bab ii tinjauan pustaka 2.1. alat pengkondisian...

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).

Gambar 2.1 Instalasi AC split

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

Gambar 2.7 PCB atau Modul

http://jualrumahgayungsari.blogspot.com/

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).

Gambar 2.10 Kapasitor Fan

http://etechnoz.wordpress.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).

Gambar 2.15 Kapasitor

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.

Gambar 2.18 Pipa Kapiler

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.

Gambar 2.21 Overload

http://victoriajaya.com/

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


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


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


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).

Tabel 2.6 Sifat fisik dan termodinamika R-22

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

Kalor ke penguap (lingkungan) bersuhu rendah

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

Evaporator

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

dEWgz

vhmqgz

vhm

2

2

221

2

1

221 ……………..(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

Wgzv

hmqgzv

hm

2

2

221

2

1

221 ............................(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 = refm

(h2-h1) …………………(2.4)

31

Di mana:

Wc = Daya kompresor

h1 = Entalpi refrigeran pada titik 1 [kJ/kg]


refm

= 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 = refm

(h1-h4) ………………………………..(2.5)

Di mana:

Qe = Laju perpindahan kalor evaporasi (kapasitas pendinginan) [kW]



refm


Laju aliran kalor pada proses kondensasi (kapasitas pengembunan)

dirumuskan seperti pada Persamaan 2.6 (Stoecker, Wilbert F. 1992).

Qk = refm

(h2-h3) ………………………………(2.6)

Di mana:

Qk = Laju perpindahan kalor kondensasi (kapasitas pengembunan) [kW]



refm


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]



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).

12

41

hh

hhCOP

……………………………….…………(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)

m = Q.p = (A.V)p …………………..……………………(2.16)

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 =

maksQ

Q

mungkinyangmaksimumkalornperpindahaLaju

yasesungguhnkalornperpindahaLaju

(2.17)

Laju perpindahan kalor yang mungkin dapat dihitung dengan

mengunakan Persamaan 2.18

masukcmasukhcmaks TTCQ

…………………….………….(2.18)

Sedangkan, laju perpindahan kalor sesungguhnya dapat dihitung dengan

mengunakan Persamaan 2.19

keluarcmasukhh TTCQ

………………….…………….(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]

Tc = Temperatur dingin [oC]

bab ii tinjauan pustaka 2.1. alat pengkondisian...

Documents