6 Bab II Tinjauan Pustaka
2.1. Alat Pengkondisian Udara
Pengkondisian udara adalah suatu system yang digunakan untuk mengatur dan mempertahankan keadaan udara yang meliputi temperatur, kelembaban relatif, kecepatan sirkulasi udara maupun kualitas udara dalam ruangan untuk mencapai kondisi yang sesuai dengan persyaratan kenyamanan . Sistem pengkondisian udara pada AC split yang umum dipakai terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, katup ekspansi dan refrigeran sebagai fluida pendinginnya. Susunan atau rangkaian komponen untuk AC split terlihat seperti pada Gambar 2.1 (http://www.hondamegatama.com).
7 2.2. Prinsip Kerja
Prinsip kerja sistem pengkondisian udara pada AC split di tunjukan seperti pada Gambar 2.2 (http://agus-subarkah.blogspot.com).
Gambar 2.2 Kondisi Refrigeran di Setiap Komponen
1. Langkah 1–2: Cairan refrigerant dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya.. Selama proses ini, cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas.
2. Langkah 2–3: Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat naik, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigerant. 3. Langkah 3–4: Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor
menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan. 4. Langkah 4-1: Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi
melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju evaporator.
8 2.3. Komponen Utama
Komponen yang paling utama pada alat pengondisian udara terdiri dari dua bagian yaitu komponen indoor dan komponen outdoor. Komponen indoor terdiri dari grille, evaporator, motor fan indoor, blower indoor, PCB/modul, remot control, thermistor, kapasitor fan dan filter udara. Sedangkan komponen outdoor terdiri dari bodi, kondensor, kompresor, kapasitor kompresor, motor fan outdoor, kapasitor fan outdoor, pipa kapiler, filter dryer, kran valve, overload dan katup ekspansi.
2.3.1. Komponen Indoor
1. grille adalah sebuah Body dari inddor, yang berfungsi sebagai alat kedudukan dari serangkaian komponen yang ada pada indoor. Untuk gambar grille dapat dilihat seperti pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Grille
2. Evaporator adalah alat penukar panas dimana refrigeran cair dengan tekanan rendah setelah proses ekspansi. di uapkan dalam alat ini. Untuk gambar evaporator dapat dilihat seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Evaporator
9
3. Motor Fan Indoor adalah Motor AC/DC yang berfungsi sebagai penggerak blower indoor untuk mendapatkan kecepatan tertentu agar udara diruangan dapat bersirkulasi melalui evaporator. Untuk gambar motor fan dapat dilihat seperti pada Gambar 2.5 (http://jualrumahgayungsari.blogspot.com).
Gambar 2.5 Motor Fan Indoor
Blower indoor Adalah alat yang berbentuk bulat sehingga disebut blower yang berfungsi sebagai alat menghempaskan udara ruangan yang dibantu oleh motor fan indoor. Untuk gambar blower indoor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Blower Fan Indoor
4. PCB atau Modul adalah alat mikro komputer yang berfungsi untuk memberikan perintah seluruh rangkaian air conditioner. Untuk gambar PCB atau modul dapat dilihat seperti pada Gambar 2.7
10
5. Remot Kontrol adalah alat untuk mangaplikasikan keinginan kita terhadap ac, yang bersingkronisasi dengan modul air conditioner. Untuk gambar remot kontrol dapat dilihat seperti pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Remot Kontrol
6. Thermistor adalah alat yang berfungsi sebagai sensor udara untuk menganalisa kedinginan ruangan supply outdoor. Untuk gambar thermistor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.9 (http://etechnoz.wordpress.com).
Gambar 2.9 Thermistor 7. Kapasitor Fan adalah sebuah alat untuk membantu start motor fan indoor,
untuk Ac model baru biasanya sudah dirangkai pada Modul/PCB. Untuk gambar kapasitor fan dapat dilihat seperti pada Gambar 2.10 (http://serviceac.sutikno.com).
11
8. Filter Udara adalah alat yang berfungsi untuk penyaring kotoran yang ada diruangan, sehinggan sangat menbantu untuk kebersihan ruangan. Untuk gambar filter udara dapat dilihat seperti pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Filter Udara 2.3.2. Komponen Outdoor
1. Bodi adalah sebagai alat untuk tempat tersusunnya dari seluruh rangkaian outdoor. Untuk gambar bodi dapat dilihat seperti pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Bodi
2. Kompresor merupakan salah satu komponen utama dalam mesin pendingin. Kompresor dirancang dan diproduksi untuk memberikan jangka waktu/umur yang panjang, karena kompresor merupakan jantung/komponen utama dari sebuah sistem refrigerasi, yang berfungsi untuk mengalirkan refrigerant keseluruh sistem. Untuk gambar kompresor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.13.
12
Gambar 2.13 Kompresor
3. Kondensor adalah alat pemindahan panas dari system refrigerasi ke media pendinginnya yang dapat menyerap kalor dan membuangnya kelingkungan sekitar. Panas dari uap refrigerant yang bersuhu tinggi keluar melewati dinding-dinding kondensor ke media kondensasi. Untuk gambar kondensor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Kondensor
4. Kapasitor fan adalah alat yang berfungsi sama dengan kapasitor pada indoor, tetapi mempunyai toleransi lebih tinggi dibanding dengan kapasitor fan indoor maupun fan outdoor disesuakian dengan berapa besar kapasitas kompressornya dan berlaku untuk kompressor yang menggunakan arus 1 phase/single phase. Untuk gambar kapasitor fan dapat dilihat seperti pada Gambar 2.15 (http://www.capacitorstarting.com).
13
5. Motor fan outdoor adalah motor listrik AC/DC yang berfungsi sebagai alat mensirkulasi udara disekitar outdoor yang berfungsi mempertahankan suhu tertentu sehingga kinerja compressor bisa stabil. Untuk gambar motor fan outdoor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Motor Fan Outdoor
6. Kapasitor fan outdoor adalah alat yang berfungsi sebagai alat starting motor fan outdoor. Untuk gambar kapasitor outdoor dapat dilihat seperti pada Gambar 2.17(http://serviceac.sutikno.com).
Gambar 2.17 Kapasitor Fan Outdoor
7. Pipa kapiler adalah alat yang berfungsi untuk memproses gas menjadi liquid sehingga terjadi pengembunan. Untuk gambar pipa kapiler dapat dilihat seperti pada Gambar 2.18.
14
8. Filter dryer adalah alat yang berfungsi sebagai penyaring kotoran yang mungkin ada dalam sistem air conditioner. Untuk gambar filter dryer dapat dilihat seperti pada Gambar 2.19 (http://kevinmulti26.blogspot.com).
Gambar 2.19 Filter Dryer
9. Kran valve adalah sebagai alat untuk menahan gas refrigerant di dalam kompressor sebelum AC terpasang dan berfungsi juga sebagai sarana untuk proses pevakuman. Untuk gambar kran valve dapat dilihat seperti pada Gambar 2.20 (http://victoriajaya.com).
Gambar 2.20 Kran Valve
10. Overload adalah alat otomatis kompressor yang bekerja sebagai kontrol bilamana kompressor terlampau panas dan bilamana konsumsi listrik sudah naik dan tidak sesuai dengan kapasitas compressor. Untuk gambar overload dapat dilihat seperti pada Gambar 2.21.
15
11. Katup ekspansi merupakan komponen penting dalam sistem air conditioner. Katup ini dirancang untuk mengontrol aliran cairan pendingin melalui katup orifice yang merubah wujud cairan menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup pemuaian dan memasuki evaporator/pendingin. Untuk gambar katup ekspansi dapat dilihat seperti pada Gambar 2.22 (http://www.partsnetcn.com).
Gambar 2.22 Katup Ekspansi
2.4. Refrigeran
Refrigeran adalah bahan pendingin berupa fluida yang digunakan untuk menyerap kalor melalui perubahan phasa cair ke gas (menguap) dan membuang kalor melalui perubahan phasa gas ke cair (mengembun).
Persyaratan refrigerant yang ideal antara lain (Arismunandar Wiranto, Saito Heizo. 2005).
1. Tekanan penguapan harus cukup tinggi.
Sebaiknya refrigeran memiliki temperatur penguapan pada tekanan yang lebih tinggi.
2. Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi.
Apabila tekanan pengembunan rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah sehingga penurunan prestasi kompresor bisa dihindarkan.
16 3. Kalor laten penguapan harus tinggi.
Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersikulasi lebih kecil.
4. Koefisien prestasi harus tinggi.
Dari segi karakteristik termodinamika dari refrigerant, koenfisien presentasi merupakan parameter terpenting untuk menentukan biaya operasi.
5. Konduktivitas termal yang tinggi.
Sifat ini mempengaruhi kinerja penukar kalor (evaporator dan kondensor). Refrigeran dengan konduktivitas termal tinggi.
6. Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas.
Refrigeran dengan viskositas rendah lebih baik di gunakan dalam sistem refrigerasi, karena dalam alirannya akan mengalami ketahanan yang kecil. 7. Konstanta dielektrika dari refrigerant yang kecil, tahanan listrik yang besar,
serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. 8. Tidak beracun dan berbau
9. Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak
10. Refrigerant stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai dan juga tidak menyebabkan korosi.
11. Refrigerant harus mudah dideteksi, jika terjadi kebocoran 12. Harganya terjangkau tidak mahal dan mudah diperoleh.
17
Refrigeran dalam dunia perdagangan telah diklasifikasikan oleh ASRE
(American Sociaty Of refrigerant Enginering). Standard ASRE membagi
refrigerant dalam beberapa kelompok penting yaitu refrigeran halokarbon, refrigeran anorganik dan refrigeran hidrokarbon.
2.4.1. Refrigeran Halokarbon
Refrigeran di susun dari beberapa jenis campuran atom halogen seperti fluorine, chlorine, iodine dan bromine. Beberapa refrigeran yang termasuk kelompok ini dapat dilihat pada Tabel 2.1, Tabel 2.2 dan Tabel 2.3 (Arismunandar Wiranto, Saito Heijo. 2000).
1. Methana series
Table 2.1 Methana series
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
11 12 13 22 23 32 Trikloromonofluoromethana Diklorodifluoromethana Monoklorotrifluoromethana Monoklorodifluorometahana Trifluoromethana Difluoromethana CCl3F CCl2F2 CClF3 CHClF2 CHF3 CH2F2
18 2. Ethana series
Tabel 2.2 Ethana series
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
113 114 125 134a 141b 142b 152a 1,1,2-trichlorofluoromethana 1,2-dichlorodifluoromethana Pethafluoroethana 1,1,1,2-tetrafluoroethana 1,1-dichloro-1-fluoroethana 1-chloro-1,1-difluoroethana 1,1-difluoroethana CCl2FCClF2 CClF2CClF2 CHF2CF3 CH2FCF2 CH3CClF CH3CClF2 CH3CHF2 3. Azetropic blend
Tabel 2.3 Azetropic blend
Penomoran Komposisi Rumus kimia
500 502 503 504 26,2% R-152a dan 73,8% R-12 51,2% R-115 dan 48,8% R-22 40,1% R-23 dan 59,9% R-13 48,2% R-32 dan 52,8% R-115 CCl2F2/CH3CHF2 CHCl2F2/CCF2CF3 CHF3/CClF3 CH2F2/CF3CClF2 2.4.2. Refrigeran Anorganik
Refrigerant jenis ini banyak dipakai sebagai langkah awal pengondisian udara, yang termasuk refrigeran anorganik dapat dilihat pada Tabel 2.4 (Stoecker, Wilbert F, Jones Jerold W, Supratman Hara. 1992).
19
Tabel 2.4 Refrigeran Anorganik
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
717 718 729 744 764 Ammonia Air Udara Karbon dioksida Sulfur dioksida NH3 H2O - CO2 SO2 2.4.3. Refrigeran Hidrokarbon
hidrokarbon yang cocok untuk digunakan sebagai refrigeran, khususnya dipakai pada industri perminyakan, yang termasuk kelompok refrigeran hidrokarbon dapat dilihat pada Tabel 2.5 (Bejo Nugroho. 2002).
Table 2.5 Refrigeran Hidrokarbon
Penomoran Nama kimia Rumus kimia
50 170 290 600 600a 1150 1270 Methana Ethana Propana n-butana Isobutana Ethylena Propylena CH4 C2H6 C3H8 CH3CH2CH2CH3 CH(CH3)3 CH2=CH2 CH3CH=CH2
20
2.5. Refrigeran yang digunakan didalam pengujian 2.5.1. Refrigeran R-22
Refrigerant R-22 termasuk refrigeran halokarbon, refrigeran ini banyak digunakan karena mempunyai kelebihan diantaranya tidak berbau, tidak mudah terbakar dan sangat stabil.
Nama kimia dari R-22 adalah monoklorodifuorometana dengan rumus kimia CHCFL2. R-22 sistem penomoran dalam kelompok halocarbon mengikuti pola sebagai berikut : angka pertama darikanan adalah jumlah atom flourin dalam ikatan, angka kedua dari kanan merupakan jumlah atom hydrogen ditambah angka satu dan angka ke tiga darikanan adalah jumlah atom karbon dikurangi satu (Stoecker, Wilbert F, Jones Jerold W, Supratman Hara. 1982). Untuk sifat fisik dan termodinamika R-22 dapat dilihat pada Tabel 2.6 (Ginanjar, 2013).
21 2.5.2. Refrigeran Musicool MC-22
Musicool adalah refrigeran dengan bahan dasar hydrocarbon alam dan termasuk dalam kelompok refrigerant ramah lingkungan, dirancang sebagai alternatif pengganti refrigerant sintetic kelompok halokarbon; CFC R-12, HCFC R-22 dan HFC R-134a yang masih memliki potensi merusak alam. (koko kuncoro.2014)
Komposisi musicool terdiri dari 99,7% adalah propana, 0,15% adalah butana, dan 0,15% adalah iso butana. Karena 99,7% komposisi musicool adalah propana, maka musicool dapat disebut juga sebagai propane (Firdaus. 2010).
Musicool MC-22 mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :
1. Musicool tidak berbau, tidak berwarna dan tidak beracun aman untuk di gunakan.
2. Musicool tidak mudah terbakar karena kecil kemungkinan terbakarnya, sifat kecepatan penguapan diudara mosicool sangat cepat serta kecilnya volume gas musicool terhadap udara.
3. AC menerima tekanan lebih ringan di bandingkan R-22 4. Tidak merusak komponen Mesin AC .
5. Sangat ramah lingkungan, tidak merusak lapisan Ozon dan tidak menimbulkan Efek Rumah Kaca
6. Produk dalam negeri (Pertamina), bahan baku banyak, Supply terjamin, serta Backup teknis tersedia
7. Kompatible terhadap semua mesin pendingin yang biasa menggunakan Refrigeran Sintetis (Raharjo, Samsudi. 2010).
Untuk sifat fisik dan termodinamika MC-22 dapat dilihat pada Tabel 2.7. (Ginanjar, 2013).
22
Tabel 2.7 Sifat fisik dan termodinamika MC-22
2.6. Retrofitting
Retrofitting adalah proses mengganti refrigeran pada mesin pendingin dengan jenis refrigeran yang berbeda karena dari segi bahan kimia yang membentuknya serta karakteristik lainnya .Pada proses retrofit dilakukan beberapa hal yaitu pengambilan data awal dan pengecekan kinerja kemudian recovery (pengambilan refrigeran lama), selanjutnya pemvakuman sistem, pengisian refrigeran dan pemeriksaan kinerja akhir setelah retrofit.
23
Sebelum kita melakukan pergantian refrigeran perlu diketahui terlebih dahulu prosedur umum bekerja dengan hidrokarbon :
1. Selalu bekerja pada ruangan yang berventilasi. 2. Dilarang merokok saat bekerja.
3. Hindari percikan api dalam radius dari daerah pengisian atau pembuangan. 4. Menonaktifkana saklar listrik.
5. Siapkan pemadam kebakaran manual
6. Gunakan sarung tangan dan kacamata sat penggantian refrigeran.
Adapun beberapa prosedur yang harus diperhatikan pada saat melakukan retrofit dengan menggunakan refrigeran hidrokarbon sebagai berikut :
1. Usahakan memperhatikan prosedur umumsaat bekerja dengan hidrokarbon. 2. Lakukan pemeriksaan fisik terlebih dahulu.
3. Lakukan pemeriksaan fungsi komponen (catat performasi jika di butuhkan). 4. Lakukan pemeriksaan instalasi listrik seperti isolasi dan sambungan kabel. 5. Lakukan pengembalian kembali (recovery) refrigeran CFC.
6. Pemvakuman sistem.
2.7. Analisa Sistem Kompresi Uap 2.7.1. Siklus Carnot
Siklus carnot secara termodinamika bersifat reversible secara skema siklus mesin kalor carnot dapat dilihat seperti pada Gambar 2.23.
kalor dari sumber bersuhu tinggi 2
3 Kompresor Turbin
1 4
24 Suhu (oK) 2 3 1 4 Enntropi (Kj/kg K)
Gambar 2.23 Skema Mesin Carnot (Stoecker, Wilbert F. 1992)
Mesin Carnot adalah mesin yang menerima energi kalor pada suhu tinggi merubah sebagian menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai kalor pada suhu yang lebih rendah. Siklus refrigasi Carnot merupakan kebalikan dari siklus mesin Carnot. Karena siklus refrigasi menyalurkan energi dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi. Siklus refrigasi membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi suhu dari siklus refrigasi dapat dilihat seperti pada Gambar 2.24.
Kalor menuju lingkungan yang bersuhu tinggi 3
2 Kerja Katup Ekspansi Kompresor
Kerja
4 1
Kalor dari sumber bersuhu rendah Kondensor
25 Suhu (oK)
Siklus proses refrigerasi carnot : 3 2 1-2 kompresi adiabatic
2-3 pelepasan kalor isotermal 3-4 ekspansi adiabatic
4 1 4-1 pemanasan kalor isothermal Entropi (Kj/kg K)
Gambar 2.24 Siklus Refrigerasi Carnot dan Diagram Siklus RefrigerasiCarnot (Stoecker, Wilbert F. 1992)
Tujuan utama sistem refrigasi carnot adalah proses 4-1 menyerap dari sumber bersuhu lebih rendah. Seluruh proses yang lainnya pada siklus tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga energi bersuhu rendah dapat dikeluarkan ke lingkungan yang bersuhu lebih tinggi atau proses sirkulasi udara.
2.7.2. Siklus Kompresi Uap Teoritis
Siklus teoritis mengasumsikan bahwa uap refrigeran yang keluar dari evaporator dan masuk kompresor merupakan uap jenuh pada tekanan dan temperatur penguapan, refrigeran yang keluar dari kondensor dan masuk ke katup ekspansi berupa caiaran jenuh pada tekanan dan temperatur pengembunan. Untuk skema siklus kompresi uap teoritis dapat dilihat seperti pada gambar 2.25.
3 2 Katup ekspansi 1 4 Kompresor Kerja bersih Kondensor Evaporator
26 Suhu (oK)
Entalpi (Kj/kg) Suhu (oK)
Entropy (Kj/kg K)
Gambar 2.25. Gambar Siklus Kompresi Uap (Stoecker, Wilbert F. 1992) Beberapa proses yang bekerja pada siklus refrigerasi :
1. Proses kompresi
Proses kompresi berlangsung dari titik 1 ke titik 2. Pada siklus teoritis diasumsikan refrigeran tidak mengalami perubahan kondisi selama mengalir di jalur hisap. Pada proses ini uap refrigeran pada tekanan evaporasi dikompresi sampai pada tekanan kondensasi. Proses kompresi diasumsikan isentropik sehingga pada diagram tekanan entalpi, titik 1 dan titik 2 berada pada satu garis entropi konstan. Pada titik 2 uap refrigeran berada pada kondisi superheat. Proses kompresi memerlukan kerja luar, entalpi uap naik yaitu dari h1 ke h2. Besarnya kenaikan ini sama dengan besarnya kerja mekanis yang dilakukan pada uap refrigeran.
27 2. Proses kondensasi
Proses 2-2’ dan 2’-3 terjadi di kondensor. Uap panas refrigeran yang keluar dari kompresor didinginkan sampai temperatur kondensasi dan di kondensasikan. Titik 2 adalah refifigeran yang keluar dari kompresor. Pada titik 2’ refrigeran berada di kondisi uap jenuh pada tekanan dan temperatur kondensasi. Jadi proses 2-2’ merupakan proses pendinginan sensible dari kompresor menuju temperatur kondensasi. Proses ini terjadi pada tekanan konstan. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara titik 2 dan 2’. Proses 2’-3 adalah proses kondensasi uap didalam kondensor. Kondensasi terjadi pada tekanan konstan. Panas yang dipindahkan selama proses ini adalah beda entalpi antara 2’-3. Besarnya panas total yang dikeluarkan di kondensor adalah jumlah antara panas yang dikeluarkan pada proses 2- 2’ ditambah panas yang dikeluarkan pada proses 2’- 3. Panas total ini berasal dari panas yang diserap oleh refrigeran yang menguap di dalam evaporator dan panas yang masuk karena adanya kerja mekanis pada kompresor.
3. Proses Ekspansi
Proses ekspansi berlangsung dari titik 3 ke titik 4. Pada siklus diasumsikan tidak terjadi perubahan kondisi cairan refrigeran yang mengalir di dalam jalur cairan sampai ke throttling device. Kondisi refrigeran masuk ke alat pengontrol dinyatakan oleh titik 3. Pada proses ini terjadi penurunan tekanan refrigeran dari tekanan kondensasi titik 3 menjadi tekanan evaporasi titik 4. Pada Waktu cairan di ekspansikan ke evaporator, temperatur refrigeran juga turun dari temperatur kondensasi ke temperatur evaporasi. Hal ini disebabkan karena terjadinya penguapan sebagian cairan refrigeran selama proses ekspansi. Proses 3-4 merupakan proses ekspansi adiabatik di mana entalpi fluida tidak berubah selama proses. Refrigeran pada titik 4 berada pada kondisi campuran cair dan uap.
4. Proses Evaporasi
Proses 4-1 adalah proses penguapan refrigeran pada evaporator atau juga bias juga efek refrigerasi (RE). Proses ini berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap.
28 2.7.3. Siklus Kompresi Uap Nyata
Siklus kompresi uap sebenarnya terjadi (nyata) berbeda dari siklus teoritis. Perbedaan ini muncul dikarenakan adanya asumsi-asumsi yang ditetapkan di dalam siklus standar. Pada siklus nyata terjadi pemanasan lanjut pada uap refrigeran yang meninggalkan evaporator sebelum masuk ke kompresor. Pemanasan lanjut ini terjadi akibat tipe peralatan ekspansi yang digunakan atau dapat juga dikarenakan penyerapan panas pada jalur masuk antara evaporator dengan kompresor. Refrigeran cair sebenarnya juga mengalami subcooling sebelum masuk alat ekspansi. Perbedaan siklus kompresi uap yang sebenarnya terjadi (nyata) dengan siklus teoritis dapat dilihat seperti pada Gambar 2.26 (Stoecker, Wilbert F. 1992)
Tekanan (kPa)
bawah dingin
3 penurunan tekanan 2’
3’ 2
siklus standar siklus nyata
4’ 1’
penurunan tekanan 1 panas lanjut Entalpi kJ/kg
Gambar 2.26 Perbandingan antara siklus standard dan siklus nyata Persamaan Matematika Siklus Kompresi Uap
2.8. Efek Kenaikan Tekanan Hisap Kompresor Terhadap Kinerja Alat Pengkondisian Udara
Semakin besar tekanan hisap terhadap kompresor maka semakin besar juga Coeffisient Of Performance (COP), peningkatan COP disebabkan karena adanya peningkatan efek refrigerasi dan penurunan dari kerja kompresor yang dihasilkan akibat perubahan enthalpi pada sisi masuk dan keluaran kompresor,
29
begitu juga pada kondisi keluaran kondensor terjadi penurunan enthalpi, hal tersebut disebabkan karena adanya perubahan tekanan. Kapasitas refrigerasinya relatif konstan terhadap peningkatan tekanan kerja kompresor disebabkan karena adanya peningkatan efek refrigerasi dan laju aliran massa yang berubah-ubah akibat putaran kerja kompresor yang selalu berubah-ubah. (Adi Purnawan, Suarnadwipa dan I K.G. Wirawan, 2010).
2.9.Persamaan Energi Aliran Staedy
Sistem refrigerasi atau laju aliran massa tidak berubah dari waktu ke waktu (kalaupun ada hanya perubahan kecil), oleh karena itu laju aliran dapat steady yang dilukiskan secara simbolis dapat dilihat pada Gambar 2.27. Keseimbangan energinya dapat dinyatakan sebagai berikut: besarnya energi yang masuk bersama aliran di titik 1 ditambah dengan besarnya energi yang berupa kalor serta dikurangi dengan besarnya energi yang ditambahkan berupa kalor dikurangi dengan besarnya energi yang meninggalkan sistem pada titik 2 sama dengan besarnya perubahan energi di dalam volume kendali. Ungkapan matematika untuk keseimbangan energi ini dapat di dirumuskan seperti pada Persamaan 2.1 (Stoecker, Wilbert F. 1992).
d dE W gz v h m q gz v h m 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 ………..(2.1)
Gambar 2.27 Keseimbangan energy pada seluruh volume atur yang sedang mengalami laju alirana steady
30 Dimana :
m = Laju aliran massa refrigeran [kg/s] h = Entalpi (J/kg]
v = Kecepatan [m/s] z = Ketinggian [m]
g = Percepatan gravitasi = [9,81 m/s2]
Q = Laju aliran energi dalam bentuk kalor [W] W = Laju aliran energi dalam bentuk kerja [W] E = Energi dalam sistem [J]
Oleh karena ada batasan pada masalah proses aliran steady. Maka tak ada perubahan harga E terhadap waktu, karena itu dE/d= 0, dan persamaan energi aliran steady menjadi seperti pada Persamaan 2.2
W gz v h m q gz v h m 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 ...(2.2) 2.9.1. Proses Kompresi
Siklus pendinginan kompresi uap merupakan sistem yang banyak digunakan di dalam sistem refrigrasi, pada sistem ini terjadi proses kompresi, pengembunan,
ekspansi dan penguapan. Dengan demikian harga q = 0. Perubahan energi kinetik dan potensial juga diabaikan, sehingga kerja kompresi bisa dirumuskan seperti pada Persamaan 2.3 dan Persamaan 2.4 (Stoecker, Wilbert F. 1992).
W = m(h2-h ……… (2.3) Wc = mref (h2-h1) ………(2.4)
31 Di mana:
Wc = Daya kompresor
h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg] h2 = Entalpi refrigeran pada titik 2 [kJ/kg]
ref
m
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
2.9.2. Proses Evaporasi dan Kondensasi
Pada proses evaporasi dan kondensasi perubahan menjadi energi kinetik dan energi potensial diabaikan sehingga harga v2/2 dan g.z pada titik 1 dan titik 2 dianggap 0. Dari gambar 2.25 dan persamaan 2.1, laju aliran kalor pada proses evaporasi (kapasitas pendinginan) dirumuskan seperti pada Persamaan 2.5 (Stoecker, Wilbert F. 1992).
Qe = mref
(h1-h4) ………..(2.5)
Di mana:
Qe = Laju perpindahan kalor evaporasi (kapasitas pendinginan) [kW] h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]
h2 = Entalpi refrigeran pada titik 4 [kJ/kg]
ref
m
= Laju aliran massa refrigeran [kg/s]
Laju aliran kalor pada proses kondensasi (kapasitas pengembunan) dirumuskan seperti pada Persamaan 2.6 (Stoecker, Wilbert F. 1992).
Qk = mref
(h2-h3) ………(2.6)
Di mana:
Qk = Laju perpindahan kalor kondensasi (kapasitas pengembunan) [kW] h1 = Entalpi refrigeran pada titik 2 [kJ/kg]
h2 = Entalpi refrigeran pada titik 3 [kJ/kg]
ref
m
32 2.9.3. Throttling Process
Proses ini terjadi pada pipa kapiler. Pada proses ini tidak ada kerja yang dilakukan atau ditimbulkan sehingga w = 0. Perubahan energi kinetik dan potensial dianggap nol. Proses dianggap adiabatik sehingga q = 0. Persamaan energi aliran menjadi seperti pada Persamaan 2.7 (Stoecker, Wilbert F. 1992).
h3 = h4 [kJ/kg] ………..………..(2.7)
2.9.4. Efek Refrigerasi
Efek refrigerasi adalah proses pengambilan kalor atau panas dari ruang untuk menurunkan temperaturnya, dirumuskan seperti pada Persamaan 2.8
(Stoecker, Wilbert F. 1992).
RE = h1-h4 ………(2.8)
Di mana:
RE = Efek refrigasi [kJ/kg]
h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg] h4 = Entalpi refrigeran pada titik 4 [kJ/kg] 2.9.5. Koefisien Kinerja
Koefisien kinerja adalah perbandingan besarnya panas dari ruang pendingin (efek refrigerasi) dengan besarnya kerja yang dilakukan kompreson. Koefisien prestasi (COP) dirumuskan seperti pada Persamaan 2.9 (Stoecker, Wilbert F. 1992). 1 2 4 1 h h h h COP ……….…………(2.9) Untuk aliran massa udara dapat ditentukan dari hukum kontinuitas seperti pada Persamaan 2.15 dan Persamaan 2.16 (Stoecker, Wilbert F. 1992).
Q = A.V ………..…………(2.15)
33 Di mana:
Q = Debit aliran udara [m3/det] A = Luas penampang [m2] V = Kecepatan udara [m/det]
= Massa jenis udara [kg/m3)
m = Laju aliran massa udara [kg/det]
2.10. Efektivitas Perpindahan Panas
Efektifitas perpindahan panas adalah perbandingan perpindahan panas yang sebenarnya terhadap laju perpindahan maksimum yang terjadi. Panas yang diserap oleh evaporator untuk mendidihkan refrigeran sebesarnya jumlah efektifitas perpindahan panas yang diberikan oleh udara. Sehingga menaikan suhu refrigeran sebagai penyebab turunnya temperatur udara pada evaporator.
Besarnya nilai efektifitas perpindahan panas dapat dihitung dengan mengunakan Persamaan 2.17 (William C Reynolds. 1996).
ε
= maks Q Q mungkin yang maksimum kalor n perpindaha Laju ya sesungguhn kalor n perpindaha Laju (2.17)Laju perpindahan kalor yang mungkin dapat dihitung dengan mengunakan Persamaan 2.18
h masuk c masuk
c maks C T T Q ……….………….(2.18) Sedangkan, laju perpindahan kalor sesungguhnya dapat dihitung dengan mengunakan Persamaan 2.19
h masuk c keluar
h T T C Q ……….……….(2.19) Di mana:ε = Efektifitas perpindahan panas
Ch = mh.cph, Laju aliran kapasitas panas [KJ/soC] Cc = mc.cpc, Laju aliran kapasitas dingin [KJ/soC] Th = Temperatur panas [oC]
