BAB II DASAR TEORI 2.1 AC Split Split Air Conditioner adalah seperangkat alat yang mampu mengkondisikan suhu ruangan sesuai dengan yang kita inginkan, terutama untuk mengkondisikan suhu ruangan agar lebih rendah dari suhu lingkungan sekitarnya. Air Conditioner merupakan alat yang dapat mengatur temperatur sesuai dengan kebutuhan, sehingga penghuni di dalam ruangan mendapatkan kenyamanan termal. Prinsip kerja AC Split adalah sama halnya dengan mesin pendingin lainnya, yaitu melepas panas dari ruangan yang didinginkan. Contoh gambar AC split LG inverter dapat dilihat pada Gambar 2.1. Gambar 2.1 AC Split LG Hercules Inverter (sumber : LG Inverter) Pada Air Conditioner udara ruang terhisap disirkulasikan secara terusmenerus oleh blower yang terdapat di indoor unit melalui sirip evaporator yang mempunyai suhu yang lebih rendah dibanding suhu ruang, saat udara ruangan bersirkulasi melewati evaporator, udara ruangan yang temperaturnya lebih tinggi dari evaporator diserap panasnya oleh bahan pendingin/refrigeran LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 4
(evaporator), kemudian kalor yang diterima oleh evaporator dilepaskan keluar ruangan ketika aliran refrigeran melewati kondenser (outdoor unit). Jadi, temperatur udara yang rendah atau dingin yang dirasakan pada ruangan, sebenarnya adalah sirkulasi udara di dalam ruangan, bukan udara yang dihasilkan oleh seperangkat AC Split. Unit AC Split hanyalah tempat bersirkulasinya udara ruangan yang sekaligus menangkap kalor (panas) pada ruangan yang bersirkulasi melewati evaporator hingga mencapai temperatur yang diinginkan. Siklus tersebut digambarkan pada Gambar 2.2. Evaporator Alat Ekspansi Kompresor Kondenser Gambar 2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap 2.2 Komponen-Komponen AC Split Komponen-komponen dari AC split inverter ini sama halnya dengan komponen pada sistem refrigerasi pada umumya. Berikut merupakan komponen-komponen dari AC split inverter, di antaranya : LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 5
2.2.1 Kompresor Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi kompresi uap. Jika dalam suatu sistem tidak ada kompresor maka sistem tersebut tidak akan berjalan. Fungsi dari kompresor adalah untuk mengkompresi refrigeran sehingga tekanan dan temperatur dari refrigeran menjadi lebih tinggi, sehingga refrigeran dapat mengalir menuju kondenser. Di dalam kompresor refrigeran berfasa uap. Dalam AC Split LG inverter jenis kompresor yang digunakan yaitu jenis kompresor Rotary. 2.2.2 Kondenser Keluran dari kompresor refrigeran selanjutnya mengalir ke kondenser. Karena berasal dari kompresor maka refrigeran masih memiliki tekanan dan temperatur yang tinggi. Fungsi dari kondenser adalah membuang panas ke lingkungan sehingga temperatur dari kondenser dibuat lebih tinggi dari temperatur lingkungan agar dapat melepas kalor ke lingkungan. Di kondenser terjadi proses kondensasi dan tejadi proses isobar. Di kondenser refrigeran cair jenuh. 2.2.3 Alat Ekspansi Keluaran dari kondenser 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. Terjadi proses isoentalpi. Alat ekspansi yang digunakan dalam AC Split LG ini menggunakan alat ekspansi berupa pipa kapiler. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 6
2.2.4 Evaporator Selanjutnya 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. 2.2.5 Akumulator Akumulator adalah sebuah alat yang digunakan untuk menyimpan cairan refrigeran yang berasal dari evaporator untuk mencegah masuknya cairan tersebut kedalam kompresor dan meyakinkan yang masuk ke kompresor adalah fasa gas. 2.2.6 Strainer Strainer adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penyaring refrigeran dari kotoran dan mengeringkan refrigeran dengan menyerap uap air yang terkandung dalam refrigeran. 2.2.7 Refrigeran Refrigeran bertindak sebagai media penyerapan kalor di evaporator. Refrigeran menyerap kalor dari benda atau produk yang didinginkan sehingga wujud refrigeran berubah dari cair menjadi gas, sedangkan di kondenser refrigeran membuang panas ke lingkungan atau bahan lain sehingga wujudnya berubah dari gas menjadi cair. Berikut ini adalah syarat dari refrigeran : LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 7
Tidak beracun. Tidak berwarna, tidak berbau dalam semua keadaan. Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri, juga bila bercampur dengan udara, minyak pelumas dan sebagainya. Tidak korosif terhadap logam yang banyak dipakai pada sistem refrigeran dan tata udara. Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor, tetapi tidak mempengaruhi atau merusak minyak pelumas tersebut. Mempunyai struktur kimia yang stabil. Refrigeran yang digunakan dalam AC Split LG inverter ini menggunakan refrigeran R-410. 2.3 Air Conditioner (AC) Inverter Pada penyejuk udara terdapat unit luar yang di dalamnya terdapat kompresor yang diputar oleh motor listrik. Motor listrik yang digunakan merupakan jenis motor listrik AC yang menggunakan sumber listrik ac atau bolak-balik untuk menjalankannya. Motor listrik AC memiliki karakteristik daya listrik yang dibutuhkannya akan sebanding dengan kecepatan putarannya, artinya semakin besar motor tersebut memutar sesuatu maka semakin besar pula daya listrik yang dikonsumsinya. Dengan menggunakan inverter, maka sumber tegangan bolak-balik yang menyuplai motor dapat diatur besar tegangannya maupun frekuensinya, dengan cara sumber dari PLN disearahkan terlebih dahulu menggunakan penyearah, kemudian dibuat menjadi bolak-balik dengan menggunakan inverter. Sekarang tidak harus tegangan dan frekuensi tetap yang didapat dari sumber PLN. Kecepatan putaran motor sebanding dengan frekuensi sumbernya, sedangkan besar torsi motor sebanding dengan arus yang LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 8
mengalir. Karena dapat mengatur besar tegangan dan frekuensi sumber maka tentu saja daya listrik yang masuk ke motor juga dapat diatur besarnya sesuai dengan kebutuhan beban yang harus diputar oleh motor. Disinilah letak peran dari teknologi inverter pada penyejuk udara. Ketika suhu udara mulai sedikit naik, maka daya motor perlu ditambah sedikit saja untuk kembali membuat suhu ruangan menjadi turun, sebaliknya ketika suhu sudah cukup dingin maka daya motor dapat dikurangi cukup untuk menjaga suhu tersebut relatif konstan. Hal ini berbeda dengan penyejuk udara yang tidak menggunakan inverter dimana motor digerakkan dengan daya penuh setiap saat, pengaturan suhu dilakukan dengan mematikan motor ketika suhu ruangan dingin dan menyalakannya kembali dengan daya maksimal ketika suhu sudah mulai naik. Pada Gambar 2.3 terlihat beda konsumsi daya antara penyejuk udara yang memanfaatkan inverter dan yang tidak. Terlihat jelas bahwa penyejuk yang menggunakan inverter memang dapat menghemat konsumsi daya listrik. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 9
Gambar 2.3 Grafik Konsumsi Daya Listrik Pada Penyejuk Udara Tanpa Inverter, dan dengan Menggunakan Inverter. (sumber : courtesy of frostair.com.au) 2.4 Psikrometrik Terapan Psikrometrik adalah suatu istilah yang berkaitan dengan sifat termodinamika udara basah serta dapat menganalisis kondisi dan proses-proses yang melibatkan udara basah. Dalam perancangan sistem tata udara, psikrometrik dapat digunakan untuk menentukan menentukan kondisi dan debit udara catu, kondisi udara keluar koil pendingin, kondisi udara masuk koil pendingin, bypass factor, temperatur titik embun alat (apparatus dew point), dan beban total yang harus ditanggung oleh koil pendingin. Kondisi udara catu, kondisi udara keluar koil, kondisi udara masuk koil pendingin, by pass factor, dan temperatur titik embun alat dapat dimanfaatkan untuk menentukan kondisi kerja mesin pendinginan (Setyawan, 2011:37). LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 10
2.5 Diagram Psikrometrik Gambar 2.4 merupakan contoh dari psychrometric chart dari Carrier yang biasa digunakan untuk mengetahui kondisi udara pada sistem Tata udara. Gambar 2.4 Diagram Psikrometrik (sumber : Carrier) Gambar 2.5 menunjukan gambar diagram psikrometri sederhana. Sumbu datar dibagian bawah menyatakan t db (Dry Bulb Temperature) / temperatur tabung kering udara. Pada bagian kiri dengan arah miring terdapat skala entalpi dan t wb (Wet Bulb Temperature) / temperatur tabung basah udara. Sumbu tegak sebelah kanan menyatakan rasio kelembaban udara, yang merupakan perbandingan berat uap air yang tekandung di udara dengan berat udara kering. Pada sumbu ini juga sering kali dilengkapi dengan skala rasio kalor sensibel atau sensible heat ratio, SHR. Selanjutnya gari-garis lengkung di dalam diagram menyatakan skala kelembaban relatif atau relative humidity. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 11
t wb dan h RH w SHR t db Gambar 2.5 Digram Psikrometri Sederhana 2.5.1 Dry Bulb Temperature (Temperatur Bola Kering) Temperatur bola kering merupakan temperatur yang terbaca pada termometer sensor kering dan terbuka, namun penunjukan dari temperatur ini tidak tepat karena adanya pengaruh radiasi panas. 2.5.2 Wet Bulb Temperature (Temperatur Bola Basah) Temperatur bola basah merupakan temperatur yang terbaca pada termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Untuk mengukur temperatur ini diperlukan aliran udara sekurangnya adalah 5 m/s. Temperatur bola basah sering disebut dengan temperatur jenuh adiabatik. 2.5.3 Relative Humidity (Kelembaban Relatif) Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan persial uap air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air yang ada pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 12
dikatakan sebagai kemampuan udara untuk menerima kandungan uap air, jadi semakin besar RH semakin kecil kemampuan udara tersebut untuk menyerap uap air. 2.5.4 Entalpi Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu, atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (dalam fasa cair) dari 0 o C sampai mencapai t o C dan menguapkannya menjadi uap air (fasa gas). 2.5.5 Volume Spesifik Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meter-kubik per kilogram udara kering. 2.6 Proses Proses Psikrometrik Setyawan (2011/39), proses yang dialami oleh udara secara umum ada 8 macam. Proses-proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.6. 4 3 2 0 5 1 6 7 8 Gambar 2.6 Proses-Proses Udara LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 13
Dari Gambar 2.6 dapat dijelaskan proses-proses yang dialami oleh udara sebagai berikut : a. Proses 0-1 Pemanasan Sensibel Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan tanpa mengalami penambahan atau pengurangan uap air. Ini terjadi pada udara yang melewati koil pemanas. b. Proses 0-2 Pemanasan dan Humidifikasi Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan disertai dengan penambahan uap air. Ini terjadi pada udara yang mendapatkan semprotan air dengan temperatur lebih tinggi dibanding temperatur tabung kering udara. c. Proses 0-3 Humidifikasi Terjadi pada udara yang tidak mengalami pemanasan maupun pendinginan tetapi terjadi penambahan uap air. Ini terjadi pada udara yang mendapatkan semprotan air dengan temperatur sama dengan temperatur tabung kering udara. d. Proses 0-4 Pendinginan dan Humidifikasi Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dan penambahan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang mendapatkan semprotan air alami. e. Proses 0-5 Pendinginan Sensibel Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan tanpa disertai penambahan dan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah dibanding temperatur tabung keringnya tetapi sama atau lebih tinggi dari pada temperatur titik embunnya. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 14
f. Proses 0-6 Pendinginan dan Dehumidifikasi Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dengan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah dibanding temperatur titik embunnya. g. Proses 0-7 Dehumidifikasi Terjadi pada udara yang mengalami pengurangan uap air tanpa adanya pemanasan dan pendinginan. Proses ini terjaddi pada udara yang melewati dehumidifier seperti silica gel, meskipun pada kenyataannya tidak dapat diwujudkan (not practical). h. Proses 0-8 Pemanasan dan Dehumidifikasi Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan dan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang melewati koil pemanas dan dehumidifier. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 15
Tabel 2.1 : Proses-Proses Udara Proses Nama Keterangan 0-1 Pemanasan sensibel 0-2 Pemanasan dan Humidifikasi 0-3 Humidifikasi 0-4 Pendinginan dan Humidifikasi 0-5 Pendinginan Sensibel 0-6 Pendinginan dan Dehumidifikasi 0-7 Dehumidifikasi 0-8 Pemanasan dan Dehumidifikasi - t db bertambah - t wb bertambah - Kelembaban relatif berkurang - Rasio kelembaban tetap - t db bertambah - t wb bertambah - Kelembaban relatif bertambah / berkurang / tetap - Rasio kelembaban bertambah - t db tetap - t wb bertambah - Kelembaban relatif bertambah - Rasio kelembaban bertambah - t db berkurang - t wb bertambah/berkurang/tetap - Kelembaban relatif bertambah - Rasio kelembaban bertambah - t db berkurang - t wb berkurang - Kelembaban relatif bertambah - Rasio kelembaban tetap - t db berkurang - t wb berkurang - Kelembaban relatif bertambah / berkurang / tetap - Rasio kelembaban berkurang - t db tetap - t wb berkurang - Kelembaban relatif berkurang - Rasio kelembaban berkurang - t db bertambah - t wb bertambah/berkurang/tetap - Kelembaban relatif berkurang - Rasio kelembaban berkurang LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 16
2.7 Kapasitas Pendinginan Gambar skematik proses pendinginan secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.7. Koil Pendingin 1 2 Gambar 2.7 Skematik Proses Pendinginan Proses pendinginan pada Gambar 2.7 disertai dengan penurunan uap air atau pendinginan dan dehumidifikasi. Proses ini dilakukan dengan cara melewatkan udara pada koil pendingin atau ruangan semburan air dimana temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara sehingga terjadi penurunan kalor laten dan kalor sensibel. Jika di gambarkan pada karta psikrometrik maka proses pendinginan dan dehumidifikasi dapat dilihat pada Gambar 2.8. t wb1 t wb2 w 1 w 2 t db2 t db1 Gambar 2.8 Karta Psikrometrik Proses Pendinginan dan Dehumidifikasi LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 17
Pada proses pendinginan, udara akan mengalami penurunan pada temperatur udara kering. Secara umum, jika udara didinginkan atau dipanaskan dari kondisi 1 ke kondisi 2, maka berlaku atau... (1)...(2) dimana : q = daya yang dilepas oleh udara, [W] atau [Btu/hr]. = laju aliran massa udara kering, [kg d.a /s] atau [lb/hr]. = selisih entalpi udara kering kondisi 1 dan kondisi 2, [kj/kg d.a]. = entalpi udara kering pada kondisi 1, [kj/kg d.a] atau [Btu/lb]. = entalpi udara kering pada kondisi 2, [kj/kg d.a] atau [Btu/lb]. Dengan laju aliran massa udara kering : imana, = laju aliran massa udara kering, [kg/s d.a] atau [lb/hr]. ρ d.a = massa jenis udara kering, [kg d.a /m 3 ]. Q d.a = debit udara kering, [m 3 /s d.a].... (3) Dengan debit udara kering : Q d.a = V d.a x A...(4) dimana, Q d.a = debit udara kering, [m 3 /s d.a]. V d.a = kecepatan aliran udara kering, [m/s d.a]. A = luas permukaan aliran udara, [m 2 ]. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 18
2.8 Daya Listrik Ada 3 faktor yang perlu diperhatikan pada saat menentukan kebutuhan PK AC, yakni kapasitas pendinginan (cooling capacity) AC (BTU/hr British Thermal Unit per hour), daya listrik (Watt), dan daya kompresor AC. Sebagian orang mungkin lebih mengenal angka PK (Paard Kracht/Daya Kuda/Horse Power (HP)) pada AC. Sebenarnya PK itu adalah satuan daya pada compressor AC bukan daya pendingin AC. Namun PK lebih dikenal dibandingkan BTU/hr. LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26 o C 19