TUGAS AKHIR
No : 703 / TA / FT – USD / TM / September / 2006
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
DANIEL ENDRO DWIYOGA
NIM : 035214020
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
No : 703 / TA / FT – USD / TM / September / 2006
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
DANIEL ENDRO DWIYOGA
NIM : 035214020
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dan diacu dalam naskah ini dan disebutkan di dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 18 Januari 2007
Daniel Endro Dwiyoga
Untuk Plaza Ambarrukmo Lantai 1 Yogyakarta ini penulis persembahkan kepada Bangsa Indonesia agar dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia pendidikan. Juga kepada orang tua penulis yang telah membesarkan, mendidik, memberikan semangat dan dorongan, dan membiayai penulis.
Untuk kakak penulis Agung, Niko Chunguk’s dan keluarga, Jenny, Gendis Aswinto dan keluarga yang telah banyak memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam perkuliahan program S-1.
Tugas Akhir merupakan salah satu persyaratan yang wajib ditempuh setiap Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta agar dapat menyelesaikan studi. Tugas Akhir ini dapat dikatakan sebagai pelatihan dan pembelajaran dalam perancangan sistem pengkondisian udara (air conditioning) dalam dunia kerja.
Tugas Akhir ini membahas mengenai perancangan, pemilihan alat, perhitungan beban pendinginan yang terjadi pada sebuah gedung, dalam hal ini adalah Gedung Plaza Ambarrukmo yang berlokasi di Daerah Istimewa Yogyakarta. Sistem pengkondisian udara telah banyak sekali digunakan saat ini untuk mendapatkan kenyamanan dalam beraktivitas, maupun dalam mendukung proses-proses produksi dalam dunia industri.
Banyak sekali tempat-tempat lainnya yang telah menggunakan sistem pengkondisian udara, misalnya adalah kantor, hotel, apartemen, rumah sakit, institusi pendidikan, pusat perbelanjaan, dan kendaraan seperti bus, kereta api, dan pesawat terbang.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran, dan fasilitas yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas ini. Ucapan terima kasih penulis haturkan pada:
Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
3. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku dosen pembimbing dalam menyelesaikan Tugas Akhir
4. Orang tua yang selalu memberikan dorongan, semangat, dan biaya dalam mengerjakan hingga menyelesaikan Tugas Akhir
5. PT. Putera Mataram Mitra Sejahtera selaku Project Owner/Developer Gedung Plaza Ambarrukmo yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan studi lapangan
6. PT. Titimatra Tujutama selaku Manajemen Konstruksi Proyek Pembangunan Gedung Kantor Direktorat Jenderal Pajak D.I. Yogyakarta Tahap II yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan kerja praktek
7. Teman- teman kost penulis (Nanang, Ridwan, Bagus for the scanner, dan Dian) yang selalu memberikan semangat kepada penulis
8. Sayangku Gendis, yang juga selalu memberikan dorongan dan semangat yang lebih kepada penulis
9. Teman-teman angkatan 2003 khususnya Dani, Anes, Safat, Yandy, Iyong, Purnomo, Andri, Fo Sin, Anto, Gepeng dan kawan-kawan
Usaha yang penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih belum sempurna. Untuk itu
Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca, khusunya yang mendalami bidang pengkondisian udara.
Penulis
bisa, maka kita akan berusaha dengan lebih keras lagi. Hal yang paling penting adalah kejujuran dalam kebersamaan, karena dengan itu kita akan lebih mampu untuk menjadi bisa. Sangat baik menjadi orang utama, tetapi lebih utama menjadi orang baik !!!
daniel endro dwiyoga
mengatur temperatur, kelembaban, kebersihan, dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh menusia dalam melakukan aktivitasnya. Prinsip perpindahan panas adalah dasar bagi sistem pengkondisian udara yang mempergunakan siklus kompresi uap dalam melangsungkan proses kerjanya.
Panas akan mengalir jika terdapat perbedaan temperatur, bisa melalui proses konduksi, konveksi, atau radiasi. Pada dasarnya panas dibagi menjadi dua, yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang terdapat pada setiap benda yang mempunyai temperatur diatas 0°C pada tekanan absolut, sedangkan panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa benda pada temperatur yang tetap.
Beban pendinginan dapat diperoleh dari berbagai sumber, antara lain adalah perpindahan panas melalui bangunan, radiasi kaca, lampu penerangan, penghuni ruangan, peralatan listrik, infiltrasi, dan ventilasi.
Pada perancangan ini, penulis memilih pendinginan dengan menggunakan air sebagai refrigeran sekunder (water chiller) dengan sistem air penuh. Dari perhitungan yang didapat, beban pendinginan maksimal yang terjadi sebesar 886,925 TR (900 TR dalam perhitungan AHU).
temperature, humidity, cleanliness, and distribution at the same time for reach comfort condition which is required by human for doing his activity. The heat transfer principle is a basic for air conditioning system with compress vapor cycle.
Heat will flow if there are different temperature, can through conduction process, convection, or radiation. Basically, heat can be divided become two, that is sensible heat and latent heat. Sensible heat is heat which there are in each object having above temperature 0°C at absolute pressure, while latent heat is needed to heat change object phase at temperature which remain to.
Cooling load can be obtained from various source, for example is transfer of heat through building, glass radiation, illuminator, human, equipments of electrics, infiltrate, and ventilation.
In this scheme, writer was choose refrigeration by using water as secondary refrigerant (water chiller) with system full of water. With calculation, maximal refrigeration burden that happened equal to 886,925 TR (900 TR in calculation of AHU).
Halaman Persetujuan Dosen Pembimbing... ii
Halaman Pengesahan ... iii
Halaman Pernyataan ... iv
Halaman Persembahan... v
Kata Pengantar ... vi
Motto... ix
Intisari ... x
Abstract ... xi
Daftar Isi ... xii
Daftar Tabel ... xvii
Daftar Gambar... xviii
Bab I. Pendahuluan ... 1
I.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara ... 1
I.2 Batasan masalah ... 9
I.3 Asumsi ... 9
I.4 Tujuan perancangan... 10
I.5 Manfaat ... 11
I.6 Langkah kerja ... 11
BAB II. Dasar Teori... 12
II.1 Teori Perancangan... 12
II.2 Macam-Macam Penyegar Udara ... 22
II.6 Komponen Utama Mesin Refrigerasi... 40
II.6.1 Unit Kompresor... 41
II.6.2 Unit Kondenser ... 46
II.6.3 Unit Evaporator ... 52
II.6.4 Alat Ekspansi... 58
II.7 Sistem Water Chiller ... 61
II.8 Rangkaian Pipa dan Aksesorisnya ... 70
BAB III. Perhitungan Beban Pendinginan... 73
III.1Kondisi Umum Bangunan... 76
III.2 Perhitungan Beban Pendinginan Pada Lantai 1 ... 77
III.2.1 Perpindahan Panas Melalui Bangunan... 80
III.2.2 Perpindahan Panas Radiasi Melalui Kaca... 82
III.2.3 Beban Pendinginan Karena Lampu Penerangan... 83
III.2.4 Beban Pendinginan Karena Penghuni Ruangan... 85
III.2.5 Beban Pendinginan Karena Peralatan Listrik dan Peralatan Lain ... 87
III.2.6 Beban Pendinginan Karena Perembesan/Infiltrasi... 92
III.2.7 Beban Pendinginan Karena Kebutuhan Pergantian Udara/Ventilasi ... 93
III.2.8 Beban Pendinginan Karena Sumber Lain ... 94
III.3 Diagram Psikometri ... 95
IV.1.2 Pemilihan Refrigeran ... 105
IV.1.2.1 Freon (R-22) ... 108
IV.1.2.2 Refrigeran HFC-134a ... 112
IV.1.2.3 Carbon dioxide (R-744) ... 115
IV.2 Pemilihan Komponen Utama... 118
IV.2.1 Kompresor ... 119
IV.2.1.1 Pemilihan Kompresor ... 119
IV.2.1.2 Perancangan Kompresor ... 120
IV.2.2 Kondenser ... 125
IV.2.2.1 Pemilihan Kondenser... 125
IV.2.2.2 Perancangan Kondenser... 126
IV.2.2.3 Penurunan Tekanan ... 132
IV.2.3 Evaporator... 135
IV.2.3.1 Pemilihan Evaporator ... 135
IV.2.3.2 Perancangan Evaporator ... 136
IV.2.3.3 Penurunan Tekanan Pada Evaporator ... 144
IV.2.4 Katup Ekspansi ... 145
IV.2.4.1 Pemilihan Katup Ekspansi ... 145
IV.2.4.2 Perancangan Katup Ekspansi... 146
BAB V. Perancangan Komponen Pendukung ... 150
V.1 Menara Pendingin (Cooling Tower) ... 150
V.2.2 Perancangan Pompa Air Pendingin Dari Kondenser
– Menara Pendingin ... 163
V.3 Perancangan Blower ... 169
V.4 Perancangan Saluran Udara (Ducting)... 171
BAB VI. Pengoperasian, Pemeliharaan, dan Perawatan Mesin Pengkondisian Udara ... 176
VI.1 Petunjuk Pengoperasian Mesin Pengkondisian Udara... 176
VI.1.1 Petunjuk Menjalankan Mesin Pengkondisian Udara ... 177
VI.1.2 Petunjuk Mematikan Mesin Pengkondisian Udara... 178
VI.2. Kontrol Pada Sistem Water Chiller ... 179
VI.2.1 Kontrol Suhu Air Dingin Pada Water Chiller... 179
VI.2.2 Kontrol Tekanan ... 181
VI.2.3 Kontrol Overload ... 181
VI.2.4 Kontrol Pelumasan Kompresor... 181
VI.3. Pemeliharaan dan Perawatan Mesin Pengkondisian Udara... 181
VI.3.1 Pemeliharaan Mingguan ... 182
VI.3.2 Pemeliharaan Bulanan ... 182
VI.3.3 Pemeliharaan Enam Bulanan ... 184
VI.3.4 Pemeliharaan Tahunan... 184
VI.3.5 Perawatan Mesin Pengkondisian Udara ... 184
VI.3.5.1 Evaporator... 185
VII.1 Data Teknis... 187
VII.1.1 Sistem Refrigerasi ... 187
VII.1.2 Data Kompresor ... 187
VII.1.3 Data Kondenser ... 188
VII.1.4 Data Evaporator... 188
VII.1.5 Data Katup Ekspansi ... 189
VII.1.6 Data Koil Pendingin ... 189
VII.1.7 Data Saluran Udara... 190
VII.1.8 Data Kipas Udara ... 190
VII.1.9 Data Pompa Air ... 190
VII.1.10 Data Menara Pendingin ... 191
VII.2 Kesimpulan... 191
VII.3 Penutup ... 192
Daftar Pustaka ... 193
Lampiran ... 194
Pada Industri ... 5
Tabel II.1 Temperatur dan Tekanan Pengembunan Dari Refrigeran... 34
Tabel II.2 Temperatur dan Tekanan Penguapan Dari Refrigeran... 34
Tabel II.3 Karakteristik Termodinamik Beberapa Refrigeran ... 38
Tabel III.1 Ukuran-Ukuran Gedung Plaza Ambarrukmo Lantai 1 ... 79
Tabel III.2 Transmisi Kalor Yang Terjadi Pada Bangunan ... 82
Tabel III.3 Nilai Perpindahan Panas Karena Lampu Penerangan... 84
Tabel III.4 Nilai Perpindahan Panas Karena Penghuni Ruangan ... 85
Tabel III.5 Nilai Perpindahan Panas Karena Peralatan... 89
Tabel III.6 Nilai Perpindahan Panas Karena Infiltrasi... 93
Tabel III.7 Nilai Perpindahan Pans Karena Ventilasi ... 94
Tabel V.1 Penentuan ukuran ducting... 174
Gambar I.2 Skematik Pada Ruang Komputer... 6
Gambar II.1 Diagram Aliran Refrigeran Dalam Siklus Refrigerasi ... 18
Gambar II.2 Perbandingan Daur Kompresi Uap Nyata Dengan Daur Standar ... 18
Gambar II.3 Diagram P-h, Siklus Refrigerasi Ideal Secara Umum ... 19
Gambar II.4 Diagram P-h, Menunjukkan Nilai Entalpi... 22
Gambar II.5 Unit Pengolah Udara ... 23
Gambar II.6 Unit Koil-Kipas Udara ... 24
Gambar II.7 Penyegar Udara Jenis Paket... 24
Gambar II.8 Unit Induksi Jenis Tekanan Tinggi... 25
Gambar II.9 Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah ... 26
Gambar II.10 Pendingin Udara Jenis Jendela ... 27
Gambar II.11 Skematik Pengkondisian Sistem Udara Penuh... 28
Gambar II.12 Skematik Pengkondisian Sistem Air-Udara ... 29
Gambar II.13 Skematik Pengkondisian Sistem Air Penuh ... 30
Gambar II.14 Contoh Sistem Udara Tunggal; Jenis Jendela ... 31
Gambar II.15 Skematik Sistem Air Penuh... 40
Gambar II.16 Konstruksi Kompresor Torak (Silinder Ganda) Kecepatan Tinggi ... 42
Gambar II.17 Bagian-Bagian Utama Kompresor Sekrup ... 43
Gambar II.18 Unit Paket Pendingin Menggunakan Kompresor Sekrup... 44
Dalam Kondensor ... 48
Gambar II.22 Kondenser Berbentuk Tabung dan Pipa ... 49
Gambar II.23 Kondenser Tabung dan Koil... 50
Gambar II.24 Kondenser Jenis Pipa Ganda ... 51
Gambar II.25. Kondenser Berpendingin Udara ... 51
Gambar II.26 Selisih Temperatur Rata-Rata... 54
Gambar II.27 Evaporator Tabung dan Koil ... 55
Gambar II.28 Evaporator Tabung dan Pipa Jenis Kering ... 56
Gambar II.29 Perbandingan Koefisien Perpindahan Kalor ... 56
Gambar II.30 Evaporator Pendingin Udara ... 57
Gambar II.31 Evaporator Pendingin Air... 57
Gambar II.32 Alat Ekspansi Jenis Pipa Kapiler... 59
Gambar II.33 Katup Ekspansi Termostatik... 60
Gambar II.34 Katup Ekspansi Manual... 60
Gambar II.35 Katup Ekspansi Tekanan Konstan... 61
Gambar II.36 Contoh Unit AHU (Air Handling Unit)... 63
Gambar II.37 Pompa Air Dingin Sebelum Disirkulasikan ... 63
Gambar II.38 Saringan Zat Pengotor Pada Saluran Air Dingin... 64
Gambar II.39 Contoh Unit FCU (Fan Coil Unit)... 65
Gambar II.40 Contoh Ducting Berpenampang Segi Empat... 66
Gambar III.1 Denah Lantai 1 Gedung Plaza Ambarrukmo ... 78
Gambar IV.1 Keterangan Tentang Diagram Mollier ... 103
Gambar IV.2 Garis Isobar, Isoentalpi, Isotermal, dan Isovolume Spesifik ... 104
Gambar IV.3 Garis Iso Kering Dan Garis Isentropis... 105
Gambar IV.4 Perubahan Tingkat Keadaan Refrigeran ... 106
Gambar IV.5 Skema Aliran Air dan Nilai Temperaturnya... 107
Gambar IV.6 Diagram Mollier Untuk Refrigeran Freon R-22 ... 111
Gambar IV.7 Diagram Mollier Untuk Refrigeran HFC-134a... 114
Gambar IV.8 Diagram Mollier Untuk Refrigeran Karbon Dioksida (CO2) ... 117
Gambar IV.9 Penampang Kondenser Pipa Tembaga... 127
Gambar IV.10 Penampang Katup Ekspansi Thermostatis... 148
Gambar V.1 Ducting terpanjang ... 172
I.1 Pengantar Sistem Pengkondisian Udara
Dalam kehidupan manusia saat ini, salah satu faktor yang paling penting adalah bagaimana memperoleh sebuah kenyamanan. Kenyamanan menjadi penting bagi manusia karena dengan merasa nyaman, maka aktivitas yang dilakukan ataupun yang akan dilakukan akan menjadi lebih baik. Misalnya jika seseorang bekerja di sebuah kantor; apabila suasana dan keadaan kantor tersebut tidak nyaman, maka orang itu akan kurang berkonsentrasi dalam bekerja.
Ketidaknyamanan itu mungkin karena orang yang melakukan aktivitas di ruangan merasa gerah, kepanasan, ataupun udara di dalam ruangan tersebut tidak bersih dan segar. Tetapi akan berbeda jika suasana di kantor tersebut nyaman, orang itu akan melakukan pekerjaannya dengan lebih berkonsenrasi, karena ia tidak lagi merasakan gerah, kepanasan, ataupun udara yang sumpek dan tidak bersih. Pada tahun 1777, seorang ahli kimia yang bernama Lavoisier melakukan suatu penelitian. Ia menerangkan bahwa kenaikan kadar karbondioksida (CO2)di dalam ruangan yang tertutup sebagai akibat pernafasan manusia, akan menyebabkan sesak dan panas. Hal itu disebabkan karena kurangnya kadar oksigen (O2) dan udara segar di dalam ruangan.
pengkondisian udara mempunyai fungsi antara lain adalah menurunkan suhu aliran udara. Dalam hal ini teknik pengkondisian udara tidak hanya berfungsi sebagai pendingin ruangan, tetapi di dalam ruangan yang menggunakan AC, temperatur dan kelembaban yang diinginkan oleh pengguna ruangan dapat diatur sedemikian rupa sehingga dapat nyaman apabila dipakai untuk melakukan sebuah aktivitas. Pendistribusian udara di dalam ruangan juga dapat dirancang seperti yang diinginkan, selain itu udara yang disirkulasikan akan bersih karena semua ventilasi dari luar ruangan ditutup sehingga mengurangi banyaknya debu yang masuk dan udara yang disirkulasikan oleh mesin pendingin (AC) itu telah melalui berbagai proses, salah satunya adalah penyaringan (filtrasi) akan udara yang kotor.
Pengkondisian udara atau AC (air conditioning) adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan, dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan. Oleh karena itu, teknik pengkondisian udara juga mencakup usaha pemanasan.
Sejak saat itu banyak alat pencuci udara atau pengkondisian udara digunakan untuk keperluan industri.
Gambar I.1 Pencuci Udara (air washer)
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 19)
Indonesia merupakan daerah tropis yang memiliki keadaan lingkungan yang cenderung panas, sehingga sistem pengkondisian udara lebih banyak dipakai untuk mendinginkan ruangan. Sejalan dengan perkembangan jaman dan kebutuhan manusia yang makin meningkat, salah satunya adalah untuk memperoleh kenyamanan dan kesegaran udara di lingkungannya. Maka sistem pengkondisian udara atau AC (air conditioning) digunakan secara lebih meluas.
Sistem pengkondisian udara secara garis besar dibagi menjadi 2, yaitu : a. Mengkondisikan udara di dalam ruangan sehingga diperoleh suatu
b. Mengkondisikan udara di dalam ruangan untuk keperluan industri, karena di dalam suatu industri tertentu juga dibutuhkan keadaan yang dapat mendukung proses-proses dari industri tersebut agar produk yang dihasilkan dapat terjaga kualitasnya. Contohnya pada industri kertas, kayu, obat-obatan, dan tekstil.
Untuk keperluan industri sendiri, terdapat 2 hal yang perlu dipenuhi. Untuk kenyamanan lingkungan kerja para karyawan dan juga untuk mendukung kegiatan proses produksi yang berkenaan dengan pengaturan temperatur, kelembaban, pendistribusian, dan juga faktor kebersihan yang tidak kalah penting. Hal-hal tersebut penting karena menyangkut produk-produk yang dihasilkan oleh sebuah perusahaan. Dari segi pemeliharaan bahan baku, proses pembuatan, penyimpanan, sampai pada pengkondisian untuk mendukung lingkungan kerja mesin yang baik.
Tabel I.1 Kondisi Temperatur dan Kelembaban Untuk Penyegaran Udara Pada Industri
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 3)
Contoh penggunaan sistem AC yang lain adalah : a. Gedung perkantoran
Untuk memperoleh kenyamanan bagi para karyawan dalam lingkungan kerja, maka dibutuhkan alat pengkondisian udara untuk usaha mendinginkan ruangan. Dengan kenyamanan yang diperoleh di dalam ruangan, maka para karyawan akan lebih berkonsentrasi dalam melakukan tugas-tugasnya.
Keadaan udara pada hotel dan apartemen juga harus dikondisikan untuk menarik minat para tamu. Karena dengan adanya sistem pengkondisian udara, maka juga akan tercipta kenyamanan di dalam hotel dan apartemen tersebut. Temperatur dan tingkat kelembabannya juga harus bisa diatur sesuai dengan keinginan para penggunanya. Berdasarkan keperluan aktivitas, jenis kelamin atau usia.
c. Ruangan komputer
Di dalam ruangan ini harus diatur suhu, kelembaban, dan kebersihan udaranya oleh sistem pengkondisian yang dipakai. Jika terlalu panas, komponen-komponen elektronik akan mengalami perubahan karakteristik dari keadaan normalnya. Komponen elektronik di dalam komputer akan bekerja lebih baik pada suhu yang rendah, tetapi perlu juga disesuaikan dengan suhu nyaman yang cocok untuk orang yang berada di ruangan itu. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah menjaga suhu di ruang komputer antara 20°C hingga 25°C. Kelembaban juga dapat diatur berkisar antara 30% hingga 45%.
Gambar I.2 Skematik Pada Ruang Komputer
d. Rumah Sakit
Sistem pengkondisian udara sangat dibutuhkan oleh rumah sakit karena rumah sakit memiliki kamar-kamar yang berisikan orang yang mempunyai sakit yang berlainan. Untuk mencegah menyebarnya virus penyakit antara satu kamar dan kamar yang lainnya, maka udara antar kamar tersebut tidak boleh tercampur. Begitu juga untuk ruangan-ruangan lainnya seperti ruang tunggu, apotek, toilet, bahkan tempat penyimpanan obat. Tempat penyimpanan obat di rumah sakit juga harus dikondisikan keadaan udaranya agar obat-obat yang disimpan di dalamnya tidak mudah rusak. e. Pertokoan
Di dalam pertokoan diperlukan pengkondisian udara. Selain untuk meningkatkan suasana nyaman dalam berbelanja bagi pengunjung, juga untuk menjaga kualitas dari barang-barang yang ditawarkan oleh pertokoan tersebut agar barang-barang yang dijual tidak mudah rusak. Khususnya untuk makanan yang memerlukan tempat yang lebih dingin dengan pengaturan suhu dan kelembaban yang tertentu.
f. Gedung bioskop, gedung pertemuan, dan tempat ibadah
Gedung yang termasuk dalam kelompok ini mempunyai area yang besar dan jumlah pengunjung yang banyak. Maka dibutuhkan sistem pengkondisian udara yang berfungsi untuk membuat kenyamanan dan menyuplai udara segar ke dalam ruangan agar suasana di dalam ruangan tidak terasa sumpek dan sesak.
Sebagian besar rumah tinggal yang ada di Indonesia, khususnya yang ada di kota-kota besar, telah menggunakan sistem pengkondisian udara (AC). Jenis yang paling dipakai adalah AC split dan AC window, karena lebih praktis dan mudah dalam pemasangan dan instalasinya. Karena Indonesia memiliki keadaan cuaca yang cenderung panas, maka kebanyakan alat pengkondisian udara dipakai sebagai pendingin ruangan.
h. Kendaraan
Saat ini hampir seluruh kendaraan yang ada menggunakan sistem pengkondisian udara. Selain mobil, bis, kereta api, truk, kapal, hingga pesawat terbang pun menggunakannya. Bagi kendaraan, beban pendinginan yang terbesar didapat dari radiasi sinar matahari dan orang yang berada di dalamnya. Bahkan untuk pesawat terbang, usaha pengkondisian udara juga mencakup aspek pemanasan Karena udara sekitar saat pesawat berada di atas mempunyai suhu yang rendah, maka diperlukan adanya pemanasan.
I.2 Batasan masalah
Agar bahasan yang dibicarakan selanjutnya berada pada lingkup yang jelas, maka penulis ingin memberikan batasan masalah yang akan dibahas selanjutnya. Penulis akan membahas mengenai perancangan pengkodisian udara pada lantai 1, gedung Plaza Ambarrukmo, Yogyakarta.
Penulis akan menentukan sistem yang dipakai pada gedung tersebut adalah dengan water chiller sistem air penuh, dengan menggunakan refrigeran sekunder yang berupa air yang didistribusikan melalui pipa-pipa. Udara segar (fresh air)
dan udara balik (return air) akan masuk ke dalam unit pengolah udara yang bernama AHU (air handling unit) dan FCU (fan coil unit), yang di dalamnya terdapat koil pendingin yang berisi air dingin sebagai refrigeran sekunder.
Penulis memilih water chiller karena penulis sudah pernah melakukan studi lapangan pada semester VI di Plaza Ambarrukmo Yogyakarta. Mengenai sistem air penuh, dipilih supaya masalah yang dibahas akan lebih jelas dan ringkas.
I.3 Asumsi
Asumsi mengenai temperatur rancangan di dalam ruangan adalah 22°C dengan kelembaban 50% sedangkan temperatur bola kering di luar ruangan adalah 33°C dan temperatur bola basah di luar ruangan adalah 27°C. Waktu yang diambil adalah pada bulan september, pukul 14.00 karena diasumsikan sedang terjadi pemanasan yang maksimal oleh matahari.
I.4 Tujuan perancangan
Tujuan pengkondisian udara yang akan dirancang adalah untuk :
a. Memberikan kenyamanan bagi pengunjung yang datang agar tidak cepat merasakan bosan atau tidak nyaman berada di gedung tersebut.
b. Membuat temperatur dan kelembaban udara yang sesuai agar dapat menjaga kualitas barang-barang yang dijual dalam pemeliharaan dan penyimpanannya.
c. Untuk menyuplai udara segar (fresh air) dari luar ruangan ke dalam ruangan, agar kesegaran udara di dalam ruangan tetap selalu terjaga.
d. Memudahkan dalam menghitung beban pendinginan dari sistem pengkondisian udara yang akan dirancang, sehingga dapat diketahui berapa banyak refrigeran yang dibutuhkan.
dibutuhkan untuk menjalankan mesin pendingin yang akan dirancang.
I.5 Manfaat
Manfaat yang didapat dari perancangan adalah :
a. Dapat mengetahui dengan lebih jelas bagaimana merancang sistem pengkondisian udara, serta dapat menghitung besarnya beban pendinginan yang terjadi.
b. Tercipta suasana nyaman sehingga pengunjung yang datang mendapatkan tingkat kepuasan tersendiri.
c. Agar mahasiswa memperoleh pengalaman dalam merancang sistem pengkondisian udara yang bermanfaat bagi kenyamanan banyak orang.
d. Membantu mahasiswa berlatih berpikir aktif, kritis, kreatif, dan logis dalam menemukan penyelesaian masalah.
I.6 Langkah kerja
a. Menghitung beban pendinginan. b. Merancang mesin pendingin.
c. Merancang sistem hidronik (pompa air kondenser dan pompa air
dingin).
II.1 Teori Perancangan
Mesin pendingin (refrigerator) dan pengkondisian udara (air conditioning) merupakan terapan dari teori perpindahan kalor dan termodinamika karena terdapat aspek perpindahan kalor dan juga proses-proses termodinamika dalam siklus refrigerasi. Hukum Termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tetapi dapat diubah bentuknya menjadi bentuk energi lain. Sedangkan, Hukum Termodinamika II menyatakan bahwa perpindahan energi panas berlangsung jika terdapat perbedaan temperatur sampai terjadi keseimbangan temperatur.
Pada sistem pengkondisian udara terdapat aspek pendinginan ruangan yang menjadi dingin karena adanya perpindahan kalor dari suhu yang lebih tinggi menuju suhu yang lebih rendah. Dalam siklus refrigerasi juga terdapat fluida kerja yang dinamakan refrigeran, dinamakan fluida karena zat tersebut mengalir di dalam siklus refrigerasi dalam bentuk cair dan uap.
yang berada di atas bagian lubang itu akan mengalir keluar disebabkan gaya tekan air ke bawah dan ke pinggir.
Untuk memungkinkan terjadinya perpindahan kalor dibutuhkan adanya perbedaan temperatur yang disebabkan oleh adanya panas. Panas dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu :
a. Panas sensibel
Panas sensibel adalah panas yang dapat diukur, panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan temperatur. Semua benda baik padat, cair, atau gas mempunyai panas sensibel selama berada di atas temperatur 0° absolut.
b. Panas laten
Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa benda, mulai dari titik lelehnya atau titik didihnya atau titik bekunya sampai benda itu secara sempurna berubah phasa, tetapi temperaturnya tetap. Menurut Hukum Thermodinamika II bahwa perpindahan panas akan terjadi dari temperatur yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Perpindahan panas akan terjadi dengan beberapa cara, yaitu :
a. Konduksi
bahannya, walaupun dimensinya sama. Ada bahan yang mudah menghantarkan panas, tetapi ada juga yang sulit memindahkan panas. benda padat pada umumnya merupakan konduktor yang lebih baik dibanding benda cair, dan benda cair lebih baik dibanding gas/uap. Tembaga dan aluminium merupakan konduktor yang baik, biasanya dipakai untuk kondenser, evaporator, dan pipa-pipa penghubung untuk sistem refrigerasi (pendinginan), sedangkan kaca, wol, dan bahan-bahan bangunan merupakan isolator. Jumlah perpindahan panas melalui cara konduksi untuk macam-macam bahan tergantung dari tebal bahan, luas penampang, perbedaan temperatur antara 2 sisi benda, faktor konduktivitas thermal (k), dan lamanya perpindahan panas terjadi.
b. Konveksi
udara/produk dengan pipa-pipa evaporator. Biasanya rangkaian pipa evaporator dibuat di sekeliling badan lemari es agar aliran perpindahan panas konveksi dapat berlangsung secara lebih merata. Perpindahan yang terjadi adalah perpindahan panas konveksi secara alamiah. Perpindahan panas konveksi juga dapat dibuat dengan cara menggunakan kipas atau blower sehingga aliran perpindahan panasnya dapat terjadi lebih cepat. Proses yang terakhir disebut juga perpindahan panas secara konveksi paksa.
c. Radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas melalui sinar atau gelombang elektromagnetik. Seperti cahaya matahari yang sampai ke bumi melalui gelombang sinarnya, tanpa melalui perantaraan udara atau lainnya. Panas radiasi yang diserap oleh dinding suatu sistem pendingin akan menjadi beban pendinginan. Panas radiasi dengan segera diserap oleh benda/materi yang berwarna gelap/suram. Setiap benda yang menyerap panas, akan merupakan sumber panas radiasi pula selama ada perbedaan temperatur dan selama temperaturnya masih di atas 0° absolut.
dalam melakukan isolasi adalah konduktivitas panas dari bahan insulasi, temperatur ruangan pendingin, temperatur udara sekeliling, tebal bahan insulasi yang diijinkan, dan harga dari insulasi itu sendiri.
Bahan insulasi harus tahan api, tahan lembab, dan tahan rayap. Untuk kotak-kotak pendingin yang besar biasanya digunakan lempengan insulasi kaku
(rigid) seperti misalnya lempengan kayu, gabus (corkboard), serat kaca (fiber glass), blok busa (foam block), sedangkan untuk kotak-kotak yang kecil digunakan jenis busa cair yang akan memuai mengisi setiap sudut kemudian mengering. Untuk yang bertemperatur rendah diperlukan insulasi yang kedap uap air, sehingga uap air tidak dapat meresap ke dalamnya. Karena jika uap air meresap, maka dapat menjadi penghantar panas yang baik, sehingga efisiensi kotak pendingin menjadi menurun.
Sistem utama yang terdapat pada sistem pengkondisian udara adalah mesin pendingin. Mesin pendingin ini berfungsi untuk membuat fluida kerja menjadi dingin agar terjadi proses perpindahan kalor dan mengalirkan fluida kerja dalam sebuah siklus refrigerasi. Fluida kerja yang mengalir dalam sebuah siklus akan mengalami perubahan fase sesuai dengan proses yang dialaminya. Pada siklus kompresi fluida akan berbentuk uap, sedangkan pada fase ekspansi fluida akan berbentuk cair.
berupa pipa dengan ukuran yang berlainan. Pipa inilah yang membuatnya menjadi sistem tertutup.
Pipa penghubung antara evaporator (cooling coil) dengan kompresor disebut saluran masuk (suction line), antara kompresor dengan kondenser disebut pipa saluran keluar (discharge line/hot gas), antara kondenser dengan alat ekspansi disebut pipa cairan (liquid line). Ada pula sistem pendinginan yang menggunakan sebuah wadah penampungan (receiver) yang dipasang antara kondenser dengan alat ekspansi. Alat ini berguna untuk menampung refrigeran sementara sebelum digunakan di dalam evaporator. Pipa penghubung antara kondenser dengan wadah penampungan disebut pipa saluran balik (liquid return line). Selain alat-alat utama tersebut, juga digunakan beberapa alat tambahan seperti cooling tower, air filter, air dryer, sistem kendali, dll.
evaporator, karena di dalam evaporator terjadi pemanasan. Kalor yang diambil sebagai pemanas berasal dari bahan atau benda sebagai objek yang ingin dikondisikan (dalam hal ini didinginkan). Siklus refrigerasi yang berlangsung merupakan siklus kompresi uap.
evaporator Alat
ekspansi
kompresor kondenser
Gambar II.1 Diagram Aliran Refrigeran Dalam Siklus Refrigerasi
Dalam bentuk diagram p-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar II.3 Diagram P-h, Siklus Refrigerasi Ideal Secara Umum
Proses-proses yang berlangsung dalam diagram p-h tersebut adalah : a. Proses penguapan (1-2)
b. Proses kompresi (2-3)
Berlangsung di kompresor. Di dalam kompresor tekanan refrigeran dinaikkan sehingga memudahkan pencairannya kembali. Energi di kompresor diberikan oleh motor listrik. Saat uap refrigeran masuk ke dalam kompresor, tekanannya masih rendah; tetapi selama proses berlangsung, tekanannya menjadi tinggi. Jumlah refrigeran yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi tergantung pada jumlah uap yang diisap masuk ke dalam kompresor. Jika kompresi bersifat adiabatis dan tanpa gesekan, maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap (isentropik).
c. Proses penurunan suhu (3-3a), desuperheating.
Proses ini merupakan sebagian proses dari usaha pengembunan. Dengan didinginkan, maka refrigeran akan mudah dicairkan. Cara mendinginkannya bisa dilakukan dengan cara melewatkan air pendingin ataupun dengan udara yang bergerak.
d. Proses kondensasi/pengembunan (3a-4)
tekanan refrigeran di dalam kondenser. Uap refrigeran menjadi cair sempurna di dalam kondenser.
e. Proses penurunan tekanan (4-1)
Berlangsung di alat ekspansi (throtling). Untuk menurunkan tekanan refrigeran cair (tekanan tinggi) dari kondenser, juga supaya dapat menguap, maka refrigeran dilewatkan pada alat ekspansi atau pipa kapiler. Alat ekspansi yang biasa digunakan adalah alat ekspansi termostatik yang dapat mengatur laju aliran refrigeran. Diameter dalam dan panjang dari pipa kapiler ditentukan berdasarkan besarnya perbedaan tekanan yang diinginkan dan jumlah refrigeran yang bersirkulasi.
Agar memperoleh hasil yang maksimal dalam siklus refrigerasi, kerja dari kompresor harus seimbang dengan efek pendinginan (refrigeration effect) yang dihasilkan di evaporator. Hal yang mempengaruhinya adalah nilai h (entalpi) pada masing-masing titik dalam siklus refrigerasi. Satuan yang digunakan untuk entalpi adalah BTU/lb atau British Thermal Unit per pound. Dengan diketahui entalpi pada masing-masing titik dalam siklus refrigerasi, maka dapat diketahui COP
(coefficient of performance) dari mesin pendingin tersebut.
Nilai COP (coefficient of performance) adalah perbandingan antara RE
h
Gambar II.4 Diagram P-h, Menunjukkan Nilai Entalpi
Refrigeration effect (RE) = h2 - h4 (BTU/lb)
II.2 Macam-Macam Penyegar Udara
Setiap penyegar udara memiliki karakeristik tersendiri, seperti : a. Penyegar Udara Sentral
lemari. Komponen-komponen yang termasuk di dalamnya adalah kipas udara yang kapasitasnya menyesuaikan dengan volume udara dan tekanan yang diinginkan, koil udara yang terbuat dari pipa tembaga dan bersirip plat aluminium, pelembaban udara yang terdiri dari jenis penyemprotan air dan pancaran uap, dan saringan udara.
Gambar II.5 Unit Pengolah Udara
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 87)
b. Unit koil-kipas udara
Gambar II.6 Unit Koil-Kipas Udara
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 88)
c. Penyegar udara jenis paket
Penyegar udara jenis paket terdiri dari peralatan penyegar dan refrigerator yang terletak dalam satu rumah. Komponen-komponennya terdiri dari kipas udara, koil udara, saringan udara, dan panci penampung terletak pada bagian atas dari rumah. Di bagian bawah terdapat mesin pendingin yang terdiri dari kompresor, kondensor, pengontrol otomatis, dan peralatan listrik.
Gambar II.7 Penyegar Udara Jenis Paket
Pipa-pipa refrigeran sebagai penghubung kondenser dengan mesin penyegar udara.penyegar udara ini berkapasitas antara 3 TR sampai 10 TR (Ton Refrigeran) dan dirancang untuk kenyamanan normal maupun untuk keperluan industri.
d. Unit induksi
Unit induksi, seperti unit koil-kipas udara, dipasang langsung di dalam ruangan. Unit tersebut mempunyai kotak udara, nosel, koil udara sekunder dan penutup. Damper simpangan dan saringan juga dapat dipakai sebagai aksesori. Di dalam unit ini, udara primer dimasukkan ke dalam kotak udara primer (udara segar), kemudian dialirkan melalui nosel, sehingga udara masuk dalam kecepatan tinggi ke dalam ruang pencampur. Dengan pengaruh induksi tersebut, udara sekunder (udara ruangan) terhisap dan masuk melalui koil udara sekunder sehingga didinginkan. Kemudian udara primer dan udara sekunder yang telah tercampur, masuk ke dalam ruangan yang akan dikondisikan.
Gambar II.9 Unit Induksi Jenis Tekanan Rendah (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 89)
Untuk unit induksi jenis tekanan tinggi, perbandingan pemasukan
(entrainment ratio) dari udara ruangan kira-kira 3 sampai 5, sedangkan untuk unit induksi jenis tekanan rendah, sekitar 1 sampai 2.
e. Penyegar udara kamar
Gambar II.10 Pendingin Udara Jenis Jendela
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 93)
Penyegar udara ini biasanya berukuran kecil, mudah dipasang, dan dijalankan. Banyak digunakan di rumah ataupun di dalam gedung.
II.3 Sistem-Sistem Pengkondisian Udara
Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, bahwa sistem pengkondisian udara yang paling banyak dipakai adalah sistem pengkondisian udara sentral. Penggolongan sistem pengkondisian udara sentral dibagi menjadi 3 (tiga) bagian, yaitu:
a. Sistem udara penuh
Sistem udara penuh merupakan sistem yang paling banyak digunakan. Koil pendingin yang digunakan berisi refrigeran primer. Sistem ini mempunyai komponen udara segar (fresh air) dan udara balik (return air). Untuk sistem saluran tunggal, udara segar (fresh air) dan udara balik
(return air) akan dicampur sebelum melewati koil pendingin yang berisi
udara balik (return air) akan dihasilkan secara terpisah, baru keduanya akan dicampur di suatu ruang yang dinamakan ruang pencampur dengan suatu alat yang dinamakan alat pencampur. Biasanya digunakan untuk ruangan yang relatif kecil karena bila ruangan yang dituju adalah ruangan yang besar, maka kapasitas beban pendinginan pada mesin pendingin akan menjadi besar, sehingga tidak sesuai jika digunakan sistem seperti ini.
Gambar II.11 Skematik Pengkondisian Sistem Udara Penuh
b. Sistem air-udara
Sistem air-udara menggunakan air sebagai refrigeran sekunder. Air akan disalurkan dari sentral ke dalam suatu unit yang terpasang pada ruangan yang akan dikondisikan. Di dalam unit itu juga dilewatkan udara balik
yang lain. Kemudian udara segar (fresh air) ini langsung disirkulasikan ke dalam ruangan secara kontinyu. Hal ini bertujuan agar apabila sistem kendali pengkondisian udara yang berada di dalam ruangan di non-aktifkan, udara segar (fresh air) tetap tersuplai sehingga ruangan tidak akan sumpek jika akan digunakan. Dalam hal ini, koil pendingin yang berisi air dingin hanya berfungsi untuk membantu mendinginkan ruangan apabila suhu yang hendak dicapai belum terpenuhi. Biasanya digunakan untuk ruangan yang dipakai sewaktu-waktu, misalnya gedung pertemuan, gedung bioskop, kamar hotel, dll.
Udara segar telah didinginkan
Air dingin masuk
Air dingin keluar
Ruangan yang dikondisikan
Udara balik Suplai udara dingin
Gambar II.12 Skematik Pengkondisian Sistem Air-Udara
c. Sistem air penuh
Sistem ini biasa digunakan pada ruangan yang besar, seperti pertokoan, mal, dll.
Ruangan yang dikondisikan Udara segar masuk melalui
celah-celah atau ventilasi
Air dingin masuk
Air dingin keluar
Udara balik Suplai udara dingin
Gambar II.13 Skematik Pengkondisian Sistem Air Penuh
d. Sistem pengkondisian udara tunggal
Gambar II.14 Contoh Sistem Udara Tunggal; Jenis Jendela (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 26)
II.4 Refrigeran Sebagai Fluida
Fluida kerja yang bekerja di dalam siklus refrigerasi dinamakan refrigeran. Refrigeran adalah fluida yang digunakan untuk menyerap panas dari suatu tempat atau suatu benda. Refrigeran mengalami perubahan phasa secara bolak-balik, dari cair ke gas (evaporasi) setelah mengambil panas dan membuang panas melalui perubahan phasa dari gas ke cair (kondensasi).
Beberapa faktor yang harus dipenuhi refrigeran untuk dapat dipakai sebagai fluida kerja pada pendinginan siklus uap bertekanan (vapor compression cycle), adalah harus stabil susunan kimianya serta sifat-sifat lainnya, sehingga refrigeran itu dapat aman digunakan dan juga ekonomis. Tetapi meski begitu, tidak ada refrigeran yang benar-benar ideal yang dapat digunakan secara umum untuk tiap keadaan.
Kyoto 1997 membatasi dan mengeliminasi penggunaan fluida kerja (refrigeran) perusak lapisan ozon serta penyebab gas rumah kaca.
CFC (Chloro Fluoro Carbon) adalah zat yang menyebabkan penipisan lapisan ozon di lapisan stratosfir bumi. Chlorine (Cl) adalah komponen dari CFC yang bertanggungjawab atas rusaknya molekul ozon. R-11 dan R-12 (freon) merupakan dua jenis refrigeran CFC yang dipergunakan secara luas di dunia pada era 1970 hingga 1980-an. Berkurangnya tebal lapisan ozon menimbulkan kekhawatiran akan besarnya intensitas sinar ultraviolet yang bisa mencapai permukaan bumi. Sinar ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan penyakit kanker kulit dan berbagai kelainan kesehatan lainnya diprediksi bakal terjadi manakala manusia terekspose oleh sinar ini. Meskipun telah dilarang, freon masih banyak dipakai pada sistem pengkondisian udara saat ini, seperti pada AC mobil, refrigerator, dispenser, dll.
R-22 adalah HCFC yang banyak dipergunakan di berbagai mesin refrigerasi saat ini. Kehadiran HFC (Hydro Fluoro Carbon) seperti R-134a, semula diharapkan oleh kalangan industri refrigerasi sebagai solusi final dalam menjawab tuntutan dunia akan refrigeran non-ODS (Ozon Depleting Substance). Harapan ini dipupuskan oleh Protokol Kyoto yang mengatur dan membatasi penggunaan zat-zat penyebab fenomena rumah kaca yang bertanggung jawab atas terjadinya peningkatan temperatur global.
digunakan pada sistem yang telah ada (drop-in substitute). Perlu desain dan konstruksi mesin refrigerasi yang sesuai untuk fluida kerja CO2. Keunggulan utama CO2 adalah tidak merusak ozon, memiliki efek pemanasan global yang sangat rendah (terutama karena kecilnya massa yang diperlukan dalam siklus refrigerasi), tidak mudah terbakar, dan tidak bersifat racun. Beberapa hasil penelitian juga mengklaim bahwa efisiensi siklus ini cukup bersaing dibandingkan dengan sejawatnya, R-134a (refrigeran HFC).
Ammonia juga merupakan salah satu fluida kerja alami, karena keluasan bidang aplikasinya, maka ammonia baru akan dipakai di dunia refrigerasi mendatang. Fluida kerja ini merupakan solusi alternatif masa depan dunia refrigerasi. Kelemahan fluida kerja alami, seperti tingkat tingginya derajat keterbakaran (flammability) pada hidrokarbon dan kandungan racun (toxicity) pada ammonia, yang menyebabkannya digantikan oleh refrigeran CFC. Contoh-contoh lain dari refrigeran adalah R-12 (freon), R-11, R-22, R-744 (CO2), HFC-134a, CO2 dan R-717 (ammonia).
tiga kategori, yakni MC-12, MC-22, dan MC-134, ini antara lain dapat diaplikasikan pada lemari es, dispenser, peralatan pendingin ruangan, dan mobil. Pada tahap persiapan, produk ini baru dimanfaatkan pada peralatan perkantoran, perumahan, dan operasional kilang dalam lingkungan Pertamina
Refrigeran yang masih diijinkan untuk digunakan dan mulai banyak digunakan sampai saat ini adalah musicool, petrozon (rossy), hycool, dan HFC-134a. Jenis refrigeran hendaknya dipilih yang paling sesuai dengan jenis kompresor yang dipakai, dan karakteristik termodinamikanya yang antara lain meliputi temperatur penguapan dan tekanan penguapan serta temperatur pengembunan dan tekanan pengembunan.
Tabel II.1 Temperatur dan Tekanan Pengembunan Dari Refrigeran (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 97)
Adapun syarat-syarat yang harus dipenuhi refrigeran agar dapat digunakan sebagai fluida kerja dalam siklus refrigerasi adalah (diambil dari buku penyegaran udara karangan Wiranto Arismunandar dan Heizo Sato, terbitan Pradnya
Paramita, Jakarta) :
a. Tekanan penguapannya harus cukup tinggi
Sebaiknya refrigeran memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator, dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.
b. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi
Bila tekanan pengembunannya rendah, maka perbandingan kompresinya akan menjadi rendah sehingga penurunan prestasi kompresor dapat dihindarkan. Selain itu, dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena akan memperkecil kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan, dll.
c. Kalor laten penguapan harus tinggi
Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi akan lebih menguntungkan, karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi akan lebih kecil.
d. Volume spesifik (terutama dalam fase gas) yang cukup kecil
kapasitas refrigerasi yang sama, ukuran unit refrigerasi akan menjadi lebih kecil. Tetapi, untuk unit pendingin air sentrifugal yang kecil, lebih disarankan menggunakan refrigeran dengan volume spesifik yang agak besar. Hal tersebut diperlukan untuk menaikkan jumlah gas yang bersirkulasi, sehingga dapat mencegah terjadinya penurunan efisiensi kompresor sentrifugal.
e. Koefisien Prestasinya (KP) harus tinggi
Dari segi karakteristik termodinamika dari refrigeran, koefisien prestasi merupakan parameter yang terpenting untuk menentukan biaya operasi. f. Konduktivitas termal yang tinggi
Konduktivitas termal sangat penting untuk menentukan laju perpindahan kalor. Makin besar konduktivitas termalnya, maka laju perpindahan kalornya juga akan makin besar.
g. Viskositas yang rendah dalam fase cair maupun fase gas
Dengan viskositas yang rendah, tahanan aliran yang dialami oleh refrigeran juga akan rendah, sehingga kerugian tekanannya juga akan berkurang.
h. Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik
Sifat-sifat tersebut sangat penting, terutama untuk refrigeran yang akan dipergunakan pada kompresor hermetik.
Jika refrigeran yang dipakai dapat bereaksi dengan material dan menyebabkan korosi, maka pipa-pipa refrigeran tidak akan tahan lama dan siklus refrigerasi akan terhambat oleh korosi di dalam pipa.
j. Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau merangsang
Sifat ini diperlukan karena sangat berhubungan dengan keselamatan kerja dan kenyamanan. Amonia dan SO2 beracun dan berbau merangsang, tidak baik untuk pengkondisian ruangan. Sebaliknya Freon dan CO2 yang tidak berbau dan tidak beracun, sangat baik untuk digunakan pada pengkondisian udara ruangan. CO2 mengganggu pernafasan pada konsentrasi 3% dan memusingkan pada 5%. Adanya kebocoran refrigeran perlu segera diketahui, karena pada refrigeran yang tidak berbau perlu ditambahkan zat berbau seperti methyl chloride.
k. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak
Refrigeran yang tidak eksplosif adalah SO2, methalyn chloride, CO2, dan freon. Selain itu refrigeran bersifat eksplosif pada konsentrasi tertentu adalah petrozon dan hidrokarbon lain.
l. Refrigeran harus mudah dideteksi
Agar tidak membahayakan jika terjadi kebocoran, refrigeran harus mudah dideteksi dengan cara memberikan aroma atau bau yang khas, seperti yang telah dipaparkan pada nomor (j).
m. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh
dan kebocoran refrigeran. NH3, petrozon sangat murah. Freon-12 agak mahal, sedangkan Freon-22, dan HFC-134a termasuk refrigeran yang paling mahal.
Tabel II.3 Karakteristik Termodinamik Beberapa Refrigeran (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 281)
II.5 Prinsip Kerja Aliran Refrigerasi
Dalam siklus refrigerasi, refrigeran mengalami perubahan fase karena proses-proses yang dialaminya. Saat refrigeran mengalir ke dalam evaporator fasenya berubah dari cair menjadi uap. Pada saluran masuk evaporator terdapat campuran cairan dan uap, sedangkan pada saluran keluar evaporato adalah uap jenuh. Tekanan dan suhunya sama, tetapi karena refrigeran telah menyerap panas dari lingkungan di sekitarnya maka entalpi berubah.
Kemudian uap dialirkan melalui pipa masuk (suction line) ke kompresor. Di dalam kompresor uap bertekanan rendah dikompresikan dan tekanan tersebut meningkat sampai tekanan kondensasi. Suhu naik sampai yang lebih tinggi dibanding suhu kondensasi sebab uap tersebut telah mengalami panas yang cukup besar. Uap bertekanan dan bersuhu tinggi ini kemudian dialirkan melalui pipa saluran keluar (discharge line/hot gas) menuju kondenser. Pada saluran masuk kondenser, keadaan ini adalah satu dari keadaan uap super-panas pada tekanan tinggi. Panas dilepaskan dari kondenser ke lingkungan sehingga entalpi berubah. Pertama kali pada kondenser terjadi suatu perubahan fase dari uap super-panas menjadi uap jenuh, sehingga kemudian kondensasi dari uap jenuh. Setelah itu dari konsenser masuk ke alat ekspansi melalui saluran yang dinamakan pipa cairan
(liquid line). Pada alat ekspansi tekanan dari refrigeran diturunkan drastis sehingga refrigeran berubah fase menjadi cairan. Dari alat ekspansi, refrigeran masuk ke dalam evaporator. Di evaporator refrigeran menerima panas dari lingkungan di sekitarnya dan berubah wujud kembali menjadi uap. Uap refrigeran meninggalkan evaporator juga telah mempunyai sejumlah panas tertentu, yang juga besarnya tergantung pada temperatur dan tekanan. Lalu kembali ke kompresor. Kejadian tersebut terjadi berulang-ulang selama siklus berlangsung.
prosesnya disebut adiabatik (q=0). Maksudnya adalah refrigeran mengalami perubahan keadaan tetapi tidak ada panas yang masuk ataupun keluar.
II.6 Komponen Utama Mesin Refrigerasi
Dalam perancangan ini penulis menggunakan sistem pengkondisian jenis air penuh karena akan dipakai untuk melayani pengkondisian udara pada ruangan yang besar dan ruangan akan dikondisikan secara terus menerus hanya saja kapasitas pendinginannya akan berbeda-beda. Hal tersebut dapat diatasi dengan cara menurunkan kecepatan dari blower atau fan sesuai dengan keadaan yang diinginkan.
Gambar II.15 Skematik Sistem Air Penuh (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 82)
laju refrigeran yang dipompa oleh kompresor, sehingga katup ekspansi juga perlu disetel lagi; akibatnya, tekanan pada evaporator berubah.
II.6.1 Unit Kompresor
Kompresor adalah jantung dari sistem kompresi uap. Menurut metode kompresi, kompresor terdiri dari metode kompresi positif dan metode kompresi sentrifugal. Pada metode kompresi positif, terdiri dari kompresor torak, kompresor putar, dan kompresor sekrup. Berikut adalah beberapa jenis kompresor yang paling umum digunakan untuk sistem refrigerasi, yaitu :
a. Kompresor torak (reciprocating compressor)
Gambar II.16 Konstruksi Kompresor Torak (Silinder Ganda) Kecepatan Tinggi
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 129)
b. Kompresor putar
Kompresor putar dapat dibagi menjadi dua jenis, yatu jenis daun berputar dan jenis daun stasioner (diam). Untuk jenis daun berputar, daun terletak pada rotor yang berputar tetapi dapat bergerak dalam arah radial. Dengan demikian puncak daun selalu merapat pada bagian dalam dari silinder. Biasanya digunakan pada unit penyegar udara berkapasitas rendah. Sedangkan jenis daun stasioner (diam), daun terletak menempel pada permukaan rotor yang berputar (torak berputar). Proses kompresinya dilakukan oleh rotor. Kompresor ini harus dibuat dengan ketelitian tinggi serta material yang tidak mudah aus, sehingga dapat diperoleh perbandingan kompresi dan efisiensi yang tinggi.
Kompresor sekrup semula dirancang untuk memperoleh kompresor udara tanpa minyak pelumas, memiliki dua buah rotor yang berpasangan, berturut-turut dengan gigi jantan dan gigi betina. Kompresor sekrup memiliki beberapa keuntungan, yaitu lebih sedikit jumlah bagian yang bergesekan, perbandingan kompresi yang tinggi dalam satu tingkat, relatif stabil terhadap pengaruh cairan (kotoran) yang terserap dalam refrigeran.
Gambar II.17 Bagian-Bagian Utama Kompresor Sekrup (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 209)
Gambar II.18 Unit Paket Pendingin Menggunakan Kompresor Sekrup (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 209)
Gambar II.19 Sebuah Sistem Kompresor Sentrifugal (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 213)
Menurut segi konstruksinya kompresor dibedakan menjadi jenis terbuka, jenis hermetik, dan jenis semi hermetik. Suatu kompresor yang porosnya panjang hingga keluar rumah kompresor untuk dapat disambungkan dengan motor, disebut kompresor jenis terbuka (open type compressor). Tempat keluar poros pada rumah kompresor harus dipasang suatu perapat (seal) agar dapat dicegah kebocoran gas refrigeran atau masuknya udara dari luar ketika tekanan di dalam rumah kompresor lebih rendah dari tekanan atmosfir.
Gambar II.20 Kompresor Yang Tertutup Secara Hermetik (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 196)
Pada unit-unit yang tertutup secara hermetik, di mana kepala silinder umumnya dapat dilepaskan sehingga katup-katup dan piston-piston dapat dirawat, disebut semi hermetik.
II.6.2 Unit Kondenser
Untuk mencairkan uap refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi (yang keluar dari kompresor), diperlukan usaha untuk melepaskan kalor sebanyak kalor laten pengembunan, dengan cara mendinginkan uap refrigeran itu oleh air pendingin atau udara pendingin. Jumlah kalor yang dilepaskan oleh uap refrigeran sama dengan selisih entalpi uap refrigeran pada seksi masuk dan pada seksi keluar kondenser Jumlah kalor yang dilepaskan dalam kondenser sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh refrigeran di dalam evaporator dan kalor yang ekivalen dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja di dalam kompresor.
temperatur, material pipa, laju aliran massa fluida kerja, dsb. Kotoran serta kerak juga dapat menghalangi proses perpindahan kalor.
Koefisien perpindahan kalor dinyatakan dalam kcal/m2jam°C, yaitu jumlah kalor yang dipindahkan melalui permukaan pipa seluas 1m2 selama 1 jam, apabila perbedaan temperatur antara refrigeran dan air pendingin adalah 1°C.
Faktor-faktor yang mempengaruhinya antara lain adalah : a. Koefisien perpindahan kalor
Koefisien ini berkaitan dengan material dari pipa dan dimensinya. b. Faktor kotoran
Kotoran dapat menyebabkan laju perpindahan kalor terhambat. Kotoran-kotoran ini dapat disebabkan karena adanya minyak dan Kotoran-kotoran yang terdapat pada air pendingin.
c. Kecepatan aliran air pendingin
Makin tinggi kecepatan aliran air pendingin, maka makin cepat pula laju perpindahan kalornya. Tetapi jika kecepatan air pendingin terlalu besar, gesekan (tahanan) yang terjadi antara air dan dinding pipa menjadi bertambah besar pula. Oleh karena itu, kecepatan aliran air pendingin dibatasi, biasanya 1,5 sampai 2,5 m/detik.
d. Jenis refrigeran dan koefisien perpindahan kalornya
kondenser freon lebih rendah daripada kondenser ammonia. Untuk mendapatkan nilai laju perpindahan kalor yang sama dengan kondenser ammonia, kecepatan aliran air pendingin di dalam kondenser freon dibuat lebih tinggi.
Gambar II.21 Selisih Temperatur Refrigeran dan Air Pendingin Dalam Kondensor
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 145)
e. Kerugian tekanan
kondenser freon dan ammonia, kecepatan aliran pada kondenser freon dibuat lebih besar. Hal ini akan menimbulkan gesekan yang besar antara dinding pipa dengan air pendingin, maka itu kecepatan aliran air pendingin dibatasi.
Kondenser berpendingin air mempunyai beberapa bentuk, yaitu : a. Kondenser tabung dan pipa horizontal
Biasanya dipakai pada unit kondenser berukuran kecil sampai besar. Ciri-ciri dari kondenser tabung dan pipa adalah dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip, sehingga relatif berukuran kecil dan ringan; pipa air dapat dibuat lebih mudah; bentuknya horizontal dan mudah pemasangannya; dan pipa pendingin mudah dibersihkan.
Gambar II.22 Kondenser Berbentuk Tabung dan Pipa (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 221)
b. Kondenser tabung dan koil
kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasangannya; dan pembersihannya harus dilakukan dengan menggunakan deterjen.
Gambar II.23 Kondenser Tabung dan Koil (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 151)
c. Kondenser jenis pipa ganda
Gambar II.24 Kondenser Jenis Pipa Ganda (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 152)
Kondenser pendinginan udara terdiri dari koil pipa pendingin bersirip plat (pipa tembaga bersirip aluminium atau pipa tembaga bersirip tembaga). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin. Gas refrigeran yang bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur-angsur mencair dalam alirannya ke bagian bawah koil. Udara pendingin mengalir melalui bidang pendingin dengan kecepatan kira-kira 2,5 m/detik. Ciri-ciri kondenser berpendingin udara adalah dapat dipasang dimana saja asalkan terdapat udara bebas; tidak mudah terjadi korosi karena permukaan koil yang kering; dan memerlukan pipa refrigeran tekanan tinggi yang panjang karena biasanya diletakkan di luar rumah.
II.6.3 Unit Evaporator
Evaporator adalah alat penukar kalor yang mempunyai peranan penting dalam siklus refrigerasi, yaitu mendinginkan media sekitarnya. Karena media yang hendak digunakan dapat berupa gas, cairan, atau padat, dan sesuai dengan tujuan penggunaannya, evaporator dapat dibedakan menjadi :
a. Evaporator jenis ekspansi kering
Cairan refrigeran diekspansikan melalui katup ekspansi, pada waktu masuk ke dalam evaporator dari bagian atas koil sudah dalam keadaan campuran cair dan uap, sehingga keluar dari evaporator dalam keadaan uap kering. Karena dalam evaporator sebagian besar terisi oleh uap refrigeran, maka perpindahan kalornya lebih kecil dibandingkan dengan keadaan di mana evaporator terisi oleh refrigeran cair. Dalam evaporator ini, jumlah refrigeran yang digunakan tidak terlalu besar dan dapat diatur oleh katup ekspansi sehingga semua refrigeran yang keluar meninggalkan evaporator dalam bentuk uap jenuh, bahkan super panas. Jumlah minyak pelumas yang tertinggal di dalam evaporator juga sangat sedikit.
b. Evaporator jenis setengah basah
Evaporator jenis setengah basah adalah evaporator dengan kondisi refrigeran di antara evaporator jenis ekspansi kering dan evaporator jenis basah. Laju perpindahan kalor yang dihasilkan lebih tinggi dari jenis ekspansi kering, tetapi lebih rendah dari jenis basah. Refrigeran masuk dari bagian bawah koil evaporator.
Pada jenis ini sebagian besar dari evaporator terisi dengan cairan refrigeran. Proses penguapan terjadi seperti pada ketel uap. Gelembung refrigeran yang terjadi karena pemanasan akan naik, pecah pada permukaan cairan atau terlepas dari permukaannya. Sebagian refrigeran kemudian masuk ke dalam akumulator yang memisahkan uap dari cairan. Maka yang masuk ke dalam kompresor hanya yang berupa uap. Refrigeran cair yang dipisahkan dalam akumulator akan masuk kembali ke dalam evaporator bersama dengan refrigeran (cair) yang berasal dari kondenser. Cairan refrigeran menyerap kalor dari fluida yang hendak didinginkan, yang mengalir dalam pipa. Jumlah refrigeran yang dimasukkan ke dalam tabung evaporator harus sesuai dengan beben pendinginan yang harus dilayani.
Perpindahan kalor yang terjadi dalam evaporator dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :
a. Kapasitas pendinginan dari evaporator b. Koefisien perpindahan kalor
besarnya benda yang hendak didinginkan, maka koefisien perpindahan kalornya makin besar.
c. Perbedaan temperatur rata-rata
Banyaknya perpindahan kalor dihitung berdasarkan perbedaan temperatur rata-rata logaritmik. Makin besar perbedaan temperatur rata-rata, makin kecil ukuran penukar kalor (luas bidang perpindahan kalor) yang dibutuhkan. Namun temperatur penguapannya menjadi lebih rendah, sehingga kemampuan kompresor akan berkurang dan kerugian biaya operasional makin besar. Maka perbedaan temperatur rata-rata ditetapkan dengan memperhatikan perimbangan faktor ukuran penukar kalor dan kemampuan kompresor, jenis evaporator, temperatur pendingin, dll. Biasanya perbedaan temperatur rata-rata ditetapkan antara 6°C sampai 10°C.
Gambar II.26 Selisih Temperatur Rata-Rata
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 156)
d. Faktor kotoran
lapisan minyak pelumas pada permukaan pipa pada sisi refrigeran, dan pengotoran karena adanya pembekuan air.
e. Bidang perpindahan kalor dari pipa pendingin
Perpindahan kalor pada pipa pendingin sangat tergantung dari jenis zat yang akan didinginkan, yang berkontak dengan pendingin, dan tingkat keadaan refrigeran. Pada temperatur yang sama, perpindahan kalor kepada cairan dapat mencapai 2 sampai 4 kali lebih besar daripada gas. Oleh karena itu, laju perpindahan kalor pada evaporator jenis ekspansi kering lebih kecil daripada evaporator jenis basah, sehingga dengan evaporator jenis basah dapat diperoleh ukuran yang lebih kecil.
Beberapa macam konstruksi evaporator adalah : a. Evaporator tabung dan koil
Pada evaporator jenis ini terdapat koil pipa tunggal atau koil pipa ganda di dalam sebuah silinder. Refrigeran mengalir di dalam koil pipa untuk mendinginkan cairan/obyek yang ada di luar koil. Evaporator jenis ini dapat dibuat dengan mudah dan hanya dipakai pada mesin refrigerasi yang kecil, karena laju perpindahan kalornya sangat rendah.
Gambar II.27 Evaporator Tabung dan Koil
b. Evaporator tabung dan pipa jenis ekspansi kering
Evaporator ini menggunakan banyak pipa yang dipasang di dalam tabung. Refrigeran mengalir di dalam pipa, sedangkan cairan yang hendak didinginkan mengalir melalui begian luar pipa refrigeran, yaitu di dalam tabung. Kelemahan dari evaporator tabung dan pipa jenis ekspansi kering dibandingkan dengan evaporator jenis basah adalah karena kecepatan aliran air pendingin yang lebih rendah.
Gambar II.28 Evaporator Tabung dan Pipa Jenis Kering (Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 157)
Di samping itu, laju perpindahan kalornya lebih rendah karena refrigeran yang mengalir di dalam pipa ada dalam fasa uap. Cara mengatasinya adalah dengan memasang sirip pada bagian dalam pipa refrigeran.
c. Koil dengan pendinginan udara
Terdiri dari koil pipa bersirip pada bagian luarnya. Ada 2 macam koil pendinginan dengan udara, yaitu jenis ekpansi langsung dan jenis ekspansi tak langsung. Pada jenis ekspansi langsung, refrigeran diuapkan secara langsung di dalam pipa evaporator; sedangkan pada jenis ekspansi tak langsung udara didinginkan oleh refrigeran sekunder seperti air atau larutan garam.sirip-sirip dipasang dengan tujuan untuk memperbesar luas bidang perpindahan kalor, sehingga laju perpindahan kalornya menjadi besar.
Gambar II.30 Evaporator Pendingin Udara (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 238)
II.6.4 Alat Ekspansi
Alat ekspansi memiliki dua kegunaan, yaitu mengekspansikan secara adiabatik cairan yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah. Prosesnya berlangsung dalam entalpi konstan (isentalpik). Selain itu juga berfungsi untuk mengatur aliran refrigeran ke evaporator sesuai dengan beban pendinginan yang harus dilayani agar evaporator dapat bekerja dengan maksimal.
Pembukaan alat ekspansi yang tidak tepat dapat menyebabkan rusaknya kompresor. Hal ini disebabkan karena refrigeran yang terisap masuk ke dalam kompresor, ada yang masih berupa cairan. Selain itu, jika refrigeran telah menguap sampai mencapai keadaan super panas akan menyebabkan temperatur gas yang keluar dari kompresor terlalu tinggi dan kompresor akan bekerja dengan temperatur yang sangat tinggi, sehingga cepat rusak.
Alat ekspansi ini memiliki jenis yang bermacam-macam, yaitu pipa kapiler, katup ekspansi otomatik termostatik, katup ekspansi manual, dan katup ekspansi tekanan konstan (constant pressure expansion valve). Alat ekspansi yang paling banyak digunakan adalah pipa kapiler dan katup ekspansi temostatik.
a. Pipa kapiler
Diameter yang kecil ini dimaksudkan untuk menghasilkan penurunan tekanan yang diinginkan. Ukuran diameter dan panjangnya tergantung pada perbedaan tekanan antara tekanan tinggi dan tekanan rendah pada sistem. Ukuran diameter pipa harus dicari dengan cara “try and error”, sehingga jika dipakai pada sistem yang berbeda, pipa kapiler tersebut tidak akan bekerja dengan efektif lagi. Pipa kapiler sebaiknya dipakai pada suatu sistem yang bebannya relatif tetap stabil, seperti lemari es, freezer, dan AC kecil.
Gambar II.32 Alat Ekspansi Jenis Pipa Kapiler (Sumber : Pengantar Teori Teknik Pendinginan, Ricky Gunawan, hal 213)
Gambar II.33 Katup Ekspansi Termostatik (Sumber : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Stoecker, hal 259)
c. Katup ekspansi manual
Katup ekspansi manual adalah katup ekspansi dengan trotel yang diatur secara manual, yaitu dengan menggunakan katup jarum yang berbeda dari katup stop yang biasa.
Gambar II.34 Katup Ekspansi Manual
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 168)
d. Katup ekspansi tekanan konstan
Gambar II.35 Katup Ekspansi Tekanan Konstan
(Sumber : Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar&Heizo Sato, hal 169)
II.7 Sistem Water Chiller
Sistem water chiller adalah suatu sistem yang dipakai untuk membawa kalor yang dihasilkan oleh evaporator pada mesin pendingin menuju tempat-tempat dimana kalor tersebut akan didistribusikan. Sistem ini umumnya dipakai untuk melayani tempat-tempat yang besar atau luas. Sistem water chiller menggunakan air sebagai refrigeran sekunder. Refrigeran sekunder adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran sekunder mengalami perubahan suhu bila menyerap kalor dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan fasa. Secara teknis, air dapat berfungsi sebagai refrigeran sekunder.
Keuntungan menggunakan air sebagai refrigeran sekunder daripada langsung menggunakan udara dingin yang didistribusikan adalah :
b. Diperlukan ruang lebih sedikit untuk pipa air dibandingkan untuk saluran udara.
c. Air lebih praktis daripada udara, karena ukuran pipa air yang kecil akan lebih mudah disekat daripada saluran udara.
Air dipompa masuk ke dalam evaporator sebagai media penghantar kalor di dalam mesin pendingin, sehingga dihasilkan keluaran berupa air dingin yang suhunya mendekati suhu yang dihasilkan oleh evaporator tersebut. Kemudian air dingin tersebut ditampung pada suatu tempat yang dinamakan header sebelum didistribusikan ke tempat yang akan dikondisikan melalui pipa-pipa. Pada lokasi tertentu di dalam gedung atau bangunan yang akan dikondisikan, pipa-pipa tersebut akan masuk ke dalam suatu alat yang dinamakan AHU (air handling unit)
Gambar II.36 Contoh Unit AHU (Air Handling Unit)
Untuk mendistribusikan air dingin yang telah didinginkan oleh mesin pendingin, dibutuhkan pompa air dengan kapasitas yang cukup untuk mengalirkan air sampai tempat-tempat yang akan dikondisikan.
Gambar II.37 Pompa Air Dingin Sebelum Disirkulasikan
Karena adanya pompa air ini, maka air dapat bersirkulasi; dari mesin pendingin, menjangkau AHU (air handling unit) dan FCU (fan coil unit), sampai kembali lagi masuk ke dalam mesin pendingin.
