Gambar 2.1 Instalasi AC split

Bab II Tinjauan Pustaka 2.1. Alat Pengkondisian Udara Alat Pengkondisian udara pada bangunan mengatur mengenai kelembaban, pemanasan dan pendinginan udara didalam suatu ruangan. Pengkondisian ini bertujuan untuk memberikan kondisi udara yang nyaman bagi orang yang berada didalam suatu ruangan tersebut. Dengan berkembangnya informasi dan teknologi sekarang ini banyak dijumpai alat pengkondisian udara pada ruangan dengan menggunakan refrigeran hidrokarbon seperti musicool yang ramah lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon dibandingkan refrigeran sintetik. Alat pengkondisian udara pada AC split yang umum dipakai terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, katup ekspansi dan refrigeran sebagai fluida pendinginnya. Susunan atau rangkaian komponen untuk AC split terlihat seperti pada Gambar 2.1 (http://dc271.4shared.com/doc/1k9wh6l4/preview.html). Gambar 2.1 Instalasi AC split 6

2.2. Prinsip Kerja Prinsip kerja kondisi refrigeran dari sistem pengkondisian udara pada AC split di tunjukan seperti pada Gambar 2.2 (http://cvastro.com/cara-kerja-sistem-acruangan.htm). Gambar 2.2 Kondisi Refrigeran di Setiap Komponen Refrigeran uap bertekanan rendah dan bersuhu rendah dihisap kompresor melalui katup hisap lalu dikompresi menjadi refrigerant uap bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi pada kompresor dan dikeluarkan melalui katup buang menuju kondensor, sehingga pada kondensor tekanan refrigeran mejadi turun begitu juga dengan suhu karena pada kondensor terjadi pelepasan panas dan refrigeran berubah fasa menjadi cair. Sebelum memasuki katup ekspansi, refrigeran terlebih dahulu dilewatkan suatu penyaring (filter drier) yang berfungsi sebagai penyaring kotoran tetapi tidak berpengaruh pada suhu dan tekanan. Refrigeran cair bertekanan rendah yang keluar dari katup ekspansi kemudian memasuki evaporator, disini terjadi penyerapan kalor dari udara yang dilewatkan pada siripsirip evaporator, sehingga refrigeran berubah fasa menjadi refrigerant uap. Selanjutnya memasuki kompresor melalui sisi hisap, demikian ini berlangsung. 7

2.3. Komponen Utama Pada alat pengkondisian udara secara umum terdapat 5 (lima) komponen utama, yaitu evaporator, kompresor, kondensor, katup ekspansi dan filter drier. Untuk gambar komponen utama pada alat pengkondisian udara dapat dilihat sperti pada Gambar 2.3 (http://dc271.4shared.com/doc/1k9wh6l4/preview.html). Gambar 2.3 Komponen Utama Alat Pengkondisian Udara 2.3.1. Evaporator Evaporator adalah perangkat air conditioner yang terbuat dari lingkaran tembaga yang dililit dengan serpihan aluminium yang berbentuk kisi-kisi tipis dan rapat yang berfungsi debagai sarana merubah udara ruangan menjadi dingin karena sirkulasi yang dibantu oleh blower indoor. Untuk gambar evaporator dapat dilihat seperti pada Gambar 2.4. Gambar 2.4 Evaporator 8

2.3.2. Kompresor Kompresor adalah alat yang paling penting dalam sebuah rangkaian air conditioner dimana kompressor merupakan alat yang berfungsi merubah uap bertekanan rendah dan bertemperatur rendah dari evaporator menjadi uap bertekanan tinggi dan temperatur tinggi menuju kondensor. Untuk gambar kompresor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Kompresor 2.3.3. Kondensor Kondensor adalah alat yang mempunyai struktur yang sangat mirip dengan evaporator namun berfungsi untuk mencairkan refrigeran uap bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi dari kompresor dengan melepas panas yang di bantu fan. Untuk gambar kondensor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Kondensor 9

2.3.4. Filter Drier Filter drier adalah alat yang berfungsi sebagai penyaring kotoran yang mungkin ada dalam sistem air conditioner. Untuk gambar filter dryer dapat dilihat seperti pada Gambar 2.7 (http://www.cruiseac.com/filter-drier.php). Gambar 2.7 Filter Drier 2.3.5. Katup Ekspansi Katup ekspansi merupakan komponen penting dalam sistem air conditioner. Katup ini dirancang untuk mengontrol aliran cairan pendingin melalui katup orifice yang merubah wujud cairan menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup pemuaian dan memasuki evaporator Untuk gambar katup ekspansi dapat dilihat seperti pada Gambar 2.8 (http://www.partsnetcn.com/id/expansion-valve-191.html). Gambar 2.8 Katup Ekspansi 2.4. Refrigeran Refrigeran adalah substansi yang dipakai dalam sistem pengkondisian udara. Refrigeran yang akan dibicarakan di sini adalah refrigeran primer yaitu refrigeran yang dipakai dalam sistem, bukan refrigeran sekunder yang berperan sebagai media pada perpindahan panas dari obyek pendinginan. 10

Persyaratan refrigeran ideal antara lain (Arismunandar Wiranto, Saito Heizo, 2005) : 1. Tekanan penguapan harus cukup tinggi. Sebaiknya refrigeran memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efesiensi volumetric karena naiknya perbandingan kompresi. 2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi. Apabila tekanan pengembunan rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat dihindarkan. Selain itu, dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya. 3. Kalor laten penguapan harus tinggi. Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersikulasi lebih kecil. 4. Volume spesifik (terutama dalam fasa gas) yang cukup kecil. Refrigerasi yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersikulasi lebih kecil. 5. Koefisien prestasi harus tinggi. Dari segi karakteristik termodinamika dari refrigerant, koenfisien presentasi merupakan parameter terpenting untuk menentukan biaya operasi. 6. Konduktivitas termal yang tinggi. Sifat ini mempengaruhi kinerja penukar kalor (evaporator dan kondensor). Refrigeran dengan konduktivitas termal tinggi, lebih diinginkan dalam suatu refrigerasi. Oleh karena itu dapat menghasilkan kinerja penukar kalor yang baik (pada beda temperatur yang kecil antara penukar kalor (refrigeran) dan lingkungan, mampu menghasilkan laju perpindahan panas yang besar). 7. Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas. 11

Refrigeran dengan viskositas rendah lebih baik dalam sistem refrigerasi, karena dalam alirannya akan mengalami tahanan yang kecil. Hal tersebut akan memperkecil kerugian tekananya dalam pipa. 8. Konstanta dielektrika dari refrigerant yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. 9. Refrigeran tidak beracun dan berbau merangsang. 10. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak 11. Refrigerant hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai dan juga tidak menyebabkan korosi. 12. Refrigerant harus mudah dideteksi, jika terjadi kebocoran 13. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh. Refrigeran dalam perdagangan telah diklasifikasikan oleh ASRE (American Sociaty Of refrigerant Enginering). Standard ASRE membagi refrigerant dalam beberapa kelompok penting yaitu refrigeran halokarbon, refrigeran anorganik dan refrigeran hidrokarbon. 2.4.1. Refrigeran Halokarbon Refrigeran jenis ini tersusun dari campuran satu atau lebih atom halogen seperti fluorine, chlorine, iodine dan bromine. Beberapa refrigeran yang termasuk kelompok ini dapat dilihat pada Tabel 2.1, Tabel 2.2 dan Tabel 2.3 (Arismunandar Wiranto, Saito Heijo, 2000). 1. Methana series Table 2.1 Methana series Penomoran Nama kimia Nama kimia 11 12 13 22 23 32 Trikloromonofluoromethana Diklorodifluoromethana Monoklorotrifluoromethana Monoklorodifluorometahana Trifluoromethana Difluoromethana CCl 3 F CCl 2 F 2 CClF 3 CHClF 2 CHF 3 CH 2 F 2 12

2. Ethana series Tabel 2.2 Ethana series Penomoran Nama kimia Rumus kimia 113 114 125 134a 141b 142b 152a 1,1,2-trichlorofluoromethana 1,2-dichlorodifluoromethana Pethafluoroethana 1,1,1,2-tetrafluoroethana 1,1-dichloro-1-fluoroethana 1-chloro-1,1-difluoroethana 1,1-difluoroethana CCl 2 FCClF 2 CClF 2 CClF 2 CHF 2 CF 3 CH 2 FCF 2 CH 3 CClF CH 3 CClF 2 CH 3 CHF 2 3. Azetropic blend Tabel 2.3 Azetropic blend Penomoran Komposisi Rumus kimia 500 502 503 504 26,2% R-152a dan 73,8% R-12 51,2% R-115 dan 48,8% R-22 40,1% R-23 dan 59,9% R-13 48,2% R-32 dan 52,8% R-115 CCl 2 F 2 /CH 3 CHF 2 CHCl 2 F2/CCF 2 CF 3 CHF 3 /CClF 3 CH 2 F 2 /CF 3 CClF 2 2.4.2. Refrigeran Anorganik Refrigeran ini banyak digunakan pada awal alat pengondisia udara, yang termasuk refrigeran anaorganoik ini antara lain dapat dilihat pada Tabel 2.4 (Stoecker, Wilbert F, Jones Jerold W, Supratman Hara, 1992). 13

Tabel 2.4 Refrigeran Anorganik Penomoran Nama kimia Rumus kimia 717 718 729 744 764 Ammonia Air Udara Karbon dioksida Sulfur dioksida NH 3 H 2 O - CO 2 SO 2 2.4.3. Refrigeran Hidrokarbon Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrigeran, khususnya dipakai pada industri perminyakan dan petrokimia, yang termasuk kelompok refrigeran hidrokarbon dapat dilihat pada Tabel 2.5 (Bejo Nugroho, 2002). Table 2.5 Refrigeran Hidrokarbon Penomoran Nama kimia Rumus kimia 50 170 290 600 600a 1150 1270 Methana Ethana Propana n-butana Isobutana Ethylena Propylena CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH(CH 3 ) 3 CH 2 =CH 2 CH 3 CH=CH 2 14

2.5. Refrigeran yang digunakan didalam Pengujian 2.5.1. Refrigeran R-22 Refrigerant R-22 termasuk dalam refrigeran halokarbon, refrigeran ini banyak digunakan karena mempunyai kelebihan diantaranya tidak berbau, tidak mudah terbakar dan sangat stabil. Nama kimia dari R-22 adalah monoklorodifuorometana dengan rumus kimia CHCFL 2. R-22 merupakan sistem penomoran dalam kelompok halokarbon mengikuti pola sebagai berikut : angka pertama darikanan adalah jumlah atom flourin dalam ikatan, angka kedua dari kanan merupakan jumlah atom hidrogen ditambah angka satu dan angka ke tiga darikanan adalah jumlah atom karbon dikurangi satu (Stoecker, Wilbert F, Jones Jerold W, Supratman Hara, 1982). Untuk sifat fisik dan termodinamika R-22 dapat dilihat pada Tabel 2.6 (Ginanjar, 2013). Tabel 2.6 Sifat Fisik dan Termodinamika R-22 Propertis Normal boiling point (NBP), o C Temperatur kritis, o C Tekanan kritis, psia Panas jenis cairan jenuh pada 37.8 o C, Kj/Kg Panas jenis uap jenuh pada 37.8 o C, Kj/Kg Tekanan cairan jenuh pada 37.8 o C, Psia Kerapatan cairan jenuh pada 37.8 o C, kg/m 3 Kerapatan uap jenuh pada 37.8 o C, kg/m 3 Kerapatan uap jenuh pada NBP, kg/m 3 Konduktivitas Termal cairan jenuh pada 37.8 o C, w/mk Konduktivitas Termal uap jenuh pada 37.8 o C, w/mk Viskositas cairan jenuh pada 37.8 o C, upa-s Viskositas uap jenuh pada 37.8 o C, upa-s R-22-40.80 96 723.7 1.325 0.9736 210.7 1138 62.46 4.705 0.0778 0.0211 84.58 9.263 15

2.5.2. Refrigeran Musicool MC-22 Refrigeran Musicool MC-22 adalah refrigeran dengan bahan dasar hidrokarbon yang dihasilakan dari kilang migas yang dirancang sebagai pengganti refrigeran sintetik R-22 yang masih memiliki potensi merusak lingkungan dalam hal penipisan lapisan ozon dan pemansan global (Global Warming) (Raharjo, Samsudi, 2010). Komposisi refrigeran musicool terdiri dari 99,7% adalah propana, 0,15% adalah butana, dan 0,15% adalah iso butana. Karena 99,7% komposisi refrigeran musicool adalah propana, maka musicool dapat disebut juga sebagai propana (Firdaus, 2010). Refrigeran musicool MC-22 mempunyai sifat-sifat sebagai berikut (Raharjo, Samsudi, 2010) : 1. Refrigeran musicool tidak berbau dan tidak berwarna serta tidak beracun. 2. Rfrigeran musicool tidak mudah terbakar karena hanya kecil kemungkinan untuk terbakar. 3. Sifat kecepatan penguapan refrigeran musicool sangat cepat serta kecilnya volume gas musicool terhadap udara. 4. Tekanan yang diterima AC lebih ringan atau lebih rendah dengan menggunakan refrigeran musicool dibanding saat menggunakan refrigeran sintetik. Untuk sifat fisik dan termodinamika MC-22 dapat dilihat pada Tabel 2.7 (Ginanjar, 2013). 16

Tabel 2.7 Sifat Fisik dan Termodinamika MC-22 Propertis Normal boiling point (NBP), o C Temperatur kritis, o C Tekanan kritis, psia Panas jenis cairan jenuh pada 37.8 o C, Kj/Kg Panas jenis uap jenuh pada 37.8 o C, Kj/Kg Tekanan cairan jenuh pada 37.8 o C, Psia Kerapatan cairan jenuh pada 37.8 o C, kg/m 3 Kerapatan uap jenuh pada 37.8 o C, kg/m 3 Kerapatan uap jenuh pada NBP, kg/m 3 Konduktivitas Termal cairan jenuh pada 37.8 o C, w/mk Konduktivitas Termal uap jenuh pada 37.8 o C, w/mk Viskositas cairan jenuh pada 37.8 o C, upa-s Viskositas uap jenuh pada 37.8 o C, upa-s MC-22-32.90 115.5 588.6 2.701 2.003 134.4 503.5 17.12 1.642 0.0898 0.0194 103.6 7.997 2.6. Retrofit Retrofit adalah cara mengganti atau memasukan refrigeran lama dengan refrigeran yang baru. Misal dari bahan pendingin jenis sintetik dengan bahan pendingin hidrokarbon pada unit mesin pendingin. Pada proses retrofit hal-hal yang perlu dilakukan yaitu pengambilan data awal dan pengecekan kinerja kemudian recovery (pengambilan refrigeran lama), selanjutnya pemvakuman sistem, pengisian refrigeran dan pemeriksaan kinerja akhir setelah retrofit (Widodo, 2009). Sebelum kita melakukan retrofit perlu diketahui terlebih dahulu prosedur umum retrofit dengan refrigeran hidrokarbon (Widodo, 2009) : 1. Ruang kerja harus berventilasi cukup. 17

2. Dilarang merokok saat bekerja. 3. Hindari percikan api dalam radius minimal 10 meter dari daerah pengisian atau pembuangan refrigeran. 4. Menonaktifkana saklar listrik radius 2 meter dari daerah kerja pada saat pengisian atau pembuangan refrigeran. 5. Siapkan pemadam kebakaran manual (dari jenis powder). 6. Gunakan sarung tangan, kacamata dan peralatan keamanan yang lain untuk keselamatan kerja. Adapun beberapa prosedur yang harus dilakukan pada saat melakukan retrofit dengan menggunakan refrigeran hidrokarbon sebagai berikut (Widodo, 2009) : 1. Usahakan memperhatikan prosedur umum bekerja dengan refrigeran hidrokarbon. 2. Lakukan pemeriksaan fisik pada unit indoor dan unit outdoor pada alat pengkondisian udara. 3. Lakukan pemeriksaan fungsi komponen (catat performasi jika mungkin). 4. Lakukan pemeriksaan terhadap instalasi listrik seperti isolasi, saambungan kabel dan instalasi pemipaan pastikan tidak ada yang bocor. 5. Recovery. 6. Pemvakuman sistem. Recovery adalah proses pengambilan refrigeran dari dalam unit alat pengkondisian udara dipindahkan kedalam tabung penampung dengan bantuan mesin recovery. Refrigeran harus ditampung sesuai dengan jenisnya tidak boleh dicampur dan dibuang ke udara bebas (Widodo, 2009). Recovery dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Siap kan mesin recovery, manifold gauge, tabung penampung dan peralatan pendukung lainya. 2. Matikan alat pengkondisian udara dan tunggu 5 sampai 10 menit. 3. Siapkan manifold gauge dan sambungkan selang warna merah pada posisi tekanan tinggi, selang warna biru pada sisi tekanan hisab dan selang warna kuning disambungkan pada mesin recovery. 18

4. Siapkan mesin recovery lakukan proses recovery berlahan-lahan dan hati-hati dengan memperhatikan tekanan pada mesin recovery. Untuk lebih mempermudah recovery berikan pendingin pada tabung penampung. 2.7. Analisa Sistem Kompresi Uap 2.7.1. Siklus Carnot Siklus carnot secara termodinamika bersifat reversible secara skema siklus mesin kalor carnot dapat dilihat seperti pada Gambar 2.9 (Stoecker, Wilbert F, 1992). kalor dari sumber bersuhu tinggi 2 3 Kompresor Turbin 1 4 Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah Suhu ( o K) 2 3 1 4 Enntropi (Kj/kg K) Gambar 2.9 Skema Mesin Carnot Mesin Carnot menerima energi kalor pada suhu tinggi dan merubah sebagian menjadi kerja, kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada temperatur yang lebih rendah. Siklus refrigasi Carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin Carnot. Karena siklus refrigasi menyalurkan energi dari suhu rendah 19

menuju suhu yang lebih tinggi. Siklus refrigasi membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi suhu dari siklus refrigasi dapat dilihat seperti pada Gambar 2.10 (Stoecker, Wilbert F, 1992). Kalor menuju lingkungan yang bersuhu tinggi 3 Kondensor 2 Kerja Katup Ekspansi Kompresor Kerja Evaporator 4 1 Kalor dari sumber bersuhu rendah Suhu ( o K) Siklus proses refrigerasi carnot : 3 2 1-2 kompresi adiabatic Kerja bersih 2-3 pelepasan kalor isotermal 4 1 3-4 ekspansi adiabatic 4-1 pemanasan kalor isothermal Entropi (Kj/kg K) Gambar 2.10 Siklus Refrigerasi Carnot dan Diagram Siklus Refrigerasi Tujuan utama sistem refrigasi carnot adalah proses 4-1 penyerapan dari sumber bertemperatur rendah. Seluruh proses lainnya pada siklus tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga energi bertemperatur rendah dapat dikeluarkan ke lingkungan yang bertemperatur lebih tinggi. 20

2.7.2. Siklus Kompresi Uap Teoritis Siklus teoritis mengasumsikan bahwa uap refrigeran yang keluar dari evaporator dan masuk kompresor merupakan uap jenuh pada tekanan dan temperatur penguapan, refrigeran yang keluar kondensor dan masuk ke katup ekspansi berupa caiaran jenuh pada tekanan dan temperatur pengembunan. Untuk skema siklus kompresi uap teoritis dapat dilihat seperti pada Gambar 2.11 (Stoecker, Wilbert F, 1992). 3 Kondensor 2 Katup ekspansi Evaporator 1 4 Kompresor Suhu ( o K) Entalpi (Kj/kg) Suhu ( o K) Entropy (Kj/kg K) Gambar 2.11 Siklus Kompresi Uap Teoritis 21

Beberapa proses yang bekerja pada siklus refrigerasi : 1. Proses kompresi, berlangsung dari titik 1-2. Pada siklus teoritis diasumsikan refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi selama mengalir di jalur hisap. Pada proses ini uap refrigeran pada tekanan evaporasi dikompresi sampai pada tekanan kondensasi. Proses kompresi diasumsikan isentropik sehingga pada diagram tekanan entalpi, titik 1-2 berada pada satu garis entropi konstan. Pada titik 2 uap refrigeran berada pada kondisi superheat. Proses kompresi memerlukan kerja luar, entalpi uap naik yaitu dari h 1 ke h 2. Besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja mekanis yang dilakukan pada uap refrigeran. 2. Proses kondensasi, proses 2-2 dan 2-3 terjadi di kondensor. Uap panas refrigeran yang keluar dari kompresor didinginkan sampai pada temperatur kondensasi dan kemudian di kondensasikan. Titik 2 adalah kondisi refifigeran yang keluar dari kompresor. Pada titik 2 refrigeran berada pada kondisi uap jenuh pada tekanan dan temperatur kondensasi. Jadi proses 2-2 merupakan proses pendinginan sensible dari temperatur keluar kompresor menuju temperatur kondensasi. Proses ini terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara titik 2 dan 2. Proses 2-3 adalah proses kondensasi uap didalam kondensor. Proses kondensasi terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara 2-3. Besarnya panas total yang dikeluarkan di kondensor adalah jumlah antara panas yang dikeluarkan pada proses 2-2 ditambah panas yang dikeluarkan pada proses 2-3. Panas total ini berasal dari panas yang diserap oleh refrigeran yang menguap di dalam evaporator dan panas yang masuk karena adanya kerja mekanis pada kompresor. 3. Proses Ekspansi, berlangsung dari titik 3-4. Pada siklus standar diasumsikan tidak terjadi perubahan kondisi cairan refrigeran yang mengalir di dalam jalur cairan sampai ke throttling device. Kondisi refrigeran masuk ke alat pengontrol dinyatakan oleh titik 3. Pada proses ini terjadi penurunan tekanan refrigeran dari tekanan kondensasi titik 3 menjadi tekanan evaporasi titik 4. Pada Waktu cairan di ekspansikan melalui alat ekspansi ke evaporator, 22

temperatur refrigeran juga turun dari temperatur kondensasi ke temperatur evaporasi. Hal ini disebabkan oleh terjadinya penguapan sebagian cairan refrigeran selama proses ekspansi. Proses 3-4 merupakan proses ekspansi adiabatik di mana entalpi fluida tidak berubah disepanjang proses. Refrigeran pada titik 4 berada pada kondisi campuran cair dan uap. 4. Proses Evaporasi, pada proses 4-1 adalah proses penguapan refrigeran pada evaporator atau disebut juga efek refrigerasi (RE). Proses ini berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap. 2.7.3. Siklus Kompresi Uap Nyata Siklus kompresi uap yang sebenarnya terjadi (nyata) berbeda dari siklus teoritis. Perbedaan ini muncul karena adanya asumsi-asumsi yang ditetapkan di dalam siklus standar. Pada siklus nyata terjadi pemanasan lanjut uap refrigeran yang meninggalkan evaporator sebelum masuk ke kompresor. Pemanasan lanjut ini terjadi akibat tipe peralatan ekspansi yang digunakan atau dapat juga karena penyerapan panas di jalur masuk antara evaporator dan kompresor. Refrigeran cair sebenarnya juga mengalami subcooling sebelum masuk alat ekspansi. Perbedaan siklus kompresi uap yang sebenarnya terjadi (nyata) dengan siklus teoritis dapat dilihat seperti pada Gambar 2.12 (Stoecker, Wilbert, 1992). Tekanan (kpa) bawah dingin 3 penurunan tekanan 2 3 2 siklus standar siklus nyata 4 1 penurunan tekanan 1 panas lanjut Entalpi kj/kg Gambar 2.12 Perbandingan antara siklus standard dan siklus nyata 23

2.8. Efek Kenaikan Tekanan Hisap Kompresor Terhadap Kinerja Alat Pengkondisian Udara Semakin besar tekanan hisap kompresor maka semakin besar pula Coeffisient Of Performance (COP), peningkatan COP disebabkan karena adanya peningkatan efek refrigerasi dan penurunan dari kerja kompresor yang dihasilkan akibat perubahan enthalpi pada sisi masuk dan keluaran kompresor, begitu juga pada kondisi keluaran kondensor terjadi penurunan enthalpi, hal tersebut disebabkan karena perubahan tekanan. Semakin besar tekanan hisap kompresor maka efek refrigerasinya semakin besar pula, akibat dari peningkatan enthalpi pada titik hisap kompresor atau titik pada keluaran evaporator dan penurunan enthalpi pada titik sebelum masuk evaporator, yang disebabkan oleh perningkatan tekanan hisap kompresor. Tekanan hisap kompresor berbanding terbalik dengan daya kompresor diakibatkan oleh semakin kecil perubahan tekanan sehingga menyebabkan perubahan enthalpi dan perubahan penurunan laju aliran massa sehingga daya kompresor juga semakin menurun (Adi Purnawan, Suarnadwipa, I K.G. Wirawan, 2010). 2.9. Persamaan Matematika Siklus Kompresi Uap 2.9.1. Persamaan Energi Aliran Staedy Pada sistem refrigerasi, laju aliran massa tidak berubah dari waktu ke waktu (kalaupun ada hanya perubahan kecil), karena itu laju aliran dapat steady yang dilukiskan secara simbolis yang dapat dilihat pada Gambar 2.13. Keseimbangan energinya dapat dinyatakan sebagai berikut: besarnya energi yang masuk bersama aliran di titik 1 ditambah dengan besarnya energi yang ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang meninggalkan sistem pada titik 2 sama dengan besarnya perubahan energi di dalam volume kendali. Ungkapan matematika untuk keseimbangan energi ini adalah dirumuskan seperti pada Persamaan 2.1 (Stoecker, Wilbert F, 1992). 24

2 v 2 v de mh 1 1 2 gz1 q mh2 gz2 W 2 2 d...(2.1) Gambar 2.13 Keseimbangan energy pada seluruh volume atur yang sedang mengalami laju alirana steady Dimana : m h v z = Laju aliran massa refrigeran [kg/s] = Entalpi [J/Kg] = Kecepatan [m/s] = Ketinggian [m] g = Percepatan gravitasi = [9,81 m/s 2 ] Q W E = Laju aliran energi dalam bentuk kalor [w] = Laju aliran energi dalam bentuk kerja [w] = Energi dalam sistem [j] Oleh karena dibatasi pada masalah proses aliran steady. Maka tak ada perubahan harga E terhadap waktu, karena itu de/d = 0, dan persamaan energi aliran steady menjadi seperti pada Persamaan 2.2. 2 v 2 v mh 1 1 2 gz1 q mh2 gz2 W 2 2...(2.2) 25

2.9.2. Proses Kompresi Proses kompresi dianggap berlangsung secara adiabatik artinya tidak ada panas yang dipindahkan baik masuk ataupun keluar sistem. Dengan demikian harga q = 0. Perubahan energi kinetik dan potensial juga diabaikan, sehingga kerja kompresi dirumuskan seperti pada Persamaan 2.3 dan Persamaan 2.4 (Stoecker, Wilbert F. 1992). W = m (h 2 -h 1 )... (2.3) Wc = m ref (h 2 -h 1 )...(2.4) Di mana: Wc h 1 h 2 m ref = Daya kompresor [kj/s] = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kj/kg] = Entalpi refrigeran pada titik 2 [kj/kg] = Laju aliran massa refrigeran [kg/s] 2.9.3. Proses Evaporasi dan Kondensasi Pada proses evaporasi dan kondensasi perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan sehingga harga v 2 /2 dan g.z pada titik 1 dan titik 2 dianggap 0. Dari gambar 2.25 dan persamaan 2.1, laju aliran kalor pada proses evaporasi (kapasitas pendinginan) dirumuskan seperti pada Persamaan 2.5 (Stoecker, Wilbert F, 1992). Qe = m ref (h 1 -h 4 )...(2.5) Di mana: Q e h 1 h 2 m ref = Laju perpindahan kalor evaporasi (kapasitas pendinginan) [kw] = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kj/kg] = Entalpi refrigeran pada titik 4 [kj/kg] = Laju aliran massa refrigeran [kg/s] 26

Laju aliran kalor pada proses kondensasi (kapasitas pengembunan) dirumuskan seperti pada Persamaan 2.6 (Stoecker, Wilbert F, 1992). Di mana: Q k = m ref (h 2 -h 3 )...(2.6) Q k = Laju perpindahan kalor kondensasi (kapasitas pengembunan) [kw] h 1 = Entalpi refrigeran pada titik 2 [kj/kg] h 2 = Entalpi refrigeran pada titik 3 [kj/kg] m ref = Laju aliran massa refrigeran [kg/s] 2.9.4. Throttling Process Proses ini terjadi pada pipa kapiler atau pada katub ekspansi. Pada proses ini tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga w = 0. Perubahan energi kinetik dan potensial dianggap nol. Proses dianggap adiabatik sehingga q = 0. Persamaan energi aliran menjadi seperti pada Persamaan 2.7 (Stoecker, Wilbert F, 1992). h 3 = h 4 [kj/kg]...(2.7) 2.9.5. Efek Refrigerasi Efek refrigerasi adalah besarnya kalor yang diserap oleh refrigeran dalam evaporator pada proses evaporasi, dirumuskan seperti pada Persamaan 2.8 (Stoecker, Wilbert F, 1992). RE = h 1 -h 4...(2.8) Di mana: RE h 1 h 4 = Efek refrigasi [kj/kg] = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kj/kg] = Entalpi refrigeran pada titik 4 [kj/kg] 27

2.9.6. Koefisien Kinerja (COP) Koefisien kinerja dari sistem refrigerasi adalah perbandingan besarnya panas dari ruang pendingin (efek refrigerasi) dengan besarnya kerja yang dilakukan kompresor. Koefisien kinerja (COP) dirumuskan seperti padapersamaan 2.9 (Stoecker, Wilbert F, 1992). h1 h4 COP h h 2 1...(2.9) Sedangkan untuk kerja aliran massa udara dapat ditentukan dari hukum kontinuitas seperti pada Persamaan 2.15 dan Persamaan 2.16 (Stoecker, Wilbert F, 1992). Q = A.V...(2.15) m Q. ( AV. )...(2.16) Di mana: Q = Debit aliran udara [m 3 /det] A = Luas penampang [m 2 ] V = Kecepatan udara [m/det] = Massa jenis udara [kg/m 3 ) m = Laju aliran massa udara [kg/det] 2.10. Efektivitas Perpindahan Panas Efektifitas perpindahan panas merupakan perbandingan laju perpindahan pana yang sebenarnya terhadap laju perpindahan maksimum yang mungkin terjadi. Panas yang diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran sebesar jumlah efektifiltas perpindahan panas yang diberikan oleh udara. Sehingga menaikan suhu refrigeran sebagai penyebab turunnya temperatur udara pada keluaran evaporator. Besarnya nilai efektifitas perpindahan panas dapat dihitung dengan mengunakan Persamaan 2.17 (William C Reynolds, 1996). 28

Laju perpindahan kalor sesungguhnya Q.(2.17) Laju perpindahan kalor maksimum yang mungkin Q Laju perpindahan kalor yang mungkin dapat dihitung dengan mengunakan Persamaan 2.18. maks Q maks C c T h masuk T c masuk...(2.18) Sedangkan, laju perpindahan kalor sesungguhnya dapat dihitung dengan mengunakan Persamaan 2.19. Di mana: ε Q C h T h masuk T c keluar = Efektifitas perpindahan panas...(2.19) Ch = mh.cph, Laju aliran kapasitas panas [kj/s o C] Cc = mc.cpc, Laju aliran kapasitas dingin [kj/s o C] Th = Temperatur panas [ o C] Tc = Temperatur dingin [ o C] 29