BAB II DASAR TEORI. 2.2 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Air Conditioner Air Conditioner (AC) adalah seperangkat alat yang digunakan untuk mengkondisikan temperatur, sirkulasi, kelembaban dan kebersihan udara di dalam ruangan menjadi lebih rendah temperaturnya dibandingkan temperatur lingkungan sekitarnya. Air Conditioner dimanfaatkan untuk memberi suatu kenyamanan (comfortable). Di lingkungan tempat kerja seperti perkantoran dan industri, Air Conditioner juga digunakan sebagai salah satu cara dalam upaya peningkatan produktivitas kerja. Karena dalam beberapa hal, manusia membutuhkan lingkungan udara yang nyaman untuk dapat bekerja secara optimal dan maksimal. Tingkat kenyamanan suatu ruangan juga ditentukan oleh temperatur, kelembaban, sirkulasi dan tingkat kebersihan udara. Air Conditioner (AC) split merupakan salah satu jenis dari sistem pendingin ruangan. Air Conditioner split memiliki bentuk yang terdiri dari indoor unit dan outdoor unit. Evaporator terletak di indoor unit. Sedangkan kompresor, alat ekspansi dan kondensor terletak di outdoor unit. Biasanya digunakan pipa berdiameter 3 inch untuk menghubungkan indoor unit dan outdoor unit tersebut. 2.2 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan suatu sistem yang memanfaatkan aliran perpindahan kalor melalui refrigeran dengan mempunyai empat komponen utama adalah kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator. Proses utama dari kompresi uap adalah: 1. Proses kompresi 2. Proses kondensasi 3. Proses ekspansi 4. Proses evaporasi Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 4

2 Proses-proses tersebut akan terus terjadi dan bersikulasi secara berkelanjutan sehingga menghasilkan suatu siklus seperti terlihat pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Gambaran skematis siklus refrigerasi kompresi uap. Siklus pada gambar 2.1 apabila digambarkan pada diagram p-h terlihat seperti gambar 2.2. Gambar 2.2 Diagram p-h siklus refrigerasi kompresi uap sederhana. Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 5

3 Proses-proses dari kompresi uap adalah sebagai berikut: 1. Proses 1-2 adalah Kompresi Uap refrigeran dari saluran suction yang bertekanan rendah dan bertemperatur rendah akan dihisap oleh kompresor, kemudian di kompresor uap refrigeran di kompresikan ke kondensor. Sehingga diharapkan uap yang telah di kompresi oleh kondensor menjadi tekanan tinggi dan bertemperatur tinggi. Hal yang perlu di ketahui bahwa proses ini terjadi secara isentropic (entropi konstan) dan mengalami perubahan entalpi karena terjadi perubahan uap refrigeran yang jenuh dari evaporator menjadi uap superheat (panas lanjut). Kerja yang dilakukan kompresor adalah: Qw = ṁ (h2-h1).. (1) Qw = kerja kompresi (kw) ṁ = laju aliran masa refrigeran (kg/s) h1 = entalphi refrigeran masuk kompresor (kj/kg) h2 = entalphi refrigeran keluar kompresor (kj/kg) Atau, Dalam bentuk kerja spesifik: Qw = h2-h1.. (2) Sedangkan rasio kompresi dapat dihitung dengan persamaan: Rasio Kompresi: r =. (3) Pd = tekanan discharge (bar) Ps = tekanan suction (bar) 2. Proses 2-3 adalah Kondensasi (pengembunan) Uap superheat yang berasal dari saluran discharge (saluran keluaran kompresor) masuk menuju kondensor. Di kondensor mengalami proses yang dinamakan kondensasi. Kalor di kondensor di buang ke lingkungan sehingga Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 6

4 lama kelamaan refrigerant akan berubah fasa dari uap menjadi cair. Proses kondensasi ini terjadi pada tekanan dan temperatur yang konstan. Kalor yang dilepaskan kondensor. Qc = ṁ (h2-h3).. (4) Qc = kalor yang dilepaskan di kondensor (kw) ṁ = laju aliran masa refrigeran (kg/s) h2 = enthalpy refrigeran masuk kondensor (kj/kg) h3 = enthalpy refrigeran keluar kondensor (kj/kg) 3. Proses 3-4 adalah Ekspansi Pada proses ini refrigeran mengalami penurunan tekanan. Dengan terjadinya penurunan tekanan maka temperatur refrigeran akan menjadi turun. Dalam hal ini refrigeran tidak mengalami penambahan atau pengurangan energi sehingga prosesnya dalam kondisi entalphi konstan (isenthalpy) yaitu h3-h4 h3 = entalphi refrigerant masuk ekspansi (kj/kg) h4 = entalphi refrigerant keluar ekspansi (kj/kg) Umumnya refrigeran yang masuk dalam keadaan cair jenuh dan setelah diekspansi refrigeran dalam keadaan campuran. 4. Proses 4-1 adalah Evaporasi Refrigeran yang telah mengalami proses ekspansi, akan mengalami penurunan temperatur dan tekanan. Pada proses ini terjadi penambahan uap pada refrigeran, sehingga fasa refrigeran adalah campuran antara uap dan cair. Pada evaporator terjadi penarikan kalor/panas sehingga fasa refrigeran akan berubah menjadi uap seluruhnya sampai menjadi uap jenuh. Proses inilah yang disebut proses evaporasi. Seperti halnya proses kondensasi, maka proses ini berlangsung pada tekanan dan temperatur yang konstan. Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 7

5 Kalor yang diserap di evaporator: Qe = ṁ (h1-h4). (5) Qe = beban pendinginan (kw) ṁ = laju aliran massa refrigeran (kg/s) h1 = entalphi refrigeran masuk evaporator (kj/kg) h4 = entalphi refrigeran keluar evaporator (kj/kg) 2.3 Komponen Sistem Air Conditioner Bagian Indoor Pada Air conditioner split pada bagian indoor, pada umumnya terdapat komponen utama yaitu: 1. Evaporator Refrigeran dari alat ekspansi akan mengalir ke evaporator. Fungsi dari evaporator adalah sebagai media pendinginan dari sistem refrigerasi, dimana evaporator akan menarik kalor dari suatu ruangan. Masukan evaporator berfasa cair karena dalam fasa cair refrigeran mampu menyerap kalor. Di evaporator terjadi proses isobar. Keluaran dari evaporator refrigeran berfasa uap jenuh. Selanjutnya refrigeran akan masuk ke kompresor. Keluaran dari evaporator fasanya berubah menjadi uap jenuh. 2. Blower Berfungsi untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator ke lingkungan/ruangan. Selain itu blower juga membantu proses perpindahan kalor di evaporator dengan cara konveksi paksa. 3. PCB kontrol Merupakan komponen kelistrikan yang berisi komponen-komponen elektronika yang tersusun sehingga berfungsi mengendalikan kerja beberapa komponen Air Conditioner Split. Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 8

6 2.3.2 Bagian Outdoor 1. Kondensor Sebagai alat penukar kalor, menurunkan temperatur refrigeran dan merubah fasa refrigeran dari uap menjadi cair karena telah melepaskan kalor ke lingkungan. 2. Kompresor Berfungsi sebagai pusat sirkulasi (memompa dan menyalurkan) refrigeran ke seluruh sistem dan menciptakan beda tekanan (daerah suction dan discharge). 3. Alat Ekspansi Keluaran dari kondensor refrigeran berfasa cair dan kemudian mengalir menuju alat ekspansi. Fungsi dari alat ekspansi adalah untuk mengekspansi refrigeran sehingga temperatur refrigeran dan tekanannya menjadi turun dan refrigeran dapat mengalir ke evaporator. Di alat ekspansi terjadi proses isoentalpy. Alat ekspansi yang digunakan dalam Air Conditioner Split Daikin Inverter adalah Exv sedangkan pada Air Conditioner Split Non Inverter alat ekspansinya berupa pipa kapiler. 4. Accumulator Berfungsi sebagai penampung sementara refrigeran cair bertemperatur rendah dan minyak pelumas evaporator. Accumulator juga berfungsi memastikan refrigeran yang masuk ke kompresor berfasa uap. 5. Strainer Sebuah alat yang berfungsi sebagai penyaring refrigeran dari kotoran dan mengeringkan refrigeran dengan menyerap uap air yang terkandung dalam refrigeran. 2.4 Teknologi Inverter dalam Air Conditioner Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC). Teknologi ini digunakan pada alat-alat rumah tangga dan mengatur tegangan listrik, arus dan frekuensi. Teknologi inverter dalam Air Conditioner terintegrasi di dalam unit outdoor unit. Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 9

7 Kompresor di dalam outdoor unit mengubah tingkat kompresi refrigeran, maka dalam proses tersebut dimungkinkan pengaturan temperatur. Pengaturan ini diperoleh dari pengubahan kecepatan motor di dalam kompresor. Karena kecepatan motor dapat dikontrol dengan halus pada berbagai tingkat, inverter control memungkinkan Air Conditioner tidak hanya hemat listrik, namun juga mampu melakukan pengaturan temperatur yang lebih baik. 2.5 Pemanfaatan Teknologi Inverter 1. Memiliki potensi untuk menghasilkan penghematan energi pada Air Conditioner. 2. Pada sistem konvensional, masih diperlukan operator untuk mengatur perubahan motor tersebut. 3. Dengan perkembangan sistem kendali, teknologi tersebut juga diintegrasi dan terkoneksi pada inverter untuk menghasilkan variasi putaran motor pada kompresor. 4. Seluruh sistem akan bekerja secara otomatis berdasarkan umpan balik dari sensor temperatur berdasarkan perubahan beban pendingin atau banyaknya aktifitas yang terjadi. 2.6 Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Inverter Kelebihan Teknologi Inverter, antara lain: 1. Lebih hemat energi karena teknologi ini menggunakan sumber daya 40%. 2. Dapat menghindari beban yang berlebihan pada saat motor dijalankan. 3. Waktu yang lebih cepat untuk mencapai suhu ruangan yang diinginkan. 4. Starting ampere pada listrik 30% lebih rendah dibandingkan Air Conditioner yang tidak menggunakan teknologi inverter. 5. Dapat menghindari beban yang berlebihan pada saat Air Conditioner dijalankan. Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 10

8 2.6.2 Kekurangan Teknologi Inverter, antara lain: 1. Membutuhkan biaya perawatan yang lebih tinggi. 2. Dari segi biaya pembelian, harganya bisa dikatakan lebih mahal dibandingkan Air Conditioner biasa. Perbedaan utama dari sistem Inverter dan konvensional yakni besar putaran motor kompresor yang menggunakan arus DC dapat bervariasi sesuai kebutuhan, sedangkan motor arus AC memiliki nilai yang konstan. Hubungan dengan besarnya daya, air conditioner inverter bekerja sesuai dengan kebutuhan, disaat temperatur sudah tercapai maka akan relatif stabil dengan konsumsi listrik yang lebih kecil (kompresor tetap bekerja dengan daya terkecil karena temperaturnya telah tercapai atau konsumsi listrik sesuai dengan temperatur). Saat pertama dinyalakan air conditioner inverter akan membutuhkan daya cukup besar untuk segera mendinginkan ruangan dan seiring lamanya waktu, daya yang dibutuhkan semakin kecil hingga temperatur ruangan yang diinginkan tercapai. Sedangkan jenis konvensional menggunakan termostat, jika temperatur tercapai maka kompresor akan berhenti bekerja (off) dan ketika terdapat selisih temperatur maka kompresor akan kembali bekerja. 2.7 Cara Kerja Singkat Inverter Bila menggunakan beban peralatan tanpa Inverter, pada saat dinyalakan maka Air Conditioner akan bekerja sangat keras sampai pada daya maksimal agar segera dapat mencapai suhu ruangan, beban akan berhenti bekerja. Kemudian akan bekerja kembali apabila suhu ruangan mulai meningkat selang waktu antara kondisi Air conditioner berhenti bekerja (off) dengan selang waktu kondisi bekerja kembali (on) terdapat fluktuasi temperature udara di dalam ruangan. Daya listrik yang digunakan sangat besar untuk melakukan start kembali. Pada Air Conditioner dengan teknologi inverter, suhu ruangan yang telah di setting mempunyai fluktuasi suhu yang lebih kecil (hampir dikatakan nol). Fluktuasi suhu yang rendah akibat penggunaan beban oleh Air Conditioner berkurang dengan cara menurunkan kapasitas pendinginan atau dengan menurunkan putaran kompresor. Kompresor dibatasi dengan putaran minimal dan saat itu kompresor Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 11

9 akan berhenti bekerja (off). Pada saat start kembali, kompresor mulai dari putaran yang rendah, sehingga mengurangi daya menjadi lebih kecil dan efek kedip pun terjadi dengan sangat kecil. Fluktuasi temperatur ruangan dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3. Fluktuasi temperatur ruangan sistem Inverter dan non Inverter pada Air Conditioner. Laporan Tugas Akhir Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 12