modul adalah alat mikro
komputer yang berfungsi untuk memberikan perintah seluruh rangkaian
air conditioner.
Gambar 2.10. PCB/Modul Remote Controller adalah alat untuk
mangaplikasikan keinginan kita terhadap ac, yang bersingkronisasi
dengan Module AC.
Gambar 2.11. Remote Controller Capasitor Fan adalah sebuah alat
untuk membantu start motor fan indoor , untuk ac model baru
biasanya sudah dirangkai pada Modul/PCB.
Gambar 2.12. Capasitor Fan Body adalah seng atau plastik yang
berfungsi sebagai alat untuk tempat tersusunnya dari seluruh
rangkaian outdoor.
Gambar 2.13. Body Capasitor Kompresor berfungsi sama dengan
capasitor pada indoor, tetapi mempunyai toleransi lebih tinggi
dibanding dengan capasitor fan indoor maupun fan outdoor
disesuakian dengan berapa besar kapasitas kompressornya dan berlaku
untuk kompressor yang menggunakan arus 1 phase/single phase.
Gambar 2.14. Capasitor Kompresor Motor Fan Outdoor adalah sebuah
motor listrik AC/DC yang berfungsi sebagai alat untuk mensirkulasi
udara disekitar outdoor yang berfungsi mempertahankan suhu tertentu
sehingga kinerja kompressor stabil.
Gambar 2.15. Motor Fan Outdoor Filter Dryer sesuai namanya dia
berfungsi sebagai fiterr/penyaring kotoran yang mungkin ada dalam
system.
Gambar 2.16. Filter Driyer Kran Valve sebagai alat untuk menahan
Gas Refrigerant di dalam kompressor sebelum ac terpasang dan
berfungsi juga sebagai sarana untuk vacoomdown.
Gambar 2.17. Kran Valve Overload adalah alat otomatis kompressor
yang bekerja sebagai kontrol bilamana kompressor terlampau panas
dan bilamana konsumsi listrik sudah naik dan tidak sesuai dengan
kapasitas kompressor.
f. Klasifikasi AC1) AC WindowAC jenis ini merupakan pendingin
yang relatif murah untuk kapasitas kecil mudah digunakan dan mudah
pemasangannya. Kelemahan dari AC ini adalah penggunaannya yang
cenderung menimbulkan kebisingan di dalam ruangan, karena letak
kompresor AC dari ruangan berdekatan. Bagian kondensor dari AC ini
perlu diletakkan di luar ruangan. Pendingin jenis ini cocok
digunakan untuk ruangan yang kecil.
Gambar AC Window
2) Sistem SplitMesin tata udara jenis ini, terbagi atas dua
unit, satu di bagian luar ruangan (outdoor unit) yang berisi
kondensor dan kompresor, dan satu di dalam ruangan (Indoor unit)
berisi evaporator dan kipas udara. Untuk AC split dengan kapasitas
besar, unit dalam ruangan dapat terdiri lebih dari satu unit (multi
split) sedang unit di luarnya tetap satu. Tipe lain dari AC sistem
split ini adalah sistem AC split duct. Pada sistem ini untuk
mengalirkan udara dingin dibantu dengan sistem ducting, sehingga
jangkauannya lebih luas dan merata.Pada akhir-akhir ini di pasaran
mulai berkembang AC sistem split yang telah dilengkapi dengan
inverter. Pada AC split konvensional. motor pada kompresor akan
bekerja pada kecepatan maksimum jika suhu ruangan belum terpenuhi
dan akan mati bila suhu ruangan sudah terpenuhi. Sedangkan arus
yang dibutuhkan motor kompresor untuk start sangat tinggi sehingga
menyebabkan biaya listrik meningkat. Hal inilah yang coba dihindari
oleh sistem AC split inverter. Pada AC split dengan inverter ini
hidup dan mati dari motor kompresor diminimalkan, dengan
menggunakan kompresor yang kecepatan motornya dapat berubah-ubah
sesuai dengan kebutuhan. Pada saat suhu ruangan belum mencapai suhu
yang diinginkan. maka kecepatan motor kompresor akan maksimum dan
kecepatan motor ini akan semakin berkurang jika suhu ruangan sudah
mendekati suhu yang diinginkan.
Gambar Inverter dan Konvensional
Untuk penggunaan sistem Split di Mal dan Perkantoran biasanya
unit Compressor diletakkan di atap untuk mengurangi kebisingan di
dalam ruangan. Sedangkan untuk unit di dalam ruang mempunyai
berbagai alternatig pemasangan, antara lain : Ceiling Cassete
Gambar Ceiling Cassete
Wall Mounted
Gambar Wall Mounted
Floor Standing Gambar Floor Standing
Ceiling Suspended
Gambar Ceiling Suspended
3) AC Sentral AC sentral ini biasa digunakan di hotel, mall atau
gedung-gedung dengan ruangan yang banyak. Berbeda dengan AC split
dan AC window. Dalam sistem ini refrigerant yang digunakan tetap
sama, tetapi untuk mendistribusikan ke FCU dan AHU digunakan air
dingin (chilled water) dengan suhu sekitar 5C. Air dingin
dihasilkan oleh chiller (mesin penghasil air dingin yang juga
menggunakan refrigerant sebagai zat pendingin). AC sentral
mempunyai dua unit terpisah, yaitu indoor unit (evaporator) dan
outdoor unit (kompresor dan kondensor). Secara singkat Cara kerja
AC sentral ini dapat dilihat pada gambar 2.6. Pada saat udara panas
yang berasal dad ruangan mengalir melalui koil evaporator, panas
akan diserap oleh evaporator. Di dalam evaporator ini terdapat air
dingin yang dihasilkan oleh chiller. Air yang keluar Gf dari
evaporator akan memiliki suhu yang tinggi dan akan disalurkan ke
outdoor unit yang terletak di luar ruangan. Di outdoor unit ini air
akan mengalami beberapa proses melalui kondensor, chiller, dan
sebagainya, sehingga air yang keluar dari kondensor ini akan
kembali memiliki suhu yang rendah. Air ini kemudian dialirkan ke
evaporator untuk mengalami proses yang sama dengan awal tadi. Udara
dingin yang keluar dari evaporator akan disalurkan ke
ruangan-ruangan melalui ducting.2.2 Refrigerasi dan Pengkondisian
Udara 2.2.1 Pengertian Fungsi utama refrigerasi dan pengkondisian
udara saling berkaitan satu sama lain, tetapi masing-masing
mempunyai ruang lingkup yang berbeda. Penerapan teknik refrigerasi
yang terbanyak adalah refrigerasi industri yang meliputi
pemrosesan, pengawetan makanan, penyerapan kalor dari bahan kimia,
perminyakan dan industri petrokimia. Selain itu, terdapat
penggunaan khusus seperti pada industri manufaktur dan konstruksi.
Teknik pengkondisian udara tidak hanya berfungsi sebagai pendingin,
tetapi juga untuk pemanasan seperti pengaturan kecepatan, radiasi
termal, dan kualitas udara termasuk penyisihan partikel dan uap
pengotor. Refrigeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam
siklus refrigerasi. Refrigeran merupakan komponen terpenting siklus
refrigerasi karena refrigeran yang menimbulkan efek pendinginan dan
pemanasan pada mesin refrigerasi. ASHRAE (2005) mendefinisikan
refrigeran sebagai fluida kerja di dalam mesin refrigerasi,
pengkondisian udara, dan sistem pompa kalor. Refrigeran menyerap
panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain,
biasanya melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi. Refrigeran
yang digunakan dalam sistem kompresi uap dikelompokkan menjadi
refrigeran primer. Sedangkan jika fluida digunakan untuk
memindahkan panas, maka fluida ini disebut sebagai refrigeran
sekunder. Penggunaan refrigeran saat ini merupakan isu penting
menyangkut pemanasan global. Pada bab ini, akan dijelaskan jenis
refrigeran, sifat, dan penggunaannya saat ini. Pengkondisian udara
adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban,
kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai
kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam
suatu ruangan. Atau dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan
udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal.
Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan
utama : a. Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja b.
Pengkondisian udara untuk industri Sistem pengkondisian udara untuk
industri dirancang untuk memperoleh suhu, kelembaban dan distribusi
udara yang sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta
peralatan yang dipergunakan di dalam ruangan. Dengan adanya
pengkondisian udara ini, diharapkan udara menjadi segar sehingga
karyawan dapat bekerja dengan baik, pasien di rumah sakit menjadi
lebih nyaman dan penghuni rumah tinggal menjadi nyaman.2.2.2 Jenis
Refrigeran a. Refrigeran Primer Refrigeran primer adalah refrigeran
yang digunakan pada sistem kompresi uap. Refrigeran yang digunakan
pada sistem pendinginan kompresi uap harus mempunyai mempunyai
sifat-sifat kimia, fisika, termodinamika tertentu yang sesuai
dengan kondisi penggunaan. Golongan Halokarbon Refrigeran golongn
halokarbon adalah jenis refrigeran yang umum digunakan. Refrigeran
jenis ini meliputi refrigeran yang terdiri dari satu atau lebih
dari tiga jenis ion golongan halogen (klorin, fluorin, dan bromin).
Beberapa jenis refrigeran halokarbon yang umum digunakan disajikan
pada Tabel 1. Tabel 1.1. Jenis refrigeran halokarbonNomor
refrigerant Nama kimia Rumus kimia
11 Trikloromonofluorometan CCl3F
12 Diklorodifluorometan CCl2F2
13 Monoklorotrifluorometan CClF3
22 Monoklorodifluorometan CHClF2
40 Metilklorida CH3Cl
113 Triklorotrifluoroetan CCl2FCClF2
115 Diklorotetrafluoroetan CClF2CClF2
Sistem penomoran golongan halokarbon adalah sebagai berikut:
nomor pertama dari sebelah kanan menunjukkan jumlah atom florin
pada senyawa, nomor kedua dari kanan menunjukkan satu nilai lebih
banyak dari jumlah atau, hidogren pada senyawa dan tiga digit dari
kanan menunjukkan satu nilai lebih sedikit dari jumlah atom karbon.
Senyawa Organik Awalnya, saat pendinginan hanya digunakan untuk
tujuan khusus, hanya amoniak dan karbon dioksida yang dapat
digunakan sebagai refrogeran. Saat pendinginan mulai dikenalkan
pada masyarakat, sulfur dioksida, metil klorida dan metilen klorida
digunkan karena sesuai dengan kompresor sentrifugal. Metilen
klorida dan karbon dioksida, karena faktor keamanannya digunakan
untuk sistem pengkondisian udara (AC). Semua refrigeran ini, selain
amonia, tidak digunakan lagi, kecuali pada sistem yang lama. Amonia
mempunyai sifat termal yang baik, dan masih digunakan pada lapangan
es skating. Senyawa hidrokarbon Banyak senyawa hidrokarbon yang
digunakan sebagai refrigeran, umumnya digunakan pada industri
minyak bumi, seperti metana, etana, propana, etilen, dan
isobutilen. Kesemuanya flammable dan eksplosif. Digolongkan sedikit
beracun karena mengandung efek bius pada tingkat tertentu. Etana,
metana, dan etilen digunakan pada pendinginan suhu ekstra rendah.
Hidrokarbon sebagai refrigerant dalam sistem refrigerasi telah
dikenal sejak tahun 1920-an, sebelum refrigerant sintetik dikenal.
Ilmuwan yang tercatat sebagai promotor hidrokarbon sebagai
refrigerant antara lain Linde (1916) dan Ilmuwan Dunia Albert
Einstein (1920). Hidrokarbon kembali diperhitungkan sebagai
alternatif pengganti CFC, setelah aspek lingkungan mengemuka, dan
timbulnya permasalahan dalam peralihan dari CFC ke HFC, dikarenakan
perlu adanya penyesuaian perangkat keras, pelumas, serta perlakuan
khusus dalam operasional penggunaan bahan HFC : R-134a ini. b.
Refrigeran Sekunder Refrigeran sekunder merupakan fluida yang
membawa panas dari benda yang didinginkan ke evaporator suatu
sistem pendinginan. Suhu refrigeran sekunder akan berubah saat
refrigeran mengambil panas namun tidak berubah fasa. Air dapat
digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun hanya untuk kondisi
operasi di atas titik beku air. Refrigeran yang umum digunakan
adalah campuran garam dan air (brine) atau anti beku yang mempunyai
titik beku di bawah 00C. Beberapa anti beku yang umum digunakan
adalah campuran air dengan etilen glikol, propil glikol atau
kalsium klorida. Etilen glikol dapat digunakan dalam industri
makanan karena tidak beracun. Beberapa jenis dan penggunaan
refrigeran sekunder sebagai berikut : Tabel 1.2. Jenis refrigeran
SekunderRefrigeran Sekunder (Inorganik)Penggunaan
Amonia (NH3) Amonia (NH3) Untuk cold storage, pabrik es,
pendinginan bahan pangan
Air (H2O) Pendinginan tipe ejektor
CO2 Sebagai karbondioksida padat atau es kering dan hanya
digunakan untuk refrigerasi angkutan
Refrigeran 11 (CCL3F) Pendinginan dengan kompresor sentrifugal
untuk sistem AC ber-kapasitas besar
Refrigeran 12 (CCL2F) Pendinginan dengan kompresor piston untuk
refrigerasi unit kecil terutama water cooler, kulkas
Refrigeran 22 (CHCLF2) Pendinginan dengan kompresor tipe piston
untuk unit refrigerasi kapasitas besar seperti pengemasan dan
central AC
Refrigeran 502 Untuk bahan pangan beku dalam kabinet, terutama
untuk pendinginan di pasar swalayan
2.2.3 Prinsip Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Refrigerasi
dan pengkondisian udara merupakan terapan dari teori perpindahan
kalor dan thermodinamika. Sistem refrigerasi adalah suatu sistem
yang menjadikan kondisi temperatur suatu ruang berada dibawah
temperatur semula (menjadikan temperatur dibawah temperatur
siklus). Pada prinsipnya kondisi temperatur rendah yang dihasilkan
oleh suatu sistem refrigerasi diakibatkan oleh penyerapan panas
pada reservoir dingin (low temperature source) yang merupakan salah
satu bagian sistem refrigerasi tersebut. Panas yang diserap
bersama-sama energi (kerja) yang diberikan kerja luar dibuang pada
bagian sistem refrigerasi yang disebut reservoir panas (high
temperature sink). Dalam suatu sistem refrigerasi jumlah panas yang
diserap pada reservoir dingin merupakan kuantitas yang terpenting,
yang dapat menunjukkan berapa kapasitas pendingin yang dapat
diberikan oleh sistem refrigerasi.
Gambar 2.10 Prinsip Dasar Mesin Pendingin Prinsip pengkondisian
udara adalah kondisi udara dalam ruangan dapat dalam keadaan sangat
dingin, panas, lembab, kering, kecepatan udara tinggi atau tidak
ada gerakan udara. Udara dingin digerakkan oleh fan masuk reducting
(saluran udara) dan melalui outlet (lubang keluar) udara masuk ke
dalam ruangan. Udara dari dalam ruangan kembali ke return outlet
(grile/ lubang isap) masuk ke ducting return (saluran kembali) dan
melalui filter untuk pembersihan udara masuk melewati celah-celah/
permukaan coil evaporator (koil pendinginan) dan kembali digerakkan
fan (kipas udara).Komponen sistem pengkondisian udara adalah: a.
Sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan
ketel uap b. Sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa
c. Pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas
udara dan pelembab udara d. Sistem saluran udara: kipas dan saluran
udara2.3 Sistem Kompresi Salah satu jenis mesin refrigerasi yang
umum digunakan pada zaman sekarang adalah jenis kompresi uap. Mesin
pendingin jenis ini bekerja secara mekanik dan perpindahan panas
dilakukan dengan memanfaatkan sifat refrigeran yang berubah dari
fase cair ke fase gas (uap) dan kembali ke fase cair secara
berulang-ulang. Refrigeran mendidih pada suhu yang jauh lebih
rendah dibandingkan air pada tekanan yang sama. Misalnya, amonia
yang sering digunakan sebagai refrigeran, pada tekanan 1 atmosfir
(101.3 kPa) dapat mendidih pada suhu -33 oC. Suhu titik didih
refrigeran dapat diubah dengan cara mengubah tekanannya, misalnya,
untuk menaikkan suhu titik didih amonia menjadi 0 oC, tekanan harus
dinaikkan menjadi 428.5 kPa. Keragaman suatu siklus refrigerasi
umumnya dinyatakan dalam berbagai terminologi, seperti ton
refrigerasi, koefisien tampilan, dan efisiensi refrigerasi. Satu
ton refrigerasi didefinisikan sebagai kapasitas pendinginan yang
diserap oleh satu ton es untuk menjadi cair selama 24 jam, yaitu
1357 W (200 Btu/menit) .Istilah ton refrigerasi umum digunakan
untuk mesin pendingin berkapasitas besar.2.4 Peralatan Mesin
Pendingin 2.4.1 Kompresor Kompresor merupakan jantung sistem
kompresi uap, dimana kompresor berfungsi mengubah fluida kerja
berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas bertekanan
tinggi yang kemudian diteruskan menuju kondensor. Beberapa jenis
kompresor untuk refrigeran adalah jenis bolak-balik, rotari, dan
sentrifugal. 2.4.2 Kondensor Kondensor merupakan suatu alat yang
digunakan untuk mengubah atau mendinginkan gas yang bertekanan
tinggi berubah menjadi cairan bertekanan tinggi, dimana cairan
tersebut dialirkan ke orifice tube. Orifice tube berfungsi
menurunkan cairan yang bertekanan tinggi menjadi tekanan yang lebih
rendah dan menjadi cairan dingin bertekanan rendah, dalam suatu
sistem lain yang disebut katup ekspansi. 2.4.3 Peralatan Ekspansi
Peralatan ekpansi dalam sistem refrigeran adalah menurunkan tekanan
cairan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. a.
Pipa Kapiler Pipa kapiler digunakan hampir pada semua sistem
refrigerasi dengan daya sangat kecil. Cairan refrigeran memasuki
pipa kapiler, dan ketika melalui pipa, refrigeran mengalami
penurunan tekanan karena gesekan dan percepatan. Sebagian cairan
secara cepat berubah menjadi uap ketika refrigeran mengalir melalui
pipa.b. Katup Apung Katup apung adalah jenis katup ekspansi yang
menjaga cairan refrigeran didalam evaporator pada ketinggian tetap
dalam tabung. Saklar apung akan membuka penuh ketika ketinggian
cairan turun dibawah titik kontrol dan akan menutup penuh ketika
ketinggian mencapai titik kontro, akan memberikan unjuk kerja
bersih yang sama sebagai suatu jenis modulasi dari katup kontrol.
c. Katup Ekspansi Katup ekspansi merupakan komponen terpenting dari
sistem refrigerasi, dimana katup ini dirancang untuk mengontrol
cairan pendingin melalui katup orifice tube yang mengubah wujud
cairan menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup pemuaian
dan memasuki evaporator.d. Evaporator Evaporator merupakan alat
penukar kalor yang menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan
pendingin dan kipas. Evaporator meniupkan udara dingin kedalam
ruangan. Refrigeran dalam ruangan mulai berubah kembali menjadi
bertekanan rendah tetapi masih mengandung cairan sedikit, campuran
refrigeran kemudian masuk ke akumulator (pengering). Hal ini dapat
berlaku seperti orifice kedua cairan yang berubah menjadi uap
bertekanan rendah yang murni, sebelum melaui kompresor untuk
memperoleh tekanan dan beredar dalam sistem lagi.2.5 COP (
Coefficient of Preformance) Skala suhu sekarang yang digunakan
menurut satuan internasional (SI) adalah skala Celcius, berdasarkan
nominal pada titik lebur es pada 0oC dan titik didih air pada
tekanan atmosfir pada 100 oC. Hukum kekekalan energi menerangkan
bahwa ketika kerja dan energi panas dipertukarkan maka tidak ada
energi laba atau energi rugi, namun jumlah energi panas yang
didapat dikonversikan menjadi kerja terbatas. Gambar 2.3
menunjukkan mesin E reversibel mengendarai pompa panas reversibel
P, Q dan W merupakan arus panas dan kerja, yang disebut mesin
reversibel karena memiliki efisiensi tertinggi yang dapat
divisualisasikan karena tidak ada kerugian, E dan P adalah mesin
identik. Pengaturan ini menunjukkan hasil dari nol efek eksternal
karena tidak mengalami laba atau rugi energi. Jika efisiensi P
lebih tinggi yaitu jika input kerja yang dibutuhkan untuk P untuk
mengangkat suatu kuantitas identik Q2 panas dari reservoir dingin
itu harus kurang dari W.
Gambar 2.11 Mesin Kalor IdealPanas dari suhu rendah ke suhu
tinggi tanpa masukan kerja eksternal adalah tidak mungkin. Hubungan
antara Q1, Q2 dan W hanya bergantung pada suhu reservoir panas dan
dingin. Fisikawan Perancis Sadi Carnot (1796-1832) adalah orang
pertama yang memprediksi bahwa hubungan antara kerja dan panas yang
bergantung pada temperatur, dan proses pendinginan yang ideal
dikenal sebagai siklus carnot. Untuk menemukan hubungan ini, suhu
harus didefinisikan secara lebih mendasar. Kelvin (1824-1907)
bersama fisikawan terkemuka lainnya menyimpulkan bahwa skala suhu
mutlak dapat didefinisikan dalam hal efisiensi mesin reversibel.
Rasio ideal output bekerja untuk masukan panas (W/Q1) dari mesin
reversibel E sama dengan suhu perbedaan (T1-T0) dibagi dengan suhu
reservoir panas (T1). Pada gambar 2.3 untuk mencari kerja W dapat
dirumuskan sebagai berikut :
Sebelum melakukan penilaian suatu suatu sistem refrigerasi
terlebih dahulu harus ditetapkan ukuran keefektifan. Indeks
prestasi ini tidak sama dengan efisiensi, karena ukuran tersebut
biasanya hanya menggambarkan perbandingan keluaran dan masukan.
Pada gambar 2.4 terlihat bahwa perbandingan keluaran dan masukan
ini akan tidak berguna jika digunakan dalam sistem refrigerasi,
karena proses keluaran akan terbuang. Konsep indeks prestasi pada
refrigerasi sama dengan efisiensi, yang menyatakan perbandingan :
Jumlah hasil yang diinginkan Jumlah pengeluaran
Gambar 2.12 Kalor Carnot Istilah prestasi dalam sistem
refrigerasi disebut dengan koefisien prestasi atau COP (Coefficient
of Performance) yang didefinisikan sebagai : Refrigerasi
bermanfaatCOP = --------------------------
2.7 Suhu, panas dan pendingin 2.7.1 Suhu Skala suhu sekarang
digunakan umumnya adalah skala Celsius, berdasarkan nominal pada
titik lebur es pada 0 C dan titik didih air pada tekanan atmosfir
pada 100 C (menurut definisi yang ketat, titik tripel es 0,01 C
pada tekanan sebesar 6,1 mbar). Hukum kekekalan energi memberitahu
kita bahwa ketika kerja dan energi panas dipertukarkan tidak ada
laba atau rugi bersih energi. Namun, jumlah energi panas yang dapat
dikonversi menjadi kerja terbatas. Sebagai panas mengalir dari
panas ke dingin sejumlah energi dapat dikonversi menjadi kerja dan
diekstraksi. Hal ini dapat digunakan untuk menggerakkan generator,
misalnya. Jumlah minimum bekerja untuk drive kulkas dapat
didefinisikan dalam hal skala suhu mutlak. Gambar 2.1 menunjukkan
mesin E reversibel mengendarai pompa panas reversible P, Q dan W
merupakan arus panas dan kerja. Mereka disebut mesin reversibel
karena mereka memiliki efisiensi tertinggi yang dapat
divisualisasikan, karena tidak ada kerugian, E dan P adalah mesin
identik.Pengaturan ini menunjukkan hasil di nol efek eksternal
karena waduk tidak mengalami laba atau rugi bersih panas. Jika
efisiensi P itu harus lebih tinggi, yaitu jika input kerja yang
dibutuhkan untuk P untuk mengangkat suatu kuantitas identik Q2
panas dari reservoir dingin itu harus kurang dari W, sisa bagian
dari W kekuasaan dapat lain pompa panas. Ini bisa mengangkat jumlah
tambahan panas. Panas dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa masukan
kerja eksternal, yang tidak mungkin. Hubungan antara Q1, Q2 dan W
hanya bergantung pada suhu reservoir panas dan dingin. Fisikawan
Perancis Sadi Carnot (1796-1832) adalah orang pertama yang
memprediksi bahwa hubungan antara kerja dan panas yang bergantung
pada temperatur, dan proses pendinginan yang ideal dikenal sebagai
siklus Carnot.Untuk menemukan hubungan ini, suhu harus
didefinisikan secara lebih mendasar. Derajat pada termometer hanya
skala sewenang-wenang. Kelvin (1824-1907), bersama-sama dengan
fisikawan terkemuka lainnya periode, menyimpulkan bahwa skala suhu
mutlak dapat didefinisikan dalam hal efisiensi mesin reversibel.
Rasio ideal 'tidak pernah-dicapai-dalam-praktek' output bekerja
untuk masukan panas (W/Q1) dari mesin reversibel E sama dengan:
Suhu Perbedaan (T1-T0) dibagi dengan Hot Reservoir Suhu (T1) Pada
gambar 2.12. perangkat P kita dapat peduli menemukan perangkat
untuk pendinginan, dan pekerjaan Kelvin memberitahu kita bahwa
karya minimum, W diperlukan untuk mengangkat kuantitas Q2 panas
dari suhu ke suhu T0 T1 diberikan oleh:
Suhu harus diukur pada satu yaitu mutlak skala yang dimulai dari
nol mutlak. Skala Kelvin memiliki interval derajat yang sama dengan
skala Celsius, sehingga es meleleh pada + 73.216 air mendidih Kand
pada tekanan atmosfir di + 73.315 Kon skala Celsius, mutlak nol
adalah -273,15 C. 'Efisiensi' Pendinginan biasanya didefinisikan
sebagai panas etracted dibagi dengan input kerja. Hal ini disebut
COP, koefisien kinerja. Cita-cita atau COP Carnot mengambil nama
dari Sadi Carnot dan diberikan oleh:
2.7.2 Panas Panas adalah salah satu dari banyak bentuk energi
dan umumnya dihasilkan dari sumber kimia. Panas tubuh adalah energi
termal atau internal, dan perubahan energi ini mungkin menunjukkan
sebagai perubahan suhu atau perubahan antara masing-masing padat,
cair dan gas. Hal juga mungkin memiliki bentuk lain dari energi,
potensial atau kinetik, tergantung pada tekanan, posisi dan
gerakan. Entalpi adalah jumlah energi internal dan alur kerja dan
diberikan oleh:H = u + PvDalam proses di mana ada aliran tunak,
faktor Pv tidak akan mengubah lumayan dan perbedaan entalpi akan
menjadi kuantitas panas yang diperoleh atau hilang. Entalpi dapat
dinyatakan sebagai jumlah di atas nol absolut, atau dasar lain yang
nyaman. entalpi mentabulasikan ditemukan dalam karya referensi
sering ditunjukkan di atas suhu dasar-40 pada skala Fahrenheit.
Dalam perhitungan apapun, kondisi dasar ini harus selalu diperiksa
untuk menghindari kesalahan yang akan timbul jika dua basis yang
berbeda digunakan. Jika perubahan entalpi dapat dirasakan sebagai
perubahan suhu, hal itu disebut panas sensibel. Hal ini dinyatakan
sebagai kapasitas panas spesifik, yaitu perubahan entalpi per
derajat perubahan suhu, dalam kJ / (kg K). Jika tidak ada perubahan
suhu namun perubahan keadaan (padat ke cair, cair ke gas, atau
sebaliknya) itu disebut panas laten. Hal ini dinyatakan sebagai
kJ/kg tetapi bervariasi dengan suhu mendidih, dan biasanya
kualifikasi oleh kondisi ini. Perubahan total yang dihasilkan
ditampilkan pada diagram Suhu-entalpi (gambar2.13) dibawah ini
:
Gambar 2.13 : Perubahan suhu (K) dan keadaan air dengan
entalpi
2.7.3 Pendingin (Refrigerant) Perubahan radikal dalam pemilihan
dan penggunaan refrigeran dalam menanggapi isu-isu lingkungan telah
terjadi selama 25 tahun terakhir, sebuah cerita yang dapat
ditelusuri dengan bantuan sebuah garis waktu perkembangan sistem
pendingin. Mesin pendingin udara mekanis paling awal digunakan
sebagai fluida kerja. Pengenalan siklus kompresi uap memungkinkan
sistem yang lebih kompak dan efektif. Pada awalnya hanya cairan
praktis adalah karbon dioksida dan amonia. Salah satu syarat utama
adalah pelestarian daging di perjalanan laut yang panjang dari
Selandia Baru dan Australia ke Eropa, dan untuk amonia ini adalah
karena tidak cocok dengan sifat racunnya. Karbon dioksida, meskipun
memerlukan tekanan jauh lebih tinggi, digunakan. Metil klorida,
meskipun beracun dan sangat tidak menyenangkan, yang digunakan pada
beberapa sistem yang lebih kecil.Sebuah revolusi muncul dengan
penemuan chlorofluorocarbon (CFC) R12 oleh Midgley di awal 1930-an.
Ini, para anggota refrigeran dan lainnya dari keluarga CFC
tampaknya memproses semua sifat yang diinginkan. Secara khusus
mereka tidak beracun, tidak mudah terbakar dan dengan sifat
termodinamika yang baik dan karakteristik minyak miscibility. The
CFC R12, R11, R114 dan R502 bersama dengan hydrochlorofluorocarbon
(HCFC) R22 menjadi refrigeran definitif. Mereka memungkinkan
ekspansi pendingin ke dalam, sektor komersial AC domestik dan.
Amonia dengan sifat yang sangat baik termodinamika dan biaya rendah
dilanjutkan pada aplikasi industri. keprihatinan lingkungan kini
telah mendorong pengembangan pengganti untuk klor mengandung
senyawa. Tak perlu dikatakan, tidak ada cairan tunggal memiliki
semua sifat ini, dan pilihan cairan untuk setiap aplikasi tertentu
akan selalu kompromi. 2.8 FREON Fungsi AC adalah mendinginkan udara
dengan cara mensirkulasikan udara dari ruangan dilewatkan pada
media pendingin kemudian udara yang sama dihembuskan kembali ke
ruangan, demikian seterusnya.Sehingga pada dasarnya, udara dingin
yang terjadi adalah udara yang itu-itu juga dari ruangan tersebut.
Trend teknologi AC rumah tangga sekarang banyak yang dilengkapi
filter, ozonasi atau media pengikat bakteri. Tapi bagaimana pun
juga tidak sebaiknya mempercayai keefektifan perangkat kelengkapan
AC tersebut dan mempertaruhkan kesehatan dan lingkungan.Hal lain
yang juga perlu perhatian adalah,di dalam unit AC terhadap zat
media yang disirkulasikan untuk dimanfaatkan sebaga ifungsi
pendinginan, yang saat ini masih dominan memakai zat dengan nama
Freon.Walaupun saat ini sudah beredar Freon jenis ramah lingkungan,
tapi Freon lama yang kurang ramah lingkungan masih banyak disukai
karena sifatnya yang efisien. Zat Freon ini, tidak membahayakan
lingkungan selama tidak terlepas ke udara alias instalasi AC tidak
ada kebocoran.Oleh karena itu perlu kiranya, paling tidak setahun
sekali perlu mengundang teknisi AC untuk sekedar memeriksa
kebocoran Freon ini.Indikasi terhadap kebocoran Freon juga mungkin
sekali terjadi bila ruangan menjadi tidak sesejuk biasanya ketika
AC dinyalakan. Bila instalasi bocor, Freon yang terlepas diudara,
bila masuk ke ruangan, jelas akan sangat membahayakan, karena zat
Freon ini termasuk gas tidak tampak dan tidak berbau, tapi sangat
beracun. Sedang bila terlepas ke udara bebas di luar, walaupun
mungkin kontribusinya kecil, tetap secara kolektif, hal ini akan
berdampak pada menipisnya lapisan ozon di atmosfir dan peningkatan
efek rumah kaca. Menipisnya lapisan ozon berdampak pada tidak
tersaringnya sinar ultraviolet dari matahari yang berbahaya bagi
kesehatan kulit. Sementara peningkatan efek rumah kaca, dapat
mengakibatkan kenaikan suhu bumi secara global yang dapat
mengganggu keteraturan iklim dunia.2.8.1 Pengertian Freon AC Freon
termasuk dalam syntetic refrigerant atau pendingin buatan, yaitu:
Hidro,Chloro, Fluoro dan Carbo. Ada banyak macam jenis freon, tapi
tipe yang umum dipakai sebagai pendingin ada tiga.Pertama R-12 CFC
(Chloroflurocarbon), banyak ditemukan pada kulkas, dispanser,
maupun AC mobil di bawa tahun 1993. Kedua R-22 HCFC (Hidro
chlorofluorocarbo), banyak ditemukan pada pendingin ruangan
bersekala besar, seperti AC split, AC window, dan AC central pada
gedung perkantoran. Dulu pun rumah sakit menggunakan pendingin
dengan tipe freonR-22. Dan yg terakhir R-134a HFC
(Hidrofluorocarbo), paling banyak digunakan oleh AC mobil dewasa
ini, dan sebagian produk kulkas. R-12 R-22 R-134a Gambar 2.14 Freon
AC