BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pengkondisian Udara / AC Sistem Pengkondisian udara atau yang lebih dikenal dengan Sistem pendingin adalah suatu perangkat yang digunakan untuk proses pendingin, dengan cara menyerap dan memindahkan sejumlah panas. Prinsip dasar 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. 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 tekananyang relatif tinggi. Fluida yang digunakan disebut refrigerant. Berdasarkan sifat-sifat fisika zat cair di atas, uap refrigerant dapat diembunkan kembali pada temperatur berapa saja dengan menggunakan tekanan dari uap tersebut. Selain 5

2 mengatur tekanan juga dibutuhkan medium lain untuk menerima kalor laten yang dikeluarkan selama kondensasi. Medium yang biasa digunakan adalah air atau udara.untuk mengatasi hal ini, maka dibuat suatu sistem pendingin dengan menggunakan beberapa komponen yang dapat mensirkulasi refrigerant. 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. Kompresor b. Kondensor c. Flow Control d. Evaporator e. Refrigerant f. Fan Motor Kompresor Kompresor merupakan jantung dari sistem pendingin ruangan dan refrigerasi. Sebagaimana jantung pada tubuh manusia yang memompa darah keseluruh tubuh. Kompresor menekan bahan pendingin ke-semua bagian dari sistem. Pada sistem pendingin kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan, sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu bagian ke-bagian 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. 6

3 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 kekondensor. 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 watts. 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] Kondensor Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk membuang udara panasdari AC referigerator pada tempratur dan tekanan tinggi, sehingga digunakanuntuk mencairkan uap / gas refrigrant dan membuang udara panas keluar. Kondensor akan merubah uap refrigeran tekanan tinggi tersebut menjadi cairan tekanan tinggi dan adanya medium pendingin pada kondensor (udara 7

4 maupun air). Jadi panas dari ruangan dan panas dari kompresor akan diserap mediumpendingin. 1. Kondensor dibagi tiga macam tergantung dari medium yang mendinginkannya: 2. Kondensor dengan pendingin udara (air cooled) 3. Kondensor dengan pendingin air (water cooled) 4. Kondensor dengan pendingin campuran udara dan air (evaporative) Kondensor dengan pendingin udara biasanya dibuat oleh pabrik agar suhu kondensasinya berkisar antara 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 Qo = Panas yang diserap evaporator Wt = Panas proses kompresor Gambar 2.2 Kondensor [3] Flow Control / Katup Ekspansi Setelah refrigerant terkondensasi di kondensor, refrigerant cair tersebut masuk ke-katup ekspansi yang mengontrol jumlah refrigeran yang masuk ke- 8

5 evaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi salah satunya adalah pipa kapiler (capillary tube). Pipa kapiler dibuat dari pipa tembaga dengan lubang dalam yangsangat kecil. Panjang dan lubang pipa kapiler dapat mengontrol jumlah bahan pendingin yang mengalir ke evaporator. Pipa Kapiler gunanya untuk: 1. Menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir didalamnya 2. Mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir melaluinya 3. 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 refrigerant cair harus menguap pada 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 refrigerant cair akan masuk ke kompresor yang akan mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat. 9

6 Gambar 2.3. Pipa Kapiler [3] Evaporator Evaporator adalah alat penyerap panas dari udara atau benda dan mendinginkan media sekitarnya. Penyerapan kalor ini menyebabkan refgeran mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten). Panas yang dipindahkan berupa : 1. Panas sensibel (perubahan tempertaur) temperatur refrigerant yang memasuki evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan,temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus jugaa dinaikkan untuk mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor) 2. Panas laten (perubahan wujud) Perpindahan panas terjadi penguapan refrigerant. Untuk terjadinya perubahan wujud, diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut adalah dari cair menjadi uap atau menguap (evaporasi). Refrigerant akanmenyerap 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 panasdalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan temperatur evaporator (evaporator temperature difference). Perbedaan tempertur 10

7 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 [3] Refrigrant Refrigran adalah zat pembawa kalor selama sirkulasinya dan akanmenyerap 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 dan lain-lain. Gambar 2.5 Tabung R-22 11

8 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 sistem. d. Stabil, tidak bereaksi dengan material yang digunakan, tidak korosif. e. Tidak boleh beracun dan berbau. f. Tidak boleh mudah terbakar dan meledak. g. Mudah didapat dan harganya murah. Table 2.1 Penamaan Refrigerant, Kode Warna Serta Rumus Kimianya Nomor Refrigerant R 11 Kodewarna cylinder Orange Namadanrumuskimia Triclhoromonofluoromethane CCl 3 F R 12 Putih Diclhorodifluoromethane CCl 2 F 2 R 22 Birupucat Monochlorodifluoromethane CHClF 2 R 500 Kuning Azeotropic mixture R 502 Ungumuda Azeotropic mixture R 503 Aqua marine Azeotropic mixture R 504 Tan Azeotropic mixture R 717 Perak Ammonia NH 3 Untuk setiap mesin pendingin refrigeran yang digunakan berbeda-beda tergantung kapasitas/penggunaannya, jenis kompresor dan lain-lainnya. Kadangkadang satu tipe refrigerant cocok untuk beberapa penggunaan Fan Motor Fan motor berfungsi untuk memutar daun kipas dan blower. Selain itu fanjuga berfungsi untuk menghembuskan udara baik udara segar atau udara yangdi kondisikan kedalam ruangan dan menghembuskan udara panas keluar. 12

9 Ada beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi ruangan, yaitu: a. suhu / temperatur b. kelembaban udara c. distribusi udara / kecepatan gerak udara d. kebersihan udara. 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 refrigerant yang dimampatkan akan berubah dari fase uap menjadi fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigerant. 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 jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigerant yang berada pada pipapipa evaporator. Prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni udara didinginkan oleh refrigerant/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

10 Gambar 2.6 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan [4] Jenis-jenis Pendingin Ruangan Ada da banyak tipe mesin AC, namun secara garis besar dapat kita bagi sebagaiberikut: 1. AC Window Pada AC jenis window, semua jenis komponen AC seperti filter udara, evaporator, blower, kompresor, kondensor, refrigerant 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 unit yang kompak. Biasanya dipilih karena pertimbangan keterbatasan ruangan, seperti pada rumah susun. Kelebihan AC window: 1) Pemasangan pertama maupun pembongkaran kemabali apabila dipindahkan mudah dipasang. 2) Pemeliharan/perawatan mudah 3) Harga murah Kekurangan AC window: 14

11 1) Karena semua komponen AC terpasang pada base plate yang posisinya dekat dengan ruangan yang didinginkan, maka cenderung menimbukan suara berisik 2) 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 2.7 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 refrigerant filter. Selanjutnya antara unit indor dengan unit dihubungkan dengan 2 buah saluran refrigerant, satu buah untuk menghubungkan evaporator dengan kompresor dan satu buah untuk menghubungkan refrigerant 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: 1) Bisa dipasang pada ruangan yang tidak berhubungan dengan udara luar. 2) Suara di dalam ruangan tidak berisik. 15

12 Kekurangan AC split: 1) Pemasangan pertamamaupun pembongkaran apabila akan dipindakan membutuhkan tenaga terlatih. 2) 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 berupatipe split ganda (multi split type, cassette unit luar ruang melayani beberapaunit dalam ruang). Selain itu, berdasarkan pemasangannya, tipe terpisah inimasih dapat dibagi lagi menjadi: a. Tipe langit-langit/dinding (ceiling/wall type) indoor unit dipasang di dinding bagian atas. Gambar 2.8Wall Type[5] b. AC Standing Tipe lantai (floor type) indoor unit diletakkan di lantai. 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. 16

13 Gambar 2.9Floor Type[5] c. Tipe kaset (cassette type) indoor unit dipasang di langit-langit, menghadap ke bawah. 3. AC Sentral Gambar 2.10Cassette Type[5] 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 (berlaantai banyak),seperti hotel atau mall. Kelebihan AC sentral: 1) Suara di dalam ruangan tidak berisik sama sekali 2) Estetika ruangan terjaga, karena tidak ada unit indoor 17

14 Kekurangan AC sentral: 1) Perencanaan, instalasi, operasi dan pemeliharaan membutuhkan tenaga ahli 2) Apabila terjadi kerusakan pada waktu beroperasi maka akan terasa pada seluruh ruangan 3) Pengaturan temperatur udara hanya dapat dilakukan pada sentral cooling plant 4) Biaya investasi awal sertabiaya 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 udaara dari sistem AC yang masuk ke dalam ruangan disebut difuser (diffucer), sedangkan lubang tempat udara kembali dari dalm ruangan ke jaringa yang disebut gril (grill). Berikut ini dalah bagian-bagian dari AC sentral : 1. Unit pendingin (chiler) Pada unit pendingin atau chileryang menganut sistim kompresi uap, komponennya terdiri dari kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator. Pada chilerbiasanya tipe kondensornya adalahwater-cooled condenser.air untuk mendinginkan kondensor dialirkan melalui pipa yang kemudian outputnya didinginkan kembali secara evaporatif cooling pada cooling tower. Gambar 2.11 Unit Pendingin (Chiller)[5] 18

15 Pada komponen evaporator,jika sistemnya indirect cooling maka fluidanya yang didinginkan tidak langsung udara, melainkan air yang dialirkan melalui sistem pemipaan. Air yang mengalami pendinginan pada evaporator dialirkan menuju sistem penanganan udara (AHU) menuju koil pendingin. 2. AHU (Air Handling Unit) AHU adalah sebuah unit yang berfungsi sebagai pengatur udara yang akan dimasukkan kedalam ruangan melalui saluran udara (duct). Untuk unit penyejuk udara AC, aliran udara pada unit kumparan Fan Coil Units (FCU) atau Air Handling Unit (AHU) dapat diukur dengan menggunakam anemometer. Suhu dry bulb dan wet bulb diukur pada jalur masuk dan keluar AHU atau di FCU. Gambar 2.12Air Handling Unit (AHU ) [5] Ada bebrapa komponen yang gterdapat dalam AHU, diantaranya : a) Kipas atau fan Fungsi kipas atau fan adalah untuk menggerakkan udara dari dan ke ruangan. Pada pengkondisian udara, udara yang digerakkan terdiri dari : 1) Keseluruhan udara luar 2) Keseluruhan udara di dalam ruangan ( udara yang disirkulasikan) 3) Kombinasi udara luar dan udara dalam ruangan 19

16 Gambar 2.13Centrifugal Fan[5] Kipas mendorong udara dari luar atau dari dalam ruangan, tetapi pada sistem umumnya kipas mendorong udar dari kedua sumber pada saat yang sama. Oleh karena itu udara yang mengalir dengan deras menyebabkan rasa tidak nyamaan dan udara yang bergerak lambat akan memperlambat pengeluaran panas dari badan, maka jumlah udara yang disediakan kipas harus diatur. Hal ini dapat dilakukan dengan jaan memilih sebuah fan yang dapat menyediakan sejumlah udara yang memadai dan juga mengatur kecepatan kipas sehingga laju aliran udara di dalam ruangan bersirkulasi dengan baik. b) Cooling coil Cooling coil berfungsi untuk mendinginkan udara yang akan disirkulasikan menuju ke ruangan. Udara yang berasal dari luar ataupun dari dalam ruangan dilewatkan ke permukaan koil pendingin yang selanjutnya udara didinginkan guna tercapainya udara ruangan yang diinginkan. Jika di dalam ruangan udara terlalu lembab (kandungan uap airnya tinggi), uap air dikeluarkan secara otomatis saat udara didinginkan oleh Cooling Coil. Gambar 2.14Cooling Coil[5] 20

17 c) Saringan udara (filter) Saringan udara diletakkan di depan koil untuk mencegah adanya debu serta partikel secara berlebihan, karena debu serta partikel akan menutupi permukaan koil. Saringan dibuat dari berbagai bahan seperti pintalan kaca sampai plastik komposit. Jenis lain bekerja menurut prinsip elektrostatika dan benar-benar dapat menarik serta menangkap debu dan partikelnya secara listrik. Gambar 2.15 Saringan Udara (Filter)[5] d) Humidifie Proses cooling secara bersamaan akan terjadi pula proses dehumidifying, sehingga lama-kelamaan kandungan uap air udara ruangan yang dikondisikan tidak sesuai dengan keperluan. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk menambah kandungan uap air. Metode penambahan uap air dalam sistem digambarkan sebagai-berikut: Outlet air from Humidifie Gambar 2.16 Proses Humidifying[5] Inlet air to Humidifier 21

18 Proses ini disebut humidifying yaitu proses penambahan kandungan uap air di udara pada ruanganyang dikondisikan dengan bantuan alat yang disebut humidifier. Proses humidifying terjadi bila kelembapan ruangan lebih rendah dari setpoint yang telah ditentukan. Humidifier merupakan komponen yang berfungsi untuk menghasilkan uap air untuk menaikkan kelembapan udara ruangan (relative humidity). Uap yang dihembuskan ke dalam ruangan melalui evaporator. Humidifier bekerja jika kelembaban udar ruangan di bawah setpoint dan diluar batas sensivity yang di tentukan. e) Saluran udara ( duct) Saluran ini berfungsi untuk mengarahkan udara dari kipas menuju ke ruanganruangan. Gambar 2.17 Bentuk Saluran Udara [5] Lubang saluran masuk membantu mendistribusikan udara secara merata ke ruangan. Sebagian lubang saluran masuk (mendorong) sebagian lagi mengarahkannya menjadi aliran cepat dan lainnya menyebabkan kombinasi kedua hal diatas. Oleh karena lubang saluran itu dapat menyebabkan aliran bertekanan dan juga deras, lubang itu juga dapat berfungsi sebagai alat kontrol arah aliran udara yang disebakan kipas. Kontrol arah, lokasi dan jumlah lubang saluran masuk di ruangan berperan dalam menentukan aliran udara yang nyaman atau tidak nyaman. Prinsip kerja secara sederhana pada unit penanganan udara ini adalah menyedot udara dari ruangan (return air) yang kemudian dicampur dengan udara segar (fresh air) dengan komposisi yang bisa diubah-ubah sesuai keinginan. 22

19 Campuran udara tersebut masuk menuju AHU mewati filter, fan sentrifugal dan koil pendingin. Setelah itu udara yang telah mengalami penurunan temperatur didistribusikan secara merata ke setiap ruangan melewati saluran udara (ducting) yang telah dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang jauh sekalipun bisa terjangkau. Gambar 2.18 Bentuk Saluran Udara Balik [5] f) Cooling tower Salah satu komponen pada ac sentral selain chiller, AHU, dan ducting adalah cooling tower atau menara pendingin. Fungsi utamanya adalah sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan atau kipas. Gambar 2.19 Cooling Tower [5] 23

20 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. 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: 1. Saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka refrigeran cair itu mengambil atau menyerap sejumlah panas. 2. 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: 1) Siklus kompresi uap (SKU) 2) Refrigerasi 3) Refrigerasi ultra rendah/ kriogenik 4) Siklus sterling 2. Sistem refrigerasi non mekanik 24

21 Berbeda dengan sistem mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin penggerakseperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi non mekanik diantaranya adalah: 1) Refrigerasi termoelektrik 2) Refrigerasi siklus absorbsi 3) Refrigerasi steam jet 4) Refrigerasi magnetik 5) Heat pipe Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refrigerasi, yang paling mum digunakan adalah refrigerasi dengan kompresi uap. Komponen utama dari sebuahsiklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, dan katup ekspansi. Berikut adalah sistem konvensional siklus kompresi uap. Gambar 2.20 Sistem refrigerasi kompresi uap [4] 25

22 Gambar 2.21 Diagram T-s dan P h Siklus Kompresi Uap 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 refrigerant pada saat masuk kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigerant 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: 26

23 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. Refrigerant 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 kaor antara refrigerant dengan lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigerant ke udara pendingin yang menyababkan uap refrigerant mengembun menjadi cair. Besar panas per satuan massa refrigerant yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai: Qc = h2 h3... (2.3) Dimana : Qk = besarnya panas dilepas di kondensor (kj/kg) h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kj/kg) h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kj/kg) 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) 27

24 Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigerant 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 olehcairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigerant 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 refrigerant 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 refrigerant Siklus Refrigerasi Absorbsi Dalam siklus refrigerasi absorbsi, dipergunakan penyerap untuk menyerap refrigeran yang diuapkan di evaporator sehingga menjadi suatu larutan absorbsi. Kemudian larutan absorbsi tersebut dimasukkan kedalam sebuah generator untuk memisahkan refrigeraan dari larutan absorbsi tersebut dengan cara memanasi, yang sekaligus akan menaikkan tekanannya sampai mencapai tingkat keadaan mudah diembunkan. Untuk sistem refrigerasi absorbsi di tunjukkan pada gambar

25 Gambar Sistem Refrigerasi Absorbsi 2.5 Beban Pendingin Defenisi Beban Pndingin Beban pendingin adalah aliran energi dalam bentuk panas. Perlu diulang kembali bahwa tugas pendingin adalah menjaaga kondisi suatu ruangan agar berada pada suhu dan kelembapan tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur dan kelembapan lingkungan luar. Jenis beban pendingin, dapat dibagi menjadi dua, yaitu panas sensibel dan panas laten.panas sensibel adalah panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan atau penurunan temperatur,tetapi phasa tidak berubah.panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa benda tanpa mengalami perubahan temperatur( temperatur tetap). 29

26 Gambar 2.23 Jenis Beban Pendingin Pada Udara Luar [11] Sumber-sumber Beban Pendingin Beban pendingin bagi suaturuangan yang dikondisikan bisa berasal dari bebrapa sumber.sumber-sumber ini umumnya dibagi 2 bagian besar, yaitu beban yang berasal dari dalam ruangan. Panas yang berasal dari luar ruangan antara lain : panas yang berpindah secara konduksi dari dinding, dari kaca, dari atap, dan dari jendela. Panas radiasi sinar matahari yang masuk dari material yang tembus pandang seperti kaca dan plastik. Panas dari masuknya udara luar, yaitu ventilasi dan undaara infiltrasi. Sementara sumber panas yang berasal dari dalam dapat berupa panass dari lampu penerangan, panas dari mesin yang ada di ruangan, panas akibat peralatan memasak yang ada di ruangan, komputer, dll. Dan juga panas dari mahluk hidup yang ada di ruangan. Sumber-sumber panas ini akan dihitung beban yang diakibatkannya pada unit pendingin Analisa Beban Pendingin Menghitung beban pendingin pada prinsipnya adalah menghitung laju perpindahan panas yang melibatkan semua jenis perpindahan panas, yaitu : konduksi, koneksi, radiasi, penguapan, dan pengembunan. Adalah sangat sulit jika harus menghitungnya satu persatu pada waktu tertentu. Oleh karena itu dikenal banyak metode perhitungan beban pendingin. Metose yang umum digunakan 30

27 antara lain Transfer fungsion (TFM), Cooling Load Temperatur (CLTD), dan Time-avaranging (TETD/TA). Dari ketiga cara ini, hanya CLTD yang menggunakan perhitungaan sederhana sehingga dapat dilakukan secara manual. SementaRa TFM dan TET/TA adala perhitungan yang dirancang untuk diseslesaikan dengan menggunakan komputer. Sebelum melakukan perhitungan beban pendinginan pada suatu ruangan yang akan dikondisikan, data-data pendukung harus dikumpulkan. Data yang harus dimiliki adalah sebagai berikut : 1. Lokasi bangunan dan arahnya 2. Konstruksi dari bangunan, informasi ini dibutuhkan untuk mendapatkan koefisien pepindahan panas menyeluruh dari konstruksi bangunan. 3. Kondisi diluar gedung, misalnya apakah terlindung oleh pohon atau bangunan tinggi yang menghalangi sinar matahari. 4. Kondisi design didalam gedung, misalnya temperatur dan RH berapa gedung akan di kondisikan. 5. Jadwal penghuni di dalam gedung 6. Jumlah lampu dan peralatan listrik yang dipasang di dalam gedung 7. Jadwal operasi peralatan-peralataqn dalam gedung. 8. Kebocoran udara (infiltrasi) dan penambahan udara (ventilasi). Informasi-informasi ini akan digunakan sebagai parameter-parameter pada perhitungan dan untuk mencari parameter-parameter tambahan yang akan digunakan dalam perhitungan beban pendingin [11]. 31