BAB II Dasar Teori

 BAB
II Dasar Teori
BAB II
DASAR TEORI
2.1 AC Split
Split Air Conditioner adalah seperangkat alat yang mampu mengkondisikan
suhu
ruangan
sesuai
dengan
yang
kita
inginkan,
terutama
untuk
mengkondisikan suhu ruangan agar lebih rendah dari suhu lingkungan
sekitarnya. Air Conditioner merupakan alat yang dapat mengatur temperatur
sesuai dengan kebutuhan, sehingga penghuni di dalam ruangan mendapatkan
kenyamanan termal. Prinsip kerja AC Split adalah sama halnya dengan mesin
pendingin lainnya, yaitu melepas panas dari ruangan yang didinginkan.
Contoh gambar AC split LG inverter dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 AC Split LG Hercules Inverter (sumber : LG Inverter)
Pada Air Conditioner udara ruang terhisap disirkulasikan secara terusmenerus oleh blower yang terdapat di indoor unit melalui sirip evaporator
yang mempunyai suhu yang lebih rendah dibanding suhu ruang, saat udara
ruangan bersirkulasi melewati evaporator, udara ruangan yang temperaturnya
lebih tinggi dari evaporator diserap panasnya oleh bahan pendingin/refrigeran
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
4
BAB
II Dasar Teori
(evaporator), kemudian kalor yang diterima oleh evaporator dilepaskan
keluar ruangan ketika aliran refrigeran melewati kondenser (outdoor unit).
Jadi, temperatur udara yang rendah atau dingin yang dirasakan pada
ruangan, sebenarnya adalah sirkulasi udara di dalam ruangan, bukan udara
yang dihasilkan oleh seperangkat AC Split. Unit AC Split hanyalah tempat
bersirkulasinya udara ruangan yang sekaligus menangkap kalor (panas) pada
ruangan yang bersirkulasi melewati evaporator hingga mencapai temperatur
yang diinginkan. Siklus tersebut digambarkan pada Gambar 2.2.
Evaporator
Alat Ekspansi
Kompresor
Kondenser
Gambar 2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
2.2 Komponen-Komponen AC Split
Komponen-komponen dari AC split inverter ini sama halnya dengan
komponen pada sistem refrigerasi pada umumya. Berikut merupakan
komponen-komponen dari AC split inverter, di antaranya :
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
5
BAB
II Dasar Teori
2.2.1
Kompresor
Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi kompresi uap.
Jika dalam suatu sistem tidak ada kompresor maka sistem tersebut
tidak
akan
berjalan.
Fungsi
dari
kompresor
adalah
untuk
mengkompresi refrigeran sehingga tekanan dan temperatur dari
refrigeran menjadi lebih tinggi, sehingga refrigeran dapat mengalir
menuju kondenser. Di dalam kompresor refrigeran berfasa uap. Dalam
AC Split LG inverter jenis kompresor yang digunakan yaitu jenis
kompresor Rotary.
2.2.2 Kondenser
Keluran dari kompresor refrigeran selanjutnya mengalir ke kondenser.
Karena berasal dari kompresor maka refrigeran masih memiliki
tekanan dan temperatur yang tinggi. Fungsi dari kondenser adalah
membuang panas ke lingkungan sehingga temperatur dari kondenser
dibuat lebih tinggi dari temperatur lingkungan agar dapat melepas
kalor ke lingkungan. Di kondenser terjadi proses kondensasi dan tejadi
proses isobar. Di kondenser refrigeran cair jenuh.
2.2.3 Alat Ekspansi
Keluaran dari kondenser refrigeran berfasa cair dan kemudian
mengalir menuju alat ekspansi. Fungsi dari alat ekspansi adalah untuk
mengekspansi
refrigeran,
sehingga
temperatur
refrigeran
dan
tekanannya menjadi turun dan refrigeran dapat mengalir ke evaporator.
Terjadi proses isoentalpi. Alat ekspansi yang digunakan dalam AC
Split LG ini menggunakan alat ekspansi berupa pipa kapiler.
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
6
BAB
II Dasar Teori
2.2.4
Evaporator
Selanjutnya refrigeran dari alat ekspansi akan mengalir ke evaporator.
Fungsi dari evaporator adalah sebagai media pendinginan dari sistem
refrigerasi, dimana evaporator akan menarik kalor dari suatu ruangan.
Masukan evaporator berfasa cair karena dalam fasa cair refrigeran
mampu menyerap kalor. Di evaporator terjadi proses isobar. Keluaran
dari evaporator refrigeran berfasa uap jenuh. Selanjutnya refrigeran
akan masuk ke kompresor. Keluaran dari evaporator fasanya berubah
menjadi uap jenuh.
2.2.5
Akumulator
Akumulator adalah sebuah alat yang digunakan untuk menyimpan
cairan refrigeran yang berasal dari evaporator untuk mencegah
masuknya cairan tersebut kedalam kompresor dan meyakinkan yang
masuk ke kompresor adalah fasa gas.
2.2.6
Strainer
Strainer adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penyaring
refrigeran dari kotoran dan mengeringkan refrigeran dengan menyerap
uap air yang terkandung dalam refrigeran.
2.2.7
Refrigeran
Refrigeran bertindak sebagai media penyerapan kalor di evaporator.
Refrigeran menyerap kalor dari benda atau produk yang didinginkan
sehingga wujud refrigeran berubah dari cair menjadi gas, sedangkan di
kondenser refrigeran membuang panas ke lingkungan atau bahan lain
sehingga wujudnya berubah dari gas menjadi cair. Berikut ini adalah
syarat dari refrigeran :
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
7
BAB
II Dasar Teori

Tidak beracun.

Tidak berwarna, tidak berbau dalam semua keadaan.

Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri, juga bila
bercampur
dengan
udara,
minyak
pelumas
dan
sebagainya.

Tidak korosif terhadap logam yang banyak dipakai pada
sistem refrigeran dan tata udara.

Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor,
tetapi tidak mempengaruhi atau merusak minyak pelumas
tersebut.

Mempunyai struktur kimia yang stabil.
Refrigeran yang digunakan dalam AC Split LG inverter ini
menggunakan refrigeran R-410.
2.3 Air Conditioner (AC) Inverter
Pada penyejuk udara terdapat unit luar yang di dalamnya terdapat kompresor
yang diputar oleh motor listrik. Motor listrik yang digunakan merupakan jenis
motor listrik AC yang menggunakan sumber listrik ac atau bolak-balik untuk
menjalankannya. Motor listrik AC memiliki karakteristik daya listrik yang
dibutuhkannya akan sebanding dengan kecepatan putarannya, artinya semakin
besar motor tersebut memutar sesuatu maka semakin besar pula daya listrik
yang dikonsumsinya.
Dengan menggunakan inverter, maka sumber tegangan bolak-balik
yang menyuplai motor dapat diatur besar tegangannya maupun frekuensinya,
dengan cara sumber dari PLN disearahkan terlebih dahulu menggunakan
penyearah, kemudian dibuat menjadi bolak-balik dengan menggunakan
inverter. Sekarang tidak harus tegangan dan frekuensi tetap yang didapat dari
sumber PLN. Kecepatan putaran motor sebanding dengan frekuensi
sumbernya, sedangkan besar torsi motor sebanding dengan arus yang
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
8
BAB
II Dasar Teori
mengalir. Karena dapat mengatur besar tegangan dan frekuensi sumber maka
tentu saja daya listrik yang masuk ke motor juga dapat diatur besarnya sesuai
dengan kebutuhan beban yang harus diputar oleh motor.
Disinilah letak peran dari teknologi inverter pada penyejuk udara.
Ketika suhu udara mulai sedikit naik, maka daya motor perlu ditambah sedikit
saja untuk kembali membuat suhu ruangan menjadi turun, sebaliknya ketika
suhu sudah cukup dingin maka daya motor dapat dikurangi cukup untuk
menjaga suhu tersebut relatif konstan. Hal ini berbeda dengan penyejuk udara
yang tidak menggunakan inverter dimana motor digerakkan dengan daya
penuh setiap saat, pengaturan suhu dilakukan dengan mematikan motor ketika
suhu ruangan dingin dan menyalakannya kembali dengan daya maksimal
ketika suhu sudah mulai naik. Pada Gambar 2.3 terlihat beda konsumsi daya
antara penyejuk udara yang memanfaatkan inverter dan yang tidak. Terlihat
jelas bahwa penyejuk yang menggunakan inverter memang dapat menghemat
konsumsi daya listrik.
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
9
BAB
II Dasar Teori
Gambar 2.3 Grafik Konsumsi Daya Listrik Pada Penyejuk Udara Tanpa
Inverter, dan dengan Menggunakan Inverter. (sumber : courtesy of
frostair.com.au)
2.4 Psikrometrik Terapan
Psikrometrik adalah suatu istilah yang berkaitan dengan sifat termodinamika
udara basah serta dapat menganalisis kondisi dan proses-proses yang
melibatkan udara basah.
Dalam perancangan sistem tata udara, psikrometrik dapat digunakan
untuk menentukan menentukan kondisi dan debit udara catu, kondisi udara
keluar koil pendingin, kondisi udara masuk koil pendingin, bypass factor,
temperatur titik embun alat (apparatus dew point), dan beban total yang harus
ditanggung oleh koil pendingin. Kondisi udara catu, kondisi udara keluar koil,
kondisi udara masuk koil pendingin, by pass factor, dan temperatur titik
embun alat dapat dimanfaatkan untuk menentukan kondisi kerja mesin
pendinginan (Setyawan, 2011:37).
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
10
BAB
II Dasar Teori
2.5 Diagram Psikrometrik
Gambar 2.4 merupakan contoh dari psychrometric chart dari Carrier yang
biasa digunakan untuk mengetahui kondisi udara pada sistem Tata udara.
Gambar 2.4 Diagram Psikrometrik (sumber : Carrier)
Gambar 2.5 menunjukan gambar diagram psikrometri sederhana.
Sumbu datar dibagian bawah menyatakan tdb (Dry Bulb Temperature) /
temperatur tabung kering udara. Pada bagian kiri dengan arah miring terdapat
skala entalpi dan twb (Wet Bulb Temperature) / temperatur tabung basah udara.
Sumbu tegak sebelah kanan menyatakan rasio kelembaban udara, yang
merupakan perbandingan berat uap air yang tekandung di udara dengan berat
udara kering. Pada sumbu ini juga sering kali dilengkapi dengan skala rasio
kalor sensibel atau sensible heat ratio, SHR. Selanjutnya gari-garis lengkung
di dalam diagram menyatakan skala kelembaban relatif atau relative humidity.
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
11
BAB
II Dasar Teori
w
twb dan h
SHR
RH
tdb
Gambar 2.5 Digram Psikrometri Sederhana
2.5.1
Dry Bulb Temperature (Temperatur Bola Kering)
Temperatur bola kering merupakan temperatur yang terbaca pada
termometer sensor kering dan terbuka, namun penunjukan dari
temperatur ini tidak tepat karena adanya pengaruh radiasi panas.
2.5.2
Wet Bulb Temperature (Temperatur Bola Basah)
Temperatur bola basah merupakan temperatur yang terbaca pada
termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Untuk
mengukur temperatur ini diperlukan aliran udara sekurangnya adalah
5 m/s. Temperatur bola basah sering disebut dengan temperatur jenuh
adiabatik.
2.5.3
Relative Humidity (Kelembaban Relatif)
Kelembaban relatif didefinisikan sebagai perbandingan antara tekanan
persial uap air yang ada di dalam udara dengan tekanan jenuh uap air
yang ada pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
12
BAB
II Dasar Teori
dikatakan sebagai kemampuan udara untuk menerima kandungan uap
air, jadi semakin besar RH semakin kecil kemampuan udara tersebut
untuk menyerap uap air.
2.5.4 Entalpi
Entalpi merupakan energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada
temperatur tertentu, atau jumlah energi kalor yang diperlukan untuk
memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air (dalam fasa cair) dari 0oC
sampai mencapai t oC dan menguapkannya menjadi uap air (fasa gas).
2.5.5 Volume Spesifik
Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan
meter-kubik per kilogram udara kering.
2.6 Proses – Proses Psikrometrik
Setyawan (2011/39), proses yang dialami oleh udara secara umum ada 8
macam. Proses-proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.6.
4
3
2
0
1
5
6
7
8
Gambar 2.6 Proses-Proses Udara
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
13
BAB
II Dasar Teori
Dari Gambar 2.6 dapat dijelaskan proses-proses yang dialami oleh udara
sebagai berikut :
a. Proses 0-1 Pemanasan Sensibel
Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan tanpa mengalami
penambahan atau pengurangan uap air. Ini terjadi pada udara yang
melewati koil pemanas.
b. Proses 0-2 Pemanasan dan Humidifikasi
Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan disertai dengan
penambahan uap air. Ini terjadi pada udara yang mendapatkan semprotan
air dengan temperatur lebih tinggi dibanding temperatur tabung kering
udara.
c. Proses 0-3 Humidifikasi
Terjadi pada udara yang tidak mengalami pemanasan maupun
pendinginan tetapi terjadi penambahan uap air. Ini terjadi pada udara
yang mendapatkan semprotan air dengan temperatur sama dengan
temperatur tabung kering udara.
d. Proses 0-4 Pendinginan dan Humidifikasi
Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dan penambahan uap
air. Proses ini terjadi pada udara yang mendapatkan semprotan air alami.
e. Proses 0-5 Pendinginan Sensibel
Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan tanpa disertai
penambahan dan pengurangan uap air. Proses ini terjadi pada udara yang
didinginkan oleh koil yang temperaturnya lebih rendah dibanding
temperatur tabung keringnya tetapi sama atau lebih tinggi dari pada
temperatur titik embunnya.
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
14
BAB
II Dasar Teori
f. Proses 0-6 Pendinginan dan Dehumidifikasi
Terjadi pada udara yang mengalami pendinginan dengan pengurangan
uap air. Proses ini terjadi pada udara yang didinginkan oleh koil yang
temperaturnya lebih rendah dibanding temperatur titik embunnya.
g. Proses 0-7 Dehumidifikasi
Terjadi pada udara yang mengalami pengurangan uap air tanpa adanya
pemanasan dan pendinginan. Proses ini terjaddi pada udara yang
melewati dehumidifier seperti silica gel, meskipun pada kenyataannya
tidak dapat diwujudkan (not practical).
h. Proses 0-8 Pemanasan dan Dehumidifikasi
Terjadi pada udara yang mengalami pemanasan dan pengurangan uap air.
Proses ini terjadi pada udara yang melewati koil pemanas dan
dehumidifier.
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
15
BAB
II Dasar Teori
Tabel 2.1 : Proses-Proses Udara
Proses
0-1
0-2
0-3
0-4
0-5
0-6
0-7
0-8
Nama
- tdb bertambah
- twb bertambah
Pemanasan sensibel
- Kelembaban relatif berkurang
- Rasio kelembaban tetap
- tdb bertambah
- twb bertambah
Pemanasan dan Humidifikasi
- Kelembaban relatif bertambah / berkurang
/ tetap
- Rasio kelembaban bertambah
- tdb tetap
- twb bertambah
Humidifikasi
- Kelembaban relatif bertambah
- Rasio kelembaban bertambah
- tdb berkurang
- twb bertambah/berkurang/tetap
Pendinginan dan Humidifikasi
- Kelembaban relatif bertambah
- Rasio kelembaban bertambah
- tdb berkurang
- twb berkurang
Pendinginan Sensibel
- Kelembaban relatif bertambah
- Rasio kelembaban tetap
- tdb berkurang
- twb berkurang
Pendinginan dan Dehumidifikasi - Kelembaban relatif bertambah / berkurang
/ tetap
- Rasio kelembaban berkurang
- tdb tetap
- twb berkurang
Dehumidifikasi
- Kelembaban relatif berkurang
- Rasio kelembaban berkurang
- tdb bertambah
- twb bertambah/berkurang/tetap
Pemanasan dan Dehumidifikasi
- Kelembaban relatif berkurang
- Rasio kelembaban berkurang
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
Keterangan
16
BAB
II Dasar Teori
2.7 Kapasitas Pendinginan
Gambar skematik proses pendinginan secara sederhana dapat dilihat pada
Gambar 2.7.
Koil Pendingin
1
2
Gambar 2.7 Skematik Proses Pendinginan
Proses pendinginan pada Gambar 2.7 disertai dengan penurunan uap
air atau pendinginan dan dehumidifikasi. Proses ini dilakukan dengan cara
melewatkan udara pada koil pendingin atau ruangan semburan air dimana
temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara sehingga terjadi penurunan
kalor laten dan kalor sensibel. Jika di gambarkan pada karta psikrometrik
maka proses pendinginan dan dehumidifikasi dapat dilihat pada Gambar 2.8.
twb1
w1
w2
twb2
tdb2
tdb1
Gambar 2.8 Karta Psikrometrik Proses Pendinginan dan Dehumidifikasi
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
17
BAB
II Dasar Teori
Pada proses pendinginan, udara akan mengalami penurunan pada
temperatur udara kering. Secara umum, jika udara didinginkan atau
dipanaskan dari kondisi 1 ke kondisi 2, maka berlaku
... (1)
atau
...(2)
dimana :
q = daya yang dilepas oleh udara, [W] atau [Btu/hr].
= laju aliran massa udara kering, [kg d.a /s] atau [lb/hr].
= selisih entalpi udara kering kondisi 1 dan kondisi 2, [kJ/kg d.a].
= entalpi udara kering pada kondisi 1, [kJ/kg d.a] atau [Btu/lb].
= entalpi udara kering pada kondisi 2, [kJ/kg d.a] atau [Btu/lb].
Dengan laju aliran massa udara kering :
... (3)
imana,
= laju aliran massa udara kering, [kg/s d.a] atau [lb/hr].
ρd.a = massa jenis udara kering, [kg d.a /m3].
Qd.a = debit udara kering, [m3/s d.a].
Dengan debit udara kering :
Qd.a = Vd.a x A
...(4)
dimana,
Qd.a = debit udara kering, [m3/s d.a].
Vd.a = kecepatan aliran udara kering, [m/s d.a].
A = luas permukaan aliran udara, [m2].
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
18
BAB
II Dasar Teori
2.8 Daya Listrik
Ada 3 faktor yang perlu diperhatikan pada saat menentukan kebutuhan PK
AC, yakni kapasitas pendinginan (cooling capacity) AC (BTU/hr – British
Thermal Unit per hour), daya listrik (Watt), dan daya kompresor AC.
Sebagian orang mungkin lebih mengenal angka PK (Paard Kracht/Daya
Kuda/Horse Power (HP)) pada AC. Sebenarnya PK itu adalah satuan daya
pada compressor AC bukan daya pendingin AC. Namun PK lebih dikenal
dibandingkan BTU/hr.
Analisis Performansi AC Split Inverter 1PK
LG S10INV-2 pada Set Temperatur 25-26oC
19