PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA
UNTUK HYPERMARKET CARREFOUR DI PLAZA
AMBARRUKMO YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
No: 702 / TA / FT-USD / TM / September / 2006
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Yoyakarta 2006
Diajukan Oleh : YOHANES NIM : 035214006
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2007
YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
No: 702 / TA / FT-USD / TM / September / 2006
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Yoyakarta 2006
Diajukan Oleh : YOHANES NIM : 035214006
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2007
PERNYATAAN
Dengan ini penulis menyatakan bahwa Tugas Akhir ini belum pernah ada dan belum pernah diajukan di suatu Perguruan Tinggi manapun. Penulis dapat mempertanggung jawabkan bahwa Tugas Akhir ini merupakan hasil karya penulis yang otentik dan belum pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, Januari 2007
Penulis
Tugas Akhir ini saya persembahkan untuk ...
Tuhan Yesus Kristus yang telah membimbing saya selama ini, biarlah melalui
Tugas Akhirku ini, nama-Nya bisa dipermuliakan
Kedua Orang Tuaku, Papa dan Mama, Saudara-saudaraku, Paulus, Yosefa,
Stefanus yang tak pernah berhenti mendoakanku
Kekasihku Lia yang selama ini telah memberikan saya dorongan dan semangat
sehingga bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini
Teman-temanku TM’03 yang telah berjuang bersama-sama dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini
HALAMAN MOTTO
Jika aku sedih, aku akan tertawa
Jika aku tertekan, aku akan menyanyi
Jika aku berkelimpahan, kupikir masa kekurangan yang lalu
Jika aku miskin, kupikir kekayaan yang mendatang
Jika aku merasa sangat berkuasa, kucoba menghentikan angin
Jika aku merasa terlalu percaya, kuingat kegagalan masa laluku
Jika aku merasa tidak mampu, kuingat sukses masa laluku
Jika aku mendapat kekayaan melimpah, kuingat mulut-mulut yang kelaparan
Jika aku terlalu bangga, kuingat saat-saat aku lemah
Jika aku menikmati masa kejayaan, kuingat saat yang memalukan
(kutipan dari Rahasia Terbesar Dunia)
Visi tanpa tindakan hanyalah sebuah mimpi...
Tindakan tanpa visi hanyalah membuang waktu...
Visi dengan tindakan akan mengubah dunia
(Joel Arthur Barker)
Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu mata kuliah yang wajib ditempuh setiap Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini merupakan sarana penuangan pengetahuan yang telah diterima penulis dari perkuliahan awal semester hingga akhir semester.
Dalam Tugas Akhir ini membahas mengenai perancangan, pemilihan alat, perhitungan beban pendinginan dari Hypermarket Carrefour yang akan digunakan dalam perancangan sistem pengkondisian udara di Hypermarket Carrefour yang terletak pada Plaza Ambarrukmo Yogyakarta.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran, dan fasilitas yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis mohon maaf apabila ada nama yang terlupakan sehingga tidak disebutkan dalam ucapan terima kasih ini. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ir. Gregorius Heliarko, SJ, S.S., B.ST., M.A., M.Sc., selaku dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
2. Bapak Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku dosen pembimbing kami dalam menyelesaikan Tugas Akhir
3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
4. Seluruh dosen Teknik Mesin yang telah memberikan semangat dan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini
5. Rekan-rekan sekretariat, khususnya Ign. Tri Widaryanto yang telah membantu dalam segala urusan administrasi Tugas Akhir
6. Orang tua yang selalu memberikan dorongan dan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir
7. Emilia Christiani S (Lia) atas dorongan dan semangat yang terus diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir
8. Seluruh rekan mahasiswa teknik mesin angkatan 2003, khususnya Dani, Endro, Yosafat, Yandy, Purnomo, Ade, Fo Sin yang telah memberikan dorongan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir
Usaha yang penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penulisan ini. Saran dan kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan demi perbaikan dikemudian hari.
Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini memberikan manfaat bagi pembaca.
Penulis
Basically, human being require comfortable. It become the necessary for human being because felt is balmy, hence activity and or to be conducted will become better. One of the solving of in solving problem above is with condition of room that earning balmy to be occupied.
Air conditioning system is a process make cool or heat air so that can reach dampness and temperature matching with which qualify to condition of air from a certain room. Beside, arranging air stream and hygiene. In a few state, condition of air very needed to give freshness to all consumer.
Core of from system of air conditioning is cycle of refrigeration which consist of four step, that is evaporation step that happened in evaporator, do compress step that happened in compressor, do condensation step that happened in liquefier, and step of expansion or degradation of pressure that happened in spillway of expansion. Air conditioning system influenced by refrigeration burden which relate source of heat, that is sensible heat and latent heat. Sensible heat is the amount of heat that happened effect of change of temperature, while latent heat is heat effect of change of phase.
The result of air condition is obtaining a comfortable situation in certain room matching with desire of its consumer or obtaining of situation matching with purposes and objectives from air condition.
INTISARI
Pada dasarnya, manusia membutuhkan kenyamanan. Kenyamanan menjadi penting bagi manusia karena dengan merasa nyaman, maka aktivitas yang dilakukan ataupun yang akan dilakukan akan menjadi lebih baik. Salah satu penyelesaian dalam memecahkan masalah di atas adalah dengan mengkondisikan ruangan agar dapat nyaman untuk ditempati.
Pengkondisian udara adalah suatu proses mendinginkan atau memanaskan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Dalam beberapa negara, pengkondisian udara sangat diperlukan untuk memberikan kenyamanan bagi para penggunanya.
Inti dari sistem pengkondisian udara adalah siklus refrigerasi yang terdiri dari empat langkah, yaitu langkah penguapan yang terjadi di evaporator, langkah kompresi yang terjadi di kompresor, langkah pengembunan atau kondensasi yang terjadi di kondensor, dan langkah ekspansi atau penurunan tekanan yang terjadi di katup ekspansi. Sistem pengkondisian udara dipengaruhi oleh beban pendinginan yang mengacu pada sumber panas, yaitu panas sensibel dan panas latent. Panas sensibel adalah jumlah panas yang terjadi akibat perubahan suhu, sedangkan panas latent adalah panas akibat perubahan fase.
Hasil dari pengkondisian udara ini adalah diperolehnya suatu keadaan nyaman dalam ruangan tertentu yang sesuai dengan keinginan penggunanya atau diperolehnya suatu keadaan yang sesuai dengan maksud dan tujuan dari pengkondisian udara itu sendiri.
HALAMAN JUDUL ...………..………...…...i
HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS...………..……...ii
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING....………...…..…...iii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN....………..…...iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...v
HALAMAN PERSEMBAHAN ...vi
HALAMAN MOTTO ...vii
KATA PENGANTAR ...…....………...……viii
ABSTRACT ...x
INTISARI ...xi
DAFTAR ISI ...xii
DAFTAR TABEL ...xvii
DAFTAR GAMBAR ...xviii
BAB I. PENDAHULUAN ...1
1.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara ...………...1
1.2 Batasan Masalah ...2
1.3 Asumsi Perancangan ...3
1.4 Tujuan Perancangan ...4
1.5 Manfaat Perancangan Pengkondisian Udara ...4
1.6 Langkah-langkah Perancangan ...5
BAB II. DASAR TEORI ...6
2.1 Prinsip-prinsip Dasar Pengkondisian Udara ...6
2.2 Sistem Pengkondisian Udara dan Peralatannya ...7
2.2.1 Definisi Pengkondisian Udara ...8
2.2.2 Sistem Penyegaran Udara ...8
2.2.3 Faktor Pertimbangan Pemilihan Sistem AC ...16
2.2.4 Aplikasi Penyegaran Udara ...17
2.3 Komponen Utama Sistem Pengkondisian Udara ...20
2.3.1 Kompresor ...20
2.3.2 Kondensor ...27
2.3.3 Evaporator ...33
2.3.4 Katup Ekspansi ...35
2.3.5 Blower/ Evaporator Fan ...38
2.3.6 Filter Drier ...39
2.3.7 Thermostat ...39
2.3.8 Start Kontrol ...39
2.4 Komponen Pendukung Sistem Pengkondisian Udara ...40
2.4.1 Menara Pendingin (cooling tower) ...40
2.4.2 Kondensor dan Pendingin Evaporatif ...42
2.4.3 Pompa ...44
2.4.4 Rangkaian Pipa/ Saluran Udara ...45
2.5 Refrigeran ...47
2.5.1 Tinjauan Sifat Refrigeran ...47
BAB III PERHITUNGAN BEBAN PENDINGINAN ...62
3.1 Kondisi Umum Bangunan ...66
3.2 Perhitungan Beban Pendinginan Pada Lantai Ground ...68
3.2.1 Perpindahan Panas Melalui Bangunan ...69
3.2.2 Perpindahan Panas Melalui Radiasi Kaca ...76
3.2.3 Beban Pendinginan Karena Lampu Penerangan ...76
3.2.4 Beban Pendinginan Akibat Penghuni Ruangan ...77
3.2.5 Beban Pendinginan Akibat Peralatan Elektronik ...79
3.2.6 Beban Pendinginan Akibat Perembesan/ Infiltrasi ...80
3.2.7 Beban Pendinginan Akibat Ventilasi ...81
3.2.8 Beban Pendinginan Akibat Sumber Lain ...82
3.2.9 Diagram Psikometri ...83
3.3 Perhitungan Beban Pendinginan Pada Lantai Lower Ground ……89
3.4 Beban Pendinginan Total ………90
BAB IV PEMILIHAN KOMPONEN UTAMA ………...95
4.1 Diagram Mollier ……….95
4.2 Pemilihan Refrigeran ………..98
4.2.1 Refrigeran 22 (R-22) ……….……100
4.2.2 Refrigeran HFC-134a ……….…..103
4.2.3 Refrigeran CO2 ……….…....106
4.3 Pemilihan Kompresor ……….…...110
4.4 Pemilihan Kondensor ……….…...114
4.5 Perancangan Katup Ekspansi ...121
4.6 Perancangan Evaporator ...124
BAB V PEMILIHAN KOMPONEN PENDUKUNG ...132
5.1 Menara Pendingin (cooling tower) ...132
5.2 Pompa dan Perpipaan ...135
5.2.1 Perancangan Pompa Air Pendingin Kondensor-CT ...136
5.2.2 Perancangan Pompa Air Pendingin Evaporator-CT ...139
5.3 Perancangan Blower/ Fan Evaporator ...143
5.4 Perancangan Saluran Udara (ducting) ...145
BAB VI PENGOPERASIAN, PEMELIHARAAN, DAN PERAWATAN MESIN PENGKONDISIAN UDARA ...149
6.1 Operasional Water Chiller ...149
6.1.1 Kontrol Suhu Air Dingin Produk Chiller ...151
6.1.2 Kontrol Tekanan ...152
6.1.3 Kontrol Overload ...153
6.1.4 Kontrol Pelumasan Kompresor ...153
6.2 Pemeliharaan dan Perawatan Unit Mesin Pengkondisian Udara ..153
6.2.1 Evaporator ...153
6.2.2 Kondensor ...154
6.2.3 Kompresor ...154
LAMPIRAN ...164
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Luas Bangunan Hypermarket Carrefour ...67 Tabel 3.2 Harga Konduktivitas Panas Bahan ………..69 Tabel 3.3 Koefisien Perpindahan Panas Dinding Bangunan Bagian Utara …….72 Tabel 3.4 Peritungan Beban Pendinginan Lantai Lower Ground ………91 Tabel 3.5 Perhitungan Beban Pendinginan Lantai Ground ...93 Tabel 5.1 Dimensi Saluran Udara (ducting) ………...147
Gambar 2.1 Aplikasi Sistem Udara Penuh ...9
Gambar 2.2 Aplikasi Sistem Air-Udara ...9
Gambar 2.3 Unit FCU dengan Pemasukan Udara Luar Secara Langsung ...11
Gambar 2.4 Unit Pengolah Udara ...12
Gambar 2.5 Unit Koil Kipas Udara ...13
Gambar 2.6 (a) Unit Induksi Jenis Tekanan Tinggi ...13
Gambar 2.6 (b) Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah ...14
Gambar 2.7 Penyegar Udara Paket ...15
Gambar 2.8 Pendingin Ruangan Jenis Jendela ...16
Gambar 2.9 Kompresor Torak dengan 16 Silinder untuk Amonia ...21
Gambar 2.10 Kompresor Sentrifugal ...23
Gambar 2.11 Pandangan Urai dari Bagian-bagian Utama Kompresor Sekrup ...24
Gambar 2.12 Penampang Kompresor Semi Hermetik ...25
Gambar 2.13 Kompresor Putar Hermetik ...27
Gambar 2.14 Kondensor Berpendingin Air Berbentuk Tabung dan Pipa ...29
Gambar 2.15 Kondensor Tabung dan Koil ...30
Gambar 2.16 Kondensor Jenis Pipa Ganda ...31
Gambar 2.17 Kondensor Berpendingin Udara ...32
Gambar 2.18 Evaporator Pendingin Udara ...34
Gambar 2.19 Evaporator Pendingin Air ...34
Gambar 2.20 Katup Ekspansi Thermostatik ...36
Gambar 2.21 Katup Ekspansi Manual ...37
Gambar 2.22 Katup Ekspansi Tekanan Konstan ...38
Gambar 2.23 Menara Pendingin Aliran Berlawanan ...41
Gambar 2.24 Menara Pendingin Jenis Aliran Melintang ...42
Gambar 2.25 Kondensor Evaporatif dalam Suatu Sistem Refrigerasi ...43
Gambar 2.26 Bagian Koil Sebuah Kondensor Evaporatif ...43
Gambar 2.27 Pompa Pendistribusian Air Dingin ke AHU ………....44
Gambar 2.28 (a) Siklus Kompresi Nyata Dibandingkan dengan Siklus Ideal ...60
Gambar 2.28 (b) Diagram Aliran Refrigeran ...60
Gambar 4.1 Perjalanan Suhu Pada Siklus Kompresi Uap ...99
Gambar 5.1 Rangkaian Ducting dalam Satu AHU ...147
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara
Manusia selalu mencoba menyesuaikan diri dan mempertahankan
hubungannya dengan lingkungan di mana ia berada. Orang akan mencari tempat
berteduh apabila hari sangat panas. Sedangkan apabila cuaca buruk, ia akan
berusaha mencari tempat yang dapat melindunginya dari angin, hujan, dan
kedinginan.
Jika seorang berada di dalam suatu ruangan tertutup untuk waktu yang
lama pada suatu ketika ia akan merasa kurang nyaman. Sehubungan dengan hal
tersebut, maka dalam tahun 1777 seorang ahli kimia bernama Lavoisier
mengadakan serangkaian penelitian. Ia kemudian menerangkan bahwa kenaikan
kadar CO2 di dalam ruangan sebagai akibat pernafasan manusia, akan
menyebabkan sesak dan panas. Sementara itu pada tahun 1858 Max von
Pettenkofer, seorang ahli dalam bidang kesehatan, mengajukan sebuah hipotesa
yang menyebutkan bahwa manusia menghembuskan zat beracun, yaitu CO2.
Namun, pada tahun 1905 seorang ahli kesehatan yang lain, yaitu Frugge,
mengemukakan sebuah teori yang masih berlaku sampai sekarang. Ia menyatakan
bahwa manusia dapat diibaratkan sebagai motor bakar; manusia harus
2
Jika panas tersebut tidak dapat keluar dari badan manusia, misalnya karena
temperatur dan kondisi udara sekelilingnya tidak memungkinkan hal tersebut
terjadi dengan baik, maka ia akan merasakan suatu keadaan yang tidak
menyenangkan.Oleh karena itu , dibutuhkannya suatu proses pengkondisian udara
untuk menyegarkan udara itu sendiri.
Pengkondisian udara adalah suatu proses mengkondisikan udara sehingga
dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang
dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan terentu dan merupakan
usaha untuk memberikan kenyaman dan kesegaran kerja, tetapi juga untuk
memungkinkan suatu proses berlangsung dengan baik, atau untuk melindungi
mesin dan alat tertentu supaya tidak cepat rusak.
Dalam pengaplikasiannya, sistem pengkondisian udara (AC) dibedakan
dalam empat macam tipe:
1) Sistem udara penuh
2) Sistem air-udara
3) Sistem air penuh
4) Sistem pengkondisi udara tunggal
Keempat macam sistem ini selanjutnya akan dibahas pada Bab II.
1.2 Batasan Masalah
Dalam perancangan sistem pengkondisian udara, penulis merancang
sistem pengkondisian udara untuk Hypermarket Carrefour lantai lower ground
Berdasarkan faktor-faktor pertimbangan pemilihan jenis pengkondisian
udara, penulis menggunakan sistem pengkondisian udara dengan sistem air penuh
yang menggunakan air sebagai refrigerannya (water chiller).
Sistem pengkondisian udara water chiller akan dirancang pada bulan
September 2006 pada pukul 14.00 WIB dengan memperhatikan sifat-sifat udara
pada bulan serta waktu perancangan.
1.3 Asumsi Perancangan
Dalam perancangan sistem pengkondisian udara ini, ada beberapa asumsi
yang diperlukan, yaitu:
1) Suhu udara lingkungan luar Carrefour (suhu di luar Plaza
Ambarrukmo) merata pada suhu 33 oC (91,4 F)
2) Suhu udara rancangan di dalam Hypermarket Carrefour pada lantai
lower ground dan lantai ground sama dengan suhu udara rancangan
pada Gedung Plaza Ambarrukmo, diasumsikan merata pada suhu 22
o
C (71,6 oF) dengan kelembaban udara 55 %
3) Rancangan dilakukan pada bulan September 2006 pada pukul 14.00
WIB
4) Pada perancangan ini menggunakan saluran udara (ducting) untuk
menyalurkan udara yang telah dikondisikan, udara segar, maupun
untuk saluran exhaust dimana ukuran dimensi dari ducting-ducting
4
1.4 Tujuan Perancangan
Tujuan perancangan ini adalah merancang sistem pengkondisian udara
untuk Hypermarket Carrefour lantai lower ground dan lantai ground yang
meliputi:
1) Pengaturan suhu udara
Pengaturan suhu udara dilakukan untuk memberikan rasa nyaman bagi
para pengunjung maupun para pekerja yang ada di Carrefour serta
untuk perawatan produk-produk tertentu.
2) Pengaturan kelembaban
Untuk merancang pengkondisian udara pada suhu tertentu, diperlukan
juga pengaturan kelembaban yang harus sesuai dengan suhu yang akan
dikondisikan.
3) Pengaturan kebersihan udara
Pengaturan kebersihan udara menyangkut dengan udara segar yang
akan masuk ke dalam gedung Hypermarket Carrefour
4) Pengaturan pendistribusian udara
Pengaturan pendistribusian udara akan dilakukan dengan proses
ducting, di mana udara yang telah dikondisikan akan disalurkan ke tempat-tempat tertentu sesuai dengan perancangan suhunya.
1.5 Manfaat Perancangan Pengkondisian Udara
Manfaat dasar dari perancangan sistem pengkondisian udara dibagi
1) Pengkondisian udara untuk kenyamanan
Mengkondisikan udara dari ruangan untuk memberikan kenyamanan
kerja bagi orang yang melakukan kegiatan di dalam komplek
Hypermarket Carrefour
2) Pengkondisian udara untuk pengamanan produk
Mengkondisikan udara dari ruangan untuk pengaman produk-produk
tertentu, misalnya alat-alat elektronik dan bahan makanan tertentu.
1.6. Langkah-langkah Perancangan
Ada beberapa langkah yang harus diperhatikan dalam perancangan sistem
pengkondisian udara, yaitu:
1) Menghitung beban pendinginan
2) Merancang mesin pendingin
3) Pemilihan sistem hidronik
4) Perancangan sistem ducting
6
BAB II DASAR TEORI
2.1 Prinsip-Prinsip Dasar Sistem Pengkondisian Udara
Dalam setiap fluida terdapat molekul-molekul yang saling berhubungan
satu sama lain. Jika fluida tersebut dipanaskan, maka molekul-molekul yang
menyusun struktur fluida tersebut akan bergerak lebih cepat yang artinya
temperature fluida akan naik. Dalam hal ini, proses tersebut disebut dengan energi
dalam fluida bertambah, dan begitu juga sebaliknya bila fluida didinginkan,
molekul-molekul fluida akan bergerak lebih lambat yang artinya temperature
fluida akan turun.
Dalam hukum Termodinamika I, energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan, tetapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energi lain. Energi
didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Panas yang dihasilkan
merupakan salah satu bentuk energi.
Menurut hukum Termodinamika II, bahwa perpindahan panas akan terjadi
dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah, dengan cara:
1) Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas pada fluida yang diam, bisa fluida
penampang, perbandingan temperatur antara dua sisi, harga k
(konduktivitas panas) bahan, lama perpindahan panas yang terjadi.
2) Konveksi
Konveksi merupakan perpindahan panas melalui perpindahan fluida
(adanya aliran fluida), baik gas atau cairan, dibedakan dalam konveksi
alamiah dan konveksi paksa (bisa menggunakan blower atau fan untuk
melakukan perpindahan panas secara cepat). Faktor yang
mempengaruhi konveksi ini adalah dimensi benda, suhu dan
karakteristik permukaan, kecepatan aliran, viskositas berat jenis, panas
jenis (Cp), harga h (koefisien konveksi)
3) Radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas yang melalui pancaran sinar atau
gelombang elektromagnetik. Panas radiasi segera diserap oleh benda
atau material yang berwarna gelap atau suram, tetapi benda yang muda
warnanya, sebagian panas dipantulkan kembali, hanya sedikit panas
yang diserap.
2.2 Sistem Pengkondisian Udara dan Peralatannya
Dalam perancangan sistem pengkondisian udara, terlebih dahulu kita harus
mengetahui definisi dari pengkondisian udara serta alat-alat yang mendukung
8
2.2.1Definisi Pengkondisian Udara
Pengkondisian udara adalah suatu proses mendinginkan atau memanaskan
udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan
yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu,
mengatur aliran udara dan kebersihannya. Dalam beberapa negara, pengkondisian
udara sangat diperlukan untuk memberikan kenyamanan bagi para penggunanya.
2.2.2Sistem Penyegaran Udara
Untuk mengatur suhu dan kelembaban, ada dua cara, yaitu dengan
mengatur aliran rerigeran tanpa mengubah aliran udara (volume konstan,
temperatur variabel) atau mengatur besar aliran udara tanpa mengubah aliran
refrigeran (volume variabel, temperatur konstan). Dalam aplikasinya, sistem
pengkondisian udara (AC) dibedakan dalam empat macam tipe :
1) Sistem udara penuh
Pada sistem udara penuh ini, udara segar masuk melalui koil pendingin
dan langsung didistribusikan ke dalam ruangan. Sedangkan untuk
udara balik tidak melalui koil pendingin, tapi langsung di sirkulasikan
kembali ke dalam ruangan, atau sengaja dilewati ke dalam koil
pendingin, atau bahkan dibuang keluar. Itu semua tergantung dari
perancang. Sistem udara penuh ini menggunakan mesin pendingin
refrigeran dan biasanya digunakan untuk melayani keperluan
pengkondisian udara pada ruangan-ruangan berukuran besar,
contohnya pada koridor hotel. Untuk mengetahui pengaplikasian
Gambar 2.1 Aplikasi sistem udara penuh (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 75)
2) Sistem air-udara
Dalam sistem air-udara, udara segar yang masuk ke ruangan sudah
didinginkan terlebih dahulu. Unit koil kipas udara atau unit induksi
dipasang di dalam ruangan yang akan dikondisikan. Air dingin (dalam
hal pendinginan) atau air panas (dalam hal pemanasan) dialirkan ke
dalam unit tersebut, sedangkan udara ruangan dialirkan melalui unit
tersebut sehingga menjadi dingin atau panas. Sistem ini biasanya
dipergunakan untuk melayani pengkondisian udara pada ruangan yang
berukuran kecil, contohnya pada kamar-kamar hotel. Pengaplikasian
sistem air-udara dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Aplikasi system air-udara (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 78)
(A) Sistem unit induksi
10
3) Sistem air penuh
Pada sistem air penuh, air dingin dialirkan melalui unit koil kipas
udara, untuk pengkondisian udara. Dalam hal ini, udara segar yang
diperlukan untuk ventilasi dimasukkan sebagai melalui celah-celah
pintu atau jendela, atau, udara luar yang terisap langsung melalui
lubang masuk pada dinding, di sebelah belakang unit koil kipas udara
yang bersangkutan. Hal ini akan menyebabkan ventilasi yang kurang
baik. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, udara ventilasi
dimasukkan ke dalam ruangan melalui saluran khusus yang sengaja
dibuat di belakang koil pendingin (dibuat ducting). Pada sistem ini,
udara segar dan udara balik akan melewati koil pendingin, seperti
terlihat pada Gambar 2.3. Sistem ini menggunakan air sebagai
refrigerannya dan biasa digunakan untuk melayani pengkondisian
udara pada ruangan berkapasitas besar, contohnya pada komplek
pertokoan.
Ada dua cara untuk mengatur suhu dan kelembaban, yaitu dengan
mengatur aliran refrigeran tanpa mengubah aliran udara (volume
konstan, temperatur variabel) dan dengan cara mengatur besar aliran
udara tanpa mengubah aliran refrigeran (volume variabel, temperatur
konstan).
Gambar 2.3 Unit FCU dengan pemasukan udara luar secara langsung (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 82)
4) Sistem pengkondisi udara tunggal
Sistem ini terdiri dari kipas udara, koil udara pendingin dan mesin
refrigerasi yang berada di dalam satu kotak, dengan terminal pipa air
pendingin dan daya listrik di bagian luarnya. Empat jenis contoh
penyegar udara yang termasuk dalam sistem ini, yaitu jenis paket, jenis
jendela, jenis lantai, dan jenis atap. Sistem pengkondisi ini pada
umumnya dipergunakan untuk rumah, gudang, dan gedung-gedung
yang tidak memerlukan pengaturan temperatur dan kelembaban yang
teliti. Selain itu, sistem ini banyak dipergunakan sebagai pembantu
atau untuk mengatasi keadaan darurat, apabila sistem penyegar udara
utama dihentikan atau mengalami kerusakan.
Untuk melakukan pendistribusian udara yang telah dikondisikan,
dibutuhkan unit-unit pendistribusian itu sendiri yang dibedakan ke dalam lima
12
1) Pengkondisian Udara Sentral
Pengkondisian udara sentral merupakan dasar dari kebanyakan jenis
pengkondisian udara yang terdiri dari motor listrik dan kipas udara,
koil udara, pelembab udara dan saringan udara, semuanya terletak di
dalam satu kotak. Jenis pengkondisian udara ini dinamai unit pengolah
udara (Air Handling Unit/ AHU) seperti terlihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Unit pengolah udara (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 87)
2) Unit Koil Kipas Udara
Unit koil kipas udara atau lebih dikenal dengan Fan Coil Unit (FCU)
adalah penyegar udara kecil yang dipergunakan di dalam ruangan,
yang terdiri dari kipas udara, motor listrik, koil udara dan saringan
udara yang terletak dalam satu kotak, seperti terlihat pada
Gambar 2.5. Bila dibandingkan dengan AHU, FCU lebih cenderung
untuk melayani pengkondisian udara untuk ruangan yang berkapasitas
lebih kecil
Gambar 2.5 Unit koil kipas udara
(Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal. 88)
3) Unit Induksi
Unit induksi atau sering disebut dengan pengkondisian udara jenis split
dipasang langsung di dalam ruangan. Unit ini mempunyai kotak udara,
nosel, koil udara balikdan penutup. Pengkondisian udara jenis unit
induksi dapat dilihat pada Gambar 2.6.
14
Gambar 2.6(b) Unit induksi jenis tekanan rendah (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal.89)
4) Pengkondisian Udara jenis Paket
Pengkondisian udara jenis paket terdiri dari peralatan penyegar dan
refrigeran yang terletak dalam satu rumah. Seperti terlihat pada
Gambar 2.7 yang menunjukkan sebuah konstruksi, di mana komponen
dari penyegar udara tersebut yang terdiri dari kipas udara, koil udara,
saringan udara dan bak penampung yang terletak di bagian atas dari
rumah. Pengkondisian udara jenis paket, semula ditujukan untuk
pendinginan, tetapi juga dipergunakan untuk pemanasan apabila
dilengkapi dengan koil pemanas yang bekerja dengan uap atau air
Gambar 2.7 Penyegar udara paket (Arisnmunandar, Pengkondisian Udara, hal.91)
5) Pengkondisian Udara Kamar
Pengkondisian udara kamar atau pengkondisian udara jenis jendela
adalah pengkondisi udara paket berukuran kecil dengan kapasitas
pendinginan antara 0.5 sampai 2 TR; tersedia dalam jenis lantai,
langit-langit, jenis dinding, dan jenis jendela. Gambar 2.8 menunjukkan
konstruksi pengkondisian udara jenis jendela dengan kompresor torak
16
Gambar 2.8 Pendingin ruangan jenis jendela (Arismunandar, Penyegar Udara, hal. 93)
2.2.3Faktor Pertimbangan Pemilihan Sistem Pengkondisian Udara
Ada beberapa faktor pertimbangan pemilihan sistem pengkondisian udara
yang meliputi:
1) Faktor kenyamanan
Kenyamanan dalam ruangan pada umumnya ditentukan oleh parameter
temperatur radiasi rata-rata, aliran udara, kebersihan udara, bau,
kualitas ventilasi, serta tingkat kebisingan.
2) Faktor ekonomi
Dalam proses pemasangan, operasi dan perawatan, serta sistem
pengaturan yang akan dipergunakan, haruslah diperhitungkan pula
perawatan, serta biaya penggunaan daya listrik yang akan
dipergunakan.
3) Faktor operasi dan perawatan
Sistem pengkondisian udara yang paling disukai adalah sistem yang
mudah difahami konstruksinya, susunan dan cara menjalankannya.
Beberapa faktor pertimbangan operasi dan perawatan ini meliputi
konstruksi yang sederhana, tahan lama, mudah direparasi jika terjadi
kerusakan, mudah dicapai, mudah dalam perawatannya, dapat
melayani perubahan dalam pengkondisian operasi, serta mempunyai
efisiensi yang tinggi.
Penggunaan sistem pengkondisian udara air penuh water chiller yang akan
digunakan dalam perancangan ini akan lebih menguntungkan dari segi faktor
ekonomi yang akan menghemat biaya penggunaan daya listrik. Berat jenis dan
panas spesifik air lebih besar dari pada udara sehingga lebih cepat menyerap
panas, maka baik daya yang diperlukan untuk mengalirkan maupun ukuran pipa
yang diperlukan untuk memindahkan panas lebih kecil. Dilihat dari segi faktor
pemasangannya serta perawatannya , sistem ini termasuk sistem yang sederhana
karena sistem water chiller ini dipasangkan bersamaan dengan pembangunan
gedung yang akan diberikan sistem pengkondisian udara tersebut.
2.2.4 Aplikasi Penyegaran Udara
Sudah lama sebelumnya, orang mengetahui tentang cara mengatasi
kedinginan dengan menghangatkan ruangan, yaitu dengan membakar kayu atau
18
dapat mendinginkan udara dari ruangan di mana kita berada, supaya merasa lebih
nyaman dan terhindar dari pengaruh panas udara sekitarnya. Oleh karena itu,
terutama di daerah beriklim panas, pengkondisian udara merupakan suatu
kebutuhan yang tidak lagi mengandung arti kemewahan. Pengkondisian udara
lazim digunakan untuk melayani keperluan hotel besar, gedung pertemuan,
kantor, industri, rumah sakit, toko, rumah makan, bahkan juga tempat tinggal.
Berikut contoh aplikasi sistem pengkondisian udara untuk berbagai macam
gedung:
1) Gedung Kantor
Pengkondisian udara diperlukan untuk memberikan kenyamanan
lingkungan kerja bagi para karyawan sehingga dapat meningkatkan
evektivitas dan produktivitas kerja. Dalam banyak hal pengkondisian
udara itu juga diadakan untuk melindungi peralatan kantor.
2) Hotel
Pengkondisian udara diperlukan untuk memberikan kenyaman bagi
para tamu yang menginap di hotel tersebut.
3) Rumah Sakit
Rumah sakit terdiri dari beberapa bagian, misalnya bagian penyakit
dalam, bedah, kebidanan, patologi, dan sebagainya, termasuk bagsal,
klinik dan ruang perawatan serta perlengkapannya yang lain;
pengkondisian udara diperlukan untuk memberikan rasa nyaman bagi
peralatan rumah sakit maupun dalam pembuatan obat-obatan yang
membutuhkan pengaturan suhu tertentu.
4) Pusat Pertokoan
Selain untuk memberikan rasa nyaman kepada para pengunjung,
sistem pengkondisian udara diperlukan untuk perawatan terhadap
barang-barang elektronik serta pengawetan bahan-bahan makanan
yang dijual di dalam pusat pertokoan tersebut.
5) Gedung Bioskop, Gedung Pertemuan Umum, Tempat-tempat Ibadah
Pengkondisian udara dibutuhkan untuk memberikan rasa nyaman bagi
para pengunjungnya.
6) Industri
Sistem pengkondisian udara dalam dunia industri dibagi menjadi dua
golongan, yaitu pengkondisian udara untuk kenyamanan, untuk
memberikan kenyamanan lingkungan kerja bagi karyawan; dan
pengkondisian udara industri, untuk mengatur temperatur dan
kelembaban dari udara yang dipergunakan dalam proses produksi,
penyimpanan dan lingkungan kerja mesin. Dari kesemuanya itu, faktor
yang terpenting adalah segi ekonomisnya, setelah terlebih dahulu
mempertimbangkan terjaminnya mutu produksi dan usaha
meningkatkan produktivitasnya.
7) Tempat Tinggal
Karena banyaknya ragam dari bentuk rumah yang ada, sehingga
20
macam. Namun, penggunaan sistem pengkondisian udara tersebut
untuk memberikan rasa nyaman bagi penghuninya.
2.3 Komponen Utama Sistem Pengkondisian Udara
Penemuan siklus refrigerasi dan perkembangan mesin refrigerasi merintis
jalan bagi pembuatan dan penggunaan mesin pengkondisian udara. Komponen
utama dari sistem refrigerasi adalah:
1) Kompresor
2) Kondensor
3) Evaporator
4) Katup Ekspansi
Dalam hal tersebut, kompresor berfungsi mengalirkan dan menaikkan
tekanan gas refrigeran, yang selanjutnya dicairkan di dalam kondensor. Dari
kondensor, refrigeran cair diuapkan dengan menyemprotkannya melalui katup
ekspansi, ke dalam evaporator yang bertekanan rendah. Refrigeran yang menguap
di dalam evaporator menyerap panas dari udara yang ada di sekitarnya.
2.3.1 Kompresor
Kompresor merupakan alat yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan
tekanan dengan mengkompresi fluida yang ada di dalamnya. Berdasarkan sistem
kerjanya, kompresor dibagi dalam beberapa jenis, yaitu:
1) Kompresor Torak
Kuda beban bagi industri refrigerasi adalah kompresor torak
beberapa puluh W hingga ratusan kiloW kapasitas refrigerasi (daya
penggerak kompresor berkisar antara 3,7 sampai 200 kW).
Kompresor-kompresor modern bersifat “single-acting”, bersilinder tunggal atau
multisilinder. Pada kompresor-kompresor multisilinder,
silinder-silindernya dapat disusun berbentuk V, W, radial, atau lurus.
Kompresor dalam Gambar 2.9 mempunyai 16 silinder, 2 silinder
dalam setiap kepala (head). Pada saat berlangsung langkah hisap
piston, gas refrigeran yang bertekanan rendah ditarik masuk melalui
katup hisap piston atau di kepala kompresor. Pada saat lamgkah buang,
piston menekan refrigeran dan mendorongnya keluar melalui katup
buang, yang biasanya terletak pada kepala silinder.
Gambar 2.9 Kompresor torak dengan 16 silinder untuk amoniak (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.195)
2) Kompresor Sentrifugal
Kompresor sentrifugal melayani sistem-sistem refrigerasi yang
22
ganda dapat diturunkan hingga -50 sampai -100oC, walaupun
penggunaanya yang terbanyak adalah untuk mendinginkan air hingga
kira-kira 6 atau 8 oC di dalam sitem pengkondisian udara. Pandangan
potongan suatu sistem refrigerasi lengkap yang meggunakan
kompresor sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.10
Konstruksi kompresor sentrifugal sama dengan pompa sentrifugal,
fluida memasuki mata impeller yang berputar dan kemudian
dilemparkan kearah lingkaran luar impeller dengan gaya sentrifugal.
Sudu-sudu impeller meninggikan putaran gas tersebut dan
membangkitkan tekanan. Dari impeller ini, gas mengalir ke sudu-sudu
penghambur atau ruang spiral (volute), di mana sejumlah energi
kinetik diubah menjadi tekanan. Kompresor sentrifugal dapat dibuat
dengan satu roda bila diinginkan perbandingan tekanan yang rendah,
walaupun mesin-mesin tersebut umumnya bertingkat ganda.
Kompresor-kompresor sentrifugal bekerja dengan kompresi adiabatic,
Gambar 2.10 Kompresor sentrifugal
(Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.213)
3) Kompresor Sekrup/ Ulir Putar (Rotary Screw Compressors)
Pada awalnya, kompresor ini dirancang untuk memperoleh kompresor
udara tanpa minyak pelumas, memiliki dua buah rotor yang
berpasangan, berturut-turut dengan gigi jantan dan gigi betina. Namun,
dalam beberapa tahun terakhir ini, kompresor sekrup dibuat juga untuk
dipergunakan pada mesin refrigerasi.
Di dalam rumah kompresor rotor jantan dengan empat kuping, di
sebelah kanan, meggerakkan rotor betina. Pada Gambar 2.11
menunjukkan pandangan urai dari bagian-bagian utama kompresor
24
Gambar 2.11 Pandangan urai dari bagian-bagian utama kompresor sekrup (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.209)
Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor (di puncak) dan
meninggalkan kompresor dari ujung yang lain (di bawah). Pada posisi
hisap, terbentuk ruang hampa sehingga uap mengalir ke dalamnya.
Sesaat sebelum ruang interlobe meninggalkan lobang pemasukkan,
rongga tersebut telah dipenuhi oleh gas. Bila putaran terus berlanjut,
gas yang terkurung digerakkan menggelilingi rumah kompresor. Pada
putaran selanjutnya terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk
rotor betina, sehingga memperkecil volume rongga dan menekan gas
tersebut. Pada saat tertentu dalam proses kompresi, lubang buang
terbuka, sehingga dengan penangkapan kuping lebih lanjut, gas yang
tertekan keluar melalui lubang buang tersebut.
Kompresor sekrup memiliki beberapa keunggulan, yaitu lebih sedikit
dalam satu tingkat, relatif stabil terhadap pengaruh cairan (kotoran)
yang terserap dalam refrigeran.
4) Kompresor Semi Hermetik
Pada kompresor semi hermetik, motor listrik dibuat menjadi satu
dengan kompresor. Jadi, rotor motor listrik berada di dalam
perpanjangan ruang engkol dari kompresor tersebut.
26
Pada saat ini, kompresor semi hermetic untuk gas refrigeran Freon
dibuat sampai kira-kira 40 kW. Dari segi konstruksi, kompresor semi
hermetic juga dapat dibuat bersilinder banyak, dengan momen putar
start yang rendah, seperti terlihat pada Gambar 2.12
5) Kompresor Hermetik
Pada dasarnya, kompresor hermetic hampir sama dengan kompresor
semi hermetic. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan
rumah (baja) kompresor dengan stator motor penggeraknya. Pada
kompresor hermetic, dipergunakan sambungan las sehingga
mengakibatkan rapat udara, seperti terlihat pada gambar 2.13. Pada
kompresor semi hermetic dengan rumah terbuat dari besi tuang,
bagian-bagian penutup dan penyambungannya masih dapat dibuka.
Sebaliknya dengan kompresor hermetic, rumah kompresor dibuat dari
baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun motor
listrik tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor. Oleh
karena itu, komponen dari kompresor hermetik haruslah terpercaya dan
Gambar 2.13 Kompresor putar hermetic (Arismunandar, Penyegaaran Udara, hal. 133)
2.3.2 Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar panas yang sama dengan evaporator,
berfungsi untk memindahkan panas dari sistem refrigerasi ke media pendingin
(dalam hal ini air) sehingga timbul pengembunan pada uap refrigeran dan berubah
bentuknya menjadi cairan refrigeran. Untuk mencarikan uap refrigeran yang
bertekanan dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari kompresor), diperlukan
usaha melepaskan panas sebanyak panas laten pengembunan, dengan cara
mendinginkan uap rerigeran itu. Jumlah panas yang dilepaskan oleh uap refrigeran
kepada air pendingin atau udara pendingin, di dalam kondensor, sama dengan
selisih entalpi uap refrigeran pada bagian masuk dan pada bagian keluar
28
Kondensor dibedakan ke dalam empat jenis, antara lain:
1) Kondensor tabung dan pipa horisontal
Seperti terlihat pada Gambar 2.14, Kondensor tipe tabung dan pipa
banyak dipergunakan pada unit kondensor berukuran kecil sampai
besar, unit pendingin air dan penyegar udara paket.
Di dalam kondensor tabung dan pipa terdapat banyak pipa pendingin,
dimana air pendingin mengalir di dalam pipa-pipa tersebut. Ujung dan
pangkal pipa pendingin terikat pada pelat pipa, sedangkan di antara
pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat-sekat, untuk membagi
aliran air yang melewati pipa-pipa tersebut tetapi juga untuk mengatur
agar kecepatannya cukup tinggi (1,5 sampai 2 m/detik).
Air pendingin masuk kondensor dari bagian bawah, kemudian masuk
ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas. Jumlah
saluran air pendingin yang terbentuk oleh sekat-sekat itu dinamai
jumlah saluran. Jumlah saluran maksimum yang biasa dipergunakan
adalah 12. Tahanan aliran air pendingin di dalam pipa bertambah besar
dengan bertambah banyaknya jumlah saluran.
Setelah dipergunakan dalam jangka waktu yang cukup lama,
permukaan pipa pendingin pada sisi air pendingin akan tertutup oleh
kotoran, sehingga konduktivitas termalnya akan menurun dan
kemampuan pengembunannya akan berkurang. Oleh karena itu, pipa
air pendingin yang dipergunakan, yaitu dengan cara membuka kedua
tutup tabung kondensor.
Gambar 2.14 Kondensor berpendingin air berbentuk tabung dan pipa (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.221)
Ciri-ciri kondensor tabung dan pipa adalah sebagai berikut:
a. Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip, sehingga relatif
berukuran kecil dan ringan
b. Pipa air dapat dibuat lebih mudah
c. Bentuknya sederhana (horisontal) dan mudah pemasangannya
d. Pipa pendingin mudah dibersihkan
2) Kondensor tabung dan koil
Kondensor tabung dan koil banyak dipergunakan pada unit dengan
Freon sebagai refrigeran berkapasitas relatif kecil, misalnya pada
penyegar udara jenis paket, pendingin air. Pada kondensor tipe tabung
dan koil, terdapat koil pipa pendingin di dalamnya yang dipasang pada
posisi vertikal. Koil pipa pendingin biasanya terbuat dari tembaga,
30
Pada kondensor tipe tabung dan koil seperti yang terlihat pada Gambar
2.15, air mengalir di dalam koil pipa pendingin. Endapan dan kerak
yang terbentuk di dalam pipa harus dibersihkan dengan
mempergunakan zat kimia (deterjen).
Gambar 2.15 Kondensor tabung dan koil (Arismunandar, Penyegaran Udara, hal.151)
Ciri-ciri kondensor tabung dan koil adalah sebagai berikut:
i. Harganya murah karena mudah pembuatannya
ii.Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah
pemasangannya
iii.Boleh dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin,
sedangkan pembersihannya harus dilakukan dengan
menggunakan detergen
3) Kondensor jenis pipa ganda
Kondensor jenis pipa ganda, seperti ayang terlihat pada Gambar 2.16
merupakan susunan dari dua pipa koaksial, di mana refrigeran Air pendingin
keluar
mengalir melalui saluran yang terbentuk antara dalam dan
pipa-luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam
pipa-dalam dalam arah berlawanan dengan arah aliran refrigeran; jadi
dari bawah ke atas.
Kecepatan aliran di dalam pipa pendingin kira-kira antara 1 sampai 2
m/detik. Sedangkan perbedaan antara temperatur air pendingin keluar
dan masuk pipa pendingin kira-kira 8 sampai 10 oC. Laju perpindahan
kalornya relatif besar.
Gambar 2.16 Kondensor jenis pipa ganda
(Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.221)
Ciri-ciri dari kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut:
a. Konstruksi sederhana dengan harga yang memadai
b. Dapat mencapai kondisi superdingin karena arah aliran refrigeran
dan air pendingin yang berlawanan
c. Penggunaan air pendingin relatif kecil
d. Kesulitan dalam membersihkan pipa; harus mempergunakan
detergen
e. Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin
32
4) Kondensor pendinginan udara
Kondensor pendinginan udara seperti yang terlihat pada Gambar 2.17
terdiri dari koil pipa pendingin bersirip pelat (pipa tembaga dengan
sirip aluminium, atau pipa tembaga dengan sirip tembaga). Udara
mengalir dengan arah tegak lurus ke bagian atas dari koil dan secara
berangsur-angsur mencair dalam alirannya ke bawah koil. Pada waktu
musim panas temperatur pengembunan kira-kira 50 sampai 55 oC.
Gambar 2.17 Kondensor berpendingin udara
(Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.221)
Ciri-ciri kondensor pendinginan udara adalah sebagai berikut:
a. Tidak memerlukan pipa air pendingin, pompa air dan
penampung air, karena tidak mempergunakan air
b. Dapat dipasang dimana saja bila terdapat udara bebas
c. Tidak mudah terjadi korosi karena permukaan koil yang kering
d. Memerlukan pipa refrigeran tekanan tinggi yang panjang
e. Pada musim dingin, tekanan pengembunan perlu dikontrol
untuk mengatasi gangguan yang dapat disebabkan oleh
temperatur udara atmosfer yang rendah.
Jumlah panas yang dilepaskan di dalam kondensor sama dengan jumlah
panas yang diserap oleh refrigeran di dalam evaporator dan panas yang ekivalen
dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresi di dalam
kompresor.
2.3.3 Evaporator
Evaporator adalah alat penukar panas yang memegang peranan yang
paling penting di dalam siklus refrigerasi, yaitu mendinginkan media di
sekitarnya.
Pada kebanyakan evaporator, refrigeran mendidih di dalam pipa-pipa dan
mendinginkan fluida yang lewat di luar pipa tersebut. Evaporator yang
mendidihkan refrigeran di dalam pipa biasanya disebut evaporator ekspansi
langsung (direct ekspansion evaporators). Gambar 2.18 menunjukkan evaporator
pendingin udara, dan Gambar 2.19 adalah sebuah pendingin cairan (liquid cooler).
Pipa-pipa pada pendingin cairan, yang terlihat pada Gambar 2.19 mempunyai
sirip-sirip di dalamnya untuk menaikkan hantaran (konduktansi) pada sisi
34
Gambar 2.18 Evaporator pendingin udara (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.238)
Gambar 2.19 Evaporator pendingin air yang di dalamnya terdapat refrigeran yang mendidih dalam pipa-pipa bersirip
(Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.239)
Untuk sebagian besar evaporator komersial, refrigeran mendidih di dalam
pipa-pipa, dalam salah satu kelas evaporator yang penting, refrigeran didihkan di
luar pipa. Jenis evaporator ini bersifat standar untuk pemakaian kompresor
sentrifugal. Kadangkala evaporator jenis ini juga dipakai bersama dengan
kompresor. Pada evaporator yang mendidihkan refrigeran di dalam pipa,
kecepatan uapnya dijaga cukup tinggi untuk mengalirkan minyak kembali ke
kompresor.
2.3.4 Katup Ekspansi
Katup ekspansi dipergunakan untuk mengekspansi cairan refrigeran yang
bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan
dan temperatur rendah. Selain itu, katup ekspansi mengatur pemasukkan
refrigeran sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani oleh evaporator.
Jadi, katup ekspansi mengatur supaya evaporator dapat selalu bekerja sehinga
diperoleh efisiensi siklus refrigerasi yang maksimal.
Berdasarkan kebutuhannya, katup ekspansi yang banyak dipergunakan
diklasifikasikan dalam empat macam jenis, yaitu:
1) Katup ekspansi otomatik thermostatik jenis penyama tekanan
eksternal
Seperti terlihat pada Gambar 2.20 katup ekspansi jenis ini berfungsi
mengatur pembukaan katup, yaitu mengatur pemasukkan refrigeran ke
dalam evaporator, sesuai dengan beban pendinginan yang harus
dilayani. Dalam hal ini, bukan berarti bahwa katup ekspansi harus
mengusahakan agar evaporator bekerja pada suatu temperature
penguapan yang konstan, tetapi perbedaan antara temperature
penguapan dan temperature media yang akan didinginkan yang
36
Gambar 2.20 Katup ekspansi thermostatic (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal.167)
2) Katup ekspansi manual
Katup ekspansi manual adalah katup ekspansi dengan trotel yang
diatur secara manual., yaitu menggunakan katup jarum yang berbeda
dari katup stop yang biasa.
Konstruksi katup manual dapat dilihat pada Gambar 2.21. Pada katup
tersebut, refrigeran masuk melalui lubang masuk (1) dan keluar
melalui katup jarum (2). Fiting (4) dihubungkan dengan batang
pengatur (6), sehingga katup jarum tersebut dapat dibuka dan ditutup
dengan memutar knob pengatur (7). Kebocoran refrigeran dapat
Gambar 2.21 Katup ekspansi manual (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal.168)
3) Katup ekspansi tekanan konstan
Katup ekspansi tekanan konstan adalah jenis katup ekspansi dimana
katup digerakkan oleh tekanan di dalam evaporator, untuk
mempertahankan supaya tekanan di dalam evaporator konstan. Pada
jenis katup ini, below dan katup jarum dihubungkan oleh batang
penunjang seperti terlihat pada Gambar 2.22. Bagian bawah dari below
berhubungan dengan lubang keluar sehingga menerima tekanan
evaporator. Sebuah pegas dipasang pada bagian atas dari below. Gaya
pegas dapat diatur dengan memutar knob pengatur. Pipa cairan
refrigeran dihubungkan dengan katup ekspansi pada bagian lubang
38
Gambar 2.22 Katup ekspansi tekanan konstan (Arismunandar, Pengkondisian Udara, hal.169)
4) Pipa kapiler
Katup ekspansi jenis pipa kapiler sering dipakai pada mesin refrigerasi
berkapasitas rendah, seperti pada penyegar udara, dan pendingin air
minum. Pipa kapiler adalah pipa kecil berukuran diameter dalam 0,8
sampai 2,0 mm dan panjangnya kurang lebih 1 meter.
Tahanan dari pipa kapiler ini dipergunakan untuk mentrotel dan
menurunkan tekanan. Diameter dan panjang pipa kapiler ditetapkan
berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi operasi dan jumlah
2.3.5 Blower/ Evaporator Fan
Blower/ evaporator fan adalah suatu alat yang berfungsi untuk menghisap
udara panas dari ruangan yang akan dikondisikan dan mengalirkan udara dingin
yang telah dikondisikan untuk disirkulasikan ke dalam ruangan yang akan
dikondisikan.
2.3.6 Filter Drier
Filter drier berfungsi untuk mengikat uap air yang bercampur dalam
refrigeran dan menyaring material-material kecil (kotoran) yang terbawa dalam
rangkaian refrigerator.
2.3.7 Thermostat
Thermostat dirancang untuk mengatur atau membatasi temperatur pada
kondisi yang diinginkan atau sesuai dengan set point, dengan cara mengatur
pengoperasian jumlah kompresor yang harus jalan.
2.3.8 Start Control
Pada unit AC water chiller packaged menggunakan microprocessor based
starter control. Keunggulan starter control dengan sistem ini, sistem pengontrolan
akan menjadi lebih presisi dan relieble, tidak rumit dan mudah perawatannya.
Sistem dilengkapi dengan lampu indikator diagnosis jenis LED (Light Emiting
40
2.4 Komponen Pendukung Sistem Pengkondisian Udara
Selain komponen-komponen utama yang telah dijelaskan di atas, ada pula
komponen-komponen pendukung yang akan membantu proses pengkondisian
udara ini, yaitu:
2.4.1 Menara pendingin (colling tower)
Air pendingin yang telah dipakai untuk pendinginan tidak dibuang,
melainkan disirkulasikan kembali ke dalam menara pendingin untuk didinginkan.
Setelah itu dialirkan kembali ke mesin. Air yang hilang karena menguap harus
diganti, yaitu dengan memasukkan air tambahan (make up water) ke dalam sistem
air pendingin.
Menara pendingin merupakan ruangan di mana air panas disemprotkan
atau dipancarkan ke bawah, sementara itu udara atmosfer dialirkan melalui atau
berlawanan dengan arah jatuhnya air panas. Dengan cara ini, air panas akan
didinginkan.
Sehubungan dengan hal ini, hendaknya diingat bahwa jika air dikenai
udara, maka dapat dicapai temperature bola basah dari udara, yaitu suatu keadaan
seimbang; dengan kata lain, air tak dapat didinginkan di bawah temperature bola
basah dari udara.
Berdasarkan bentuk dan cara kerjanya, menara pendingin dibedakan dalam
dua jenis, yaitu:
1) Menara pendingin aliran berlawanan
Jenis menara pendingin ini adalah yang paling popular. Pada menara
cukup banyak sehingga dapat berkontak langsung secara efektif
dengan pancaran air dan memperbaiki perpindahan panas.
Aliran udara dan aliran air dapat berlawanan arah (counterflow),
seperti terlihat pada Gambar 2.23(a) dan pada Gambar 2.23(b).
Sedangkan aliran parallel jarang digunakan. Menara pendingin dengan
aliran vertical berlawanan, pada umumnya lebih tinggi, tetapi
memerlukan ruang instalasi yang lebih kecil daripada menara
pendingin dengan aliran melintang. Jumlah air yang didinginkan
per-m2 biasanya 7 m3/jam atau lebih.
Gambar 2.23(a) Menara pendingin jenis aliran berlawanan
42
2) Menara pendingin aliran melintang
Menara pendingin ini dibuat dengan rumah dari pelat baja yang
dilapisi dengan zat anti korosi seperti terlihat pada Gambar 2.24 (a)
dan Gambar 2.24 (b). Udara atmosfer masuk melalui bagian samping
dan keluar melalui bagian atas menara pendingin. Sedangkan air panas
dipancarkan dengan pertolongan pompa yang dipasang di atas menara
pendingin. Dengan demikian uadara akan berkontak dengan air.
Ciri dari menara pendingin aliran melintang adalah bahwa udara dan
air panas mengalir dalam arah tegak lurus satu sama lain. Menara
pendingin berukuran besar, biasanya menggunakan jenis ini, karena
dengan jenis aliran berlawanan akan menyebabkan konstruksi menara
pendingin terlalu tinggi
.
(a) (b) Gambar 2.24 Instalasi menara pendingin aliran melintang
(Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.342)
2.4.2 Kondensor dan pendingin evaporatif
Kondensor evaporatif mengkombinasikan fungsi kondensor dan fungsi
kondensor evaporatif, dan gambar 2.26 adalah irisan gambar bagian koil yang
memperlihatkan koil-koil pipa, kepala semprotan air, dan pelat-pelat eliminator
pada bagian atas yang mengurangi pengeluaran butir air oleh udara dari
kondensor. Gas keluaran dari kompresor mengembun di bagian dalam pipa, di
atas mana air disemprotkan.
Gambar 2.25 Kondensor evsporatif dalam suatu system refrigerasi (Stoecker. F, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, hal.351)
44
Urutan proses perpindahan panas dan massa yang terkombinasi dalam
kondensor evaporatif adalah sebagai berikut:
a. Pengembunan (kondensasi) uap refrigeran pada bagian dalam pipa
b. Konduksi melalui dinding-dinding pipa
c. Konduksi dan konveksi dari permukaan pipa hingga permukaan bagian
luar lapisan air yang menutupi pipa, dan
d. Perpindahan panas dan massa secara serempak dari permukaan basah
ke udara.
2.4.3 Pompa
Dalam hal ini, pompa berfungsi mengalirkan fluida melalui pipa dari satu
tempat ke tempat lain. Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang
dapat dialirkan per satuan waktu dan tinggi energi angkat. Faktor ini menyatakan
kemampuan pompa untuk menaikkan fluida dari tempat yang lebih rendah ke
tempat yang lebih tinggi, serta untuk mengatasi tahanan aliran dalam pipa. Pada
Gambar 2.27, memperlihatkan pompa yang mendistribusikan air dingin ke AHU
Pompa memberikan energi kinetik dan energi tekanan pada fluida. Pompa
yang biasa digunakan adalah jenis sentrifugal yang bekerja dengan memanfaatkan
gaya sentrifugal yang terjadi pada impeller pompa.
2.4.4 Rangkaian Pipa/ Saluran Udara
Untuk menjalankan dan mengatur system pengkondisian udara dalam
siklus pendinginan maka dipasang serangkaian pipa penunjang yang terdiri dari:
1) Rangkaian pipa alir kondensor
Rangkaian pipa alir kondensor ini berfungsi sebagai media
penghubung untuk sirkulasi air antara pompa kondensor, unit AC
water chiller packaged dan menara pendingin. Rangkaian pipa alir
kondensor menggunakan pipa galvanized iron pipe medium class BC
1387-67 dengan system sambungan ulir untuk pipa diameter sampai dengan 2,5 inchi dan sambungan las untuk pipa diameter lebih dari 2,5
inchi. Kemampuan pipa telah dites dengan system hidrolik test sampai
10 kg/cm2.
2) Gate valve
Gate valve berfungsi untuk membuka, menutup, dan mengatur jumlah aliran air yang mengalir ke dalam kondensor unit AC.
3) Check valve
46
4) Baterfly valve
Katup ini berfungsi untuk mengatur jumlah aliran air yang akan
disirkulasikan oleh pompa kondensor.
5) Water flow switch
Water flow switch merupakan suatu peralatan tambahan yang dipasang di pipa kondensor dan berfungsi untuk mengamankan kompresor
apabila tidak ada aliran air di dalam pipa kondensor tersebut (jika tidak
mendapat aliran air maka kompresor tidak akan bekerja). Bagian yang
berhubungan dengan air dibuat dari kuningan dan phosphor bronze.
Saklar aliran cairan mempunyai tiga kabel dan tiga terminal dengan
kontak SPDT (Single Pole Double Throw), yaitu dua kontak dian dan
sebuah kontak gerak. Menutup, membuka kontak tersebut dipengaruhi
oleh kecepatan laju cairan yang mengalir di dalam pipa.
6) Thermometer
Thermometer adalah suatu peralatan yang berfungsi sebagai indicator
temperatur air dalam pipa kondensor (in/ out unit AC).
7) Pressure gage
Pressure gage adalah suatu peralatan tambahan yang berfungsi untuk mengetahui tekanan air di dalam pipa.
8) Rangkaian pipa drainage
Rangkaian pipa ini berfungsi untuk mengalirkan air pada waktu terjadi
9) Rangkaian pipa pengisian
Rangkaian pipa pengisian berfungsi untuk mengalirkan air dari tendon
air ke bak menara pendingin.
10)Rangkaian pipa overflow dan drainage menara pendingin
Rangkaian pipa overflow berfungsi membuang air dari bak menara
pendingin apabila ketinggian air hampir melebihi ketinggian bak
menara pendingin dan drainage berfungsi membuang air di bak
menara pendingin pada waktu diadakan pembersihan kotoran-kotoran
dari bak menara pendingin.
2.5 Refrigeran
Refrigeran atau bahan pendingin adalah suatu zat yang mudah diubah
bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya, dipakai untuk memindahkan
panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor.
2.5.1 Tinjauan Sifat Refrigeran
Dalam pemilihan refrigerant, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan
yang berhubungan dengan sifat-sifat refrigerant itu sendiri, yaitu:
1) Tidak beracun
Sifat ini perlu diperhatikan berhubungan dengan keselamatan kerja dan
rasa nyaman. Pada pesawat pendingin kecil, sifat racun tidak
berbahaaya karena jumlahnya kecil. Selain sifat racun, bau yang
48
beracun dan berbau merangsang, tidak baik untuk pengkondisian udara
ruangan. Sebaliknya Freon dan CO2 yang tidak berbau dan tidak
beracun sangat baik untuk pengkondisian udara ruangan. CO2
menggangu pernapasasn pada konsentrasi 3 % dan memusingkan pada
5 %. Adanya kebocoran pada refrigerant yang beracun perlu segera
diketahui, karena pada refrigeran yang tidak berbau perlu ditambahkan
zat berbau seperti pada methyl chloride.
2) Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri bila bercampur dengan
udara, pelumas
Refrigerant yang tidak eksplosif adalah SO2, methalyn chloride, CO2,
dan Freon. Selain itu refrigerant bersifat eksplosif pada konsentrasi
tertentu adalah petrozon dan hidrokarbon lain.
3) Tidak menyebabkan korosi terhadap logam yang dipakai pada sistem
pendinginan
Sifat korosif harus diperhatikan supaya instalasi tidak termakan oleh
refrigeran. Sifat korosif refrigeran yang banyak dipakai adalah:
Amonia : korosif terhadap tembaga
Karbondioksida : korosif terhadap besi dan tembaga bila
temperatur oksigen dan udara basah
Methylen Chloride : korosif terhadap seng, aluminium dan magnesium bila temperatur sedikit air.
Freon : tidak bersifat korosif terhadap logam, tetapi korosif terhadap karet alam.
4) Tekanan evaporator dan kondensor
Tekanan evaporator dan kondensor diusahakan positif, sedikit lebih
besar dari tekanan 1 atmosfer. Tekanan positif mencegah udara masuk
dan memudahkan mencari kebocoran, tetapi tekanan yang terlalu
tinggi memerlukan konstruksi yang lebih berat dan membutuhkan
tenaga yang lebih besar. Refrigerant yang sesuai harus mempunyai
titik didih di bawah 30oF dengan perbedaan tekanan 50 psi atau lebih.
Sentrifugal kompresor baik untuk tekanan kerja yang rendah dan beda
tekanan tidak terlalu tinggi. Rotary kompresor baik untuk tekanan
kerja menengah dan beda tekanan sebesar 20-30 psi.
5) Daya dan Coefficient of Performance (COP)
Dalam proses Carnot untuk refrigeran ideal yang bekerja antara suhu
evaporator 5 oF dan suhu kondensor 86 oF dicapai COP 5,47 dengan
daya 0,82 HP/ton. Untuk pemakaian umum semua refrigeran
mempunyai COP dan daya hampir sama, kecuali CO2.
6) Mempunyai susunan kimia yang stabil, tidak terurai bila setiap kali
dimampatkan, diembunkan dan diuapkan
Refrigeran tidak boleh berubah struktur kimianya pada suhu normal
dan akibat yang terjadi adalah polimerisasi (reaksi kimia yang
menggabungkan dua molekul kecil atau lebih untuk membentuk
50
keadaan tidak bersatu padu; keadaan terpecah belah). Refrigeran tidak
boleh kontak dengan bahan yang dapat bereaksi dengannya, karenanya
bahan pipa dan gasket harus diperhatikan.
7) Density refrigeration (cair dan uap)
Refrigerasi dan densitas rendah lebih baik, karena hanya memerlukan
pipa-pipa suction dan discarge yang lebih kecil. Pada kompresor
sentrifugal diperlukan densitas uap yang cukup tinggi, gaya sentrifugal
sebanding langsung dengan densitas.
8) Mempunyai panas laten penguapan yang besar, agar panas yang
diserap evaporator besar dan jumlah refrigeran yang dibutuhkan
sedikit.
Panas laten refrigeran yang tinggi sangat dikehendaki sebab akan
menghasilkan refrigeran effect yang besar. Aliran refrigeran yang
disirkulasikan akan lebih rendah bila refrigeran effect tinggi sehingga
akan lebih ekonomis.
9) Panas latent
Panas latent refrigeran yang tinggi sangat dikehendaki sebab akan
menghasilkan refrigeran effect yang besar. Aliran refrigeran yang
disirkulasikan akan lebih rendah bila refrigeran effect tinggi sehingga
akan lebih ekonomis.
10) Konduktivitas panas
Refrigeran yang mempunyai konduktivitas panas lebih besar, lebih
tidak kalah pentingnya adalah kecepatan aliran dan kontak dengan
permukaan.
11) Viskositas refrigeran
Hendaknya dipilih refrigeran yang mempunyai viskositas rendah pada
fase cairan maupun uap supaya kerugian tekanan rendah.
12) Pengaruh terhadap tanaman, bahan-bahan, dan lainnya
Pengaruh amonia terhadap textile, buah-buahan dan sayur-sayuran
tidak begitu berbahaya, tetapi jika konsentrasinya tinggi dapat
membusukkan atau kebakaran. SO2 dapat mematikan tanaman dan
bunga, tetapi tidak berbahaya bagi bahan makanan, dan terhadap bahan
berwarna dapat merusak warnanya, tetapi tidak merusak serat serta
textilenya. Freon, methyl chloride, petrozon tidak berpengaruh buruk
pada tanaman, bahan makanan dan textile.
13) Pertimbangan harga
Pada sistem yang besar, harga refrigeran harus dipertimbangkan biaya
awal dan perawatan dipengaruhi oleh konsentrasi dan kebocoran
refrigeran. NH3, Petrozon sangat murah, Freon-12 berharga agak
mahal, Freon-22, HFC-134a termasuk refrigeran yang paling mahal.
14) Pencemaran lingkungan
Khusus pada pengikisan ozon pada lapisan statosfir di atas permukaan
bumi. Lapisan ozon dipakai untuk perlindungan bumi terhadap sinar
ultraviolet yang diperlukan manusia atau makhluk dalam konsentrasi
52
penyakit. Semua refrigeran yang mempunyai unsur chlor pada
komposisinya, mempunyai potensi untuk mengikis ozon, hampir
semua freon, terutama freon 11 dan freon 12. Pada freon 22
mengandung paling sedikit unsur chlor. Selama tidak terjadi kebocoran
pada rangkaian pipa refrigerasi dan tidak terjadi kontak langsung
dengan udara luar, freon tidak berakibat mengikis ozon.
2.5.2 Jenis Refrigeran
Refrigeran dibedakan kedalam dua kelompok, yaitu refrigeran primer dan
refrigeran sekunder. Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan dalam
sistem kompresi uap. Sedangkan refrigeran sekunder adalah cairan-cairan yang
digunakan untuk membawa energi panas bersuhu rendah dari satu lokasi ke
tempat lain. Nama lain dari refrigeran sekunder adalah cairan anti beku atau
brines (larutan garam).Refrigeran sekunder mengalami perubahan suhu bila menyerap panas dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami
perubahan fasa. Secara teknik, air dapat berfungsi sebagai refrigeran sekunder.
Untuk refrigeran primer, diklasifikasikan ke dalam beberapa jenis, yaitu:
1) Udara
Udara termasuk refrigeran yang murah, aman tidak beracun, tidak
mudah terbakar. Tapi nilai Coefficient of Performance (COP) rendah,
hanya digunakan pada pesawat pendingin yang effisinsinya
