bab ii tinjauan pustaka - Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Pengkondisian Udara / AC
Sistem Pengkondisian udara atau yang lebih dikenal dengan Sistem
pendingin adalah suatu perangkat yang digunakan untuk proses pendingin, dengan
cara menyerap dan memindahkan sejumlah panas. Prinsip dasar dari Sistem
pendingin didasarkan atas kenyataan bahwa suatu zat cair dapat diuapkan pada
suhu berapa saja yang diinginkan, dengan cara mengubah tekanan di permukaan
zat cair tersebut. Sebagai contoh jika kita memanaskan air di pantai (tekanan
tinggi) dan di puncak gunung (tekanan rendah), kita akan mendapatkan kenyataan
bahwa air yang kita masak di pantai akan lebih lambat mendidih (100˚C)
dibandingkan dengan yang di puncak gunung (85 ˚C). Berarti semakin rendah
tekanan yang diberlakukan terhadap zat cair maka akan semakin cepat menguap.
Berdasarkan sifat fisika, bahwa suatu fluida jika mengalami perubahan
fasa, maka fluida itu akan menyerap atau melepaskan sejumlah kalor sebesar kalor
latennya. Dalam proses penguapan suatu fluida, kalor laten penguapannya dapat
diambil dari fluida itu sendiri atau dari sumber panas disekitarnya. Bila kalor laten
penguapannya diambil dari fluida itu sendiri yaitu dengan cara menurunkan
tekanannya, maka suhu fluida itu akan turun. Jika diambil dari medium
sekitarnya, maka akan terjadi perpindahan panas dari medium sekitarnya ke fluida
tersebut, sehingga suhu sekitarnya menjadi turun.
Agar dalam proses pendingin suatu medium dapat berlangsung, maka
diperlukan fluida yang dapat menguap pada suhu relatif rendah dan pada
tekananyang relatif tinggi. Fluida yang digunakan disebut refrigerant. Berdasarkan
sifat-sifat fisika zat cair di atas, uap refrigerant dapat diembunkan kembali pada
temperatur berapa saja dengan menggunakan tekanan dari uap tersebut. Selain
5
Universitas Sumatera Utara
mengatur tekanan juga dibutuhkan medium lain untuk menerima kalor laten yang
dikeluarkan selama kondensasi. Medium yang biasa digunakan adalah air atau
udara.Untuk mengatasi hal ini, maka dibuat suatu sistem pendingin dengan
menggunakan beberapa komponen yang dapat mensirkulasi refrigerant.
2.2 Komponen Sistem Pendingin Ruangan
Sistem pendingin terdiri dari beberapa komponen yang masing-masing
dihubungkan dengan menggunakan pipa-pipa tembaga atau selang pada akhirnya
merupakan sebuah sistem yang bekerja secara serempak (simultan).
Komponen-komponen sistem pendingin yang digunakan adalah sebagai
berikut :
a. Kompresor
b. Kondensor
c. Flow Control
d. Evaporator
e. Refrigerant
f. Fan Motor
2.2.1
Kompresor
Kompresor merupakan jantung dari sistem pendingin ruangan dan
refrigerasi. Sebagaimana jantung pada tubuh manusia yang memompa darah
keseluruh tubuh. Kompresor menekan bahan pendingin ke-semua bagian dari
sistem. Pada sistem pendingin kompresor bekerja membuat perbedaan tekanan,
sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu bagian ke-bagian lain dari
sistem. Karena adanya perbedaan tekanan antara sisi tekanan tinggi dan sisi
tekanan rendah, maka bahan pendingin cair dapat mengalir melalui alat pengatur
bahan pendingin (pipa kapiler) ke evaporator.
6
Universitas Sumatera Utara
Adapun fungsi dari kompresor adalah:
1. Mensirkulasi bahan pendingin (refrigerant).
2. Mempertinggi tekanan agar bahan pendingin (refrigerant) dapat berkondensi
pada kondisi ruangan.
3. Mempertahankan tekanan yang konstan pada evaporator.
4. Untuk menghisap gas tekanan rendah dan suhu rendah dari evaporator dan
kemudian menekan gas tesebut, sehingga menjadi gas dengan tekanan dan
suhu tinggi lalu dialirkan kekondensor.
5. Menciptakan perbedaan antara daerah sisi tekanan tinggi dan daerah sisi
tekanan rendah.
Pada kompresor motor daya kemampuan tenaga yang dihasilkan
dinyatakan dalam daya kuda disebut dengan horse power (hp) dalam satuan watts.
Adapun efisiensi tenaga energi yang dihasilkan kompresor, sebanding dengan
kapasitas pendingin dan daya kompresor atau disebut Energy Efficienscy Ratio
(EER).
Gambar 2.1 Kompresor [3]
2.2.2
Kondensor
Kondensor adalah suatu alat yang berfungsi untuk membuang udara
panasdari AC referigerator pada tempratur dan tekanan tinggi, sehingga
digunakanuntuk mencairkan uap / gas refrigrant dan membuang udara panas
keluar. Kondensor akan merubah uap refrigeran tekanan tinggi tersebut menjadi
cairan tekanan tinggi dan adanya medium pendingin pada kondensor (udara
7
Universitas Sumatera Utara
maupun air). Jadi panas dari ruangan dan panas dari kompresor akan diserap
mediumpendingin.
1. Kondensor
dibagi
tiga
macam
tergantung
dari
medium
yang
mendinginkannya:
2. Kondensor dengan pendingin udara (air cooled)
3. Kondensor dengan pendingin air (water cooled)
4. Kondensor dengan pendingin campuran udara dan air (evaporative)
Kondensor dengan pendingin udara biasanya dibuat oleh pabrik agar suhu
kondensasinya berkisar antara 30 - 50 °C di atas suhu udara sekitar. melepaskan
panas yang diserap refrigeran di evaporator dan panas yang terjadi selama panas
kompresor, yang lazimnya dirumuskan sebagai berikut:
Qc = Qo + Wt ............................................ (2.1)
Qc = Panas yang dilepaskan kondensor
Qo = Panas yang diserap evaporator
Wt = Panas proses kompresor
Gambar 2.2 Kondensor [3]
2.2.3
Flow Control / Katup Ekspansi
Setelah refrigerant terkondensasi di kondensor, refrigerant cair tersebut
masuk ke-katup ekspansi yang mengontrol jumlah refrigeran yang masuk ke-
8
Universitas Sumatera Utara
evaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi salah satunya adalah pipa kapiler
(capillary tube).
Pipa kapiler dibuat dari pipa tembaga dengan lubang dalam yangsangat
kecil. Panjang dan lubang pipa kapiler dapat mengontrol jumlah bahan pendingin
yang mengalir ke evaporator.
Pipa Kapiler gunanya untuk:
1. Menurunkan tekanan bahan pendingin cair yang mengalir didalamnya
2. Mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir melaluinya
3. Membangkitkan tekanan bahan pendingin dikondensor.
Sistem yang memakai pipa kapiler berbeda dengan yang memakai keran
ekspansi atau keran pelampung. Pipa kapiler tidak dapat menahan atau
menghentikan aliran bahan pendingin pada waktu kompresor sedang bekerja
maupun pada saat kompresor sedang berhenti waktu kompresor dihentikan,
refrigeran yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya
berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigeran
mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler.
Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa
kapiler dipasang saringan yang disebut strainer. Ukuran diameter dan panjang
pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigerant cair harus menguap pada
akhir evaporator. Jumlah refrigeran yang berada dalam sistem juga menentukan
sejauh mana refrigeran di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisian
refrigeran harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator. Bila
pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila
pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigerant cair akan masuk ke
kompresor yang akan
mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa
kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3. Pipa Kapiler [3]
2.2.4
Evaporator
Evaporator adalah alat penyerap panas dari udara atau benda dan
mendinginkan media sekitarnya. Penyerapan kalor ini menyebabkan refgeran
mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten).
Panas yang dipindahkan berupa :
1. Panas sensibel (perubahan tempertaur) temperatur refrigerant yang
memasuki evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur
jenuh
penguapan
(evaporator
saturation
temparature).
Setelah
terjadi
penguapan,temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus jugaa dinaikkan
untuk mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor)
2. Panas laten (perubahan wujud)
Perpindahan panas terjadi penguapan refrigerant. Untuk terjadinya
perubahan wujud, diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut
adalah dari cair menjadi uap atau menguap (evaporasi). Refrigerant akanmenyerap
panas dari ruang sekelilingnya. Adanya proses perpindahan panas pada evaporator
dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap.
Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap
panasdalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan
temperatur evaporator (evaporator temperature difference). Perbedaan tempertur
10
Universitas Sumatera Utara
evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenis evaporator (evaporator
saturation temperature) dengan temperatur substansi/benda yang didinginkan.
Kemampuan memindahkan panas dan konstruksi evaporator (ketebalan,
panjang dan sirip) akan sangat mempengaruhi kapaistas evaporator.
Gambar 2.4 Evaporator [3]
2.2.5
Refrigrant
Refrigran
adalah
zat
pembawa
kalor
selama
sirkulasinya
dan
akanmenyerap kalor pada tekanan dan suhu yang rendah pada evaporator dan
kemudian dimanfaatkan oleh kompresor menjadi tekanan dan suhu tinggi untuk
selanjutnya melalui kondensor akan dibuang panasnya dan tekanannya
diturunkan. Banyak zat yang digunakan sebagai refrigerant antara lain Ammonia,
Metyl chloride, R-12, R-22, R-134a dan lain-lain.
Gambar 2.5 Tabung R-22
11
Universitas Sumatera Utara
Sifat-sifat yang dikehendaki dari suatu refrigerant :
a. Kalor laten penguapan harus tinggi.
b. Tekanan pengembunannya rendah, sebab refrigeran dengan tekanan
kondensasi tinggi memerlukan kompresor yang besar.
c. Tekanan penguapannya lebih tinggi dari tekanan atmosfir, sehingga bila
terjadi kebocoran udara luar tidak dapat masuk ke dalam sistem.
d. Stabil, tidak bereaksi dengan material yang digunakan, tidak korosif.
e. Tidak boleh beracun dan berbau.
f. Tidak boleh mudah terbakar dan meledak.
g. Mudah didapat dan harganya murah.
Table 2.1 Penamaan Refrigerant, Kode Warna Serta Rumus Kimianya
Nomor Refrigerant
Kodewarna
cylinder
R – 11
Orange
R – 12
Putih
R – 22
Birupucat
R – 500
R – 502
R – 503
R – 504
R – 717
Kuning
Ungumuda
Aqua marine
Tan
Perak
Namadanrumuskimia
Triclhoromonofluoromethane
CCl3F
Diclhorodifluoromethane CCl2F2
Monochlorodifluoromethane
CHClF2
Azeotropic mixture
Azeotropic mixture
Azeotropic mixture
Azeotropic mixture
Ammonia NH3
Untuk setiap mesin pendingin refrigeran yang digunakan berbeda-beda
tergantung kapasitas/penggunaannya, jenis kompresor dan lain-lainnya. Kadangkadang satu tipe refrigerant cocok untuk beberapa penggunaan.
2.2.6
Fan Motor
Fan motor berfungsi untuk memutar daun kipas dan blower. Selain itu
fanjuga berfungsi untuk menghembuskan udara baik udara segar atau udara
yangdi kondisikan kedalam ruangan dan menghembuskan udara panas keluar.
12
Universitas Sumatera Utara
Ada beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi ruangan, yaitu:
a. suhu / temperatur
b. kelembaban udara
c. distribusi udara / kecepatan gerak udara
d. kebersihan udara.
2.3
Prinsip Kerja Pendingin Ruangan
Kompresor AC yang ada pada sistem pendingin digunakan sebagai alat
untuk memampatkan fluida (refrigran), jadi refrigeran yang masuk ke dalam
kompresor AC dialirkan ke kondensor yang kemudian dimampatkan di
kondensor. Di bagian kondensor ini refrigerant yang dimampatkan akan berubah
dari fase uap menjadi fase cair, maka refrigeran mengeluarkan kalor yaitu kalor
penguapan yang terkandung di dalam refrigerant. Adapun besarnya kalor yang
dilepaskan oleh kondensor adalah jumlah dari energi kompresor yang diperlukan
dan energi kalor yang diambil evporator dari substansi yang akan didinginkan.
Pada kondensor tekanan refrigeran yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif
jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigerant yang berada pada pipapipa evaporator.
Prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni
udara didinginkan oleh refrigerant/pendingin (freon), lalu freon ditekan
menggunakan kompresor sampai tekanan tertentu dansuhunya naik, kemudian
didinginkan oleh udara lingkungan sehingga mencair. Proses tersebut berjalan
berulang-ulang sehingga menjadi suatu siklus yang disebut siklus pendinginan
pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor
ini ke luar ruangan. Prinsip kerja mesin pendingin ruangan ditunjukkan pada
gambar 2.6.
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan [4]
2.3.1
Jenis-jenis Pendingin Ruangan
Ada da banyak tipe mesin AC, namun secara garis besar dapat kita bagi
sebagaiberikut:
1.
AC Window
Pada AC jenis window, semua jenis komponen AC seperti filter udara,
evaporator, blower, kompresor, kondensor, refrigerant filter, ekspansion valve dan
control unit terpasang pada satu base plate, kemudian base plate beserta semua
komponen AC tersebut dimasukkan kedalam kotak plate sehingga menjadi satu
unit yang kompak. Biasanya dipilih karena pertimbangan keterbatasan ruangan,
seperti pada rumah susun.
Kelebihan AC window:
1) Pemasangan pertama maupun pembongkaran kemabali apabila dipindahkan
mudah dipasang.
2) Pemeliharan/perawatan mudah
3) Harga murah
Kekurangan AC window:
14
Universitas Sumatera Utara
1) Karena semua komponen AC terpasang pada base plate yang posisinya
dekat dengan ruangan yang didinginkan, maka cenderung menimbukan
suara berisik
2) Tidak semua ruangan dapat dipasang AC window, karena AC window harus
dipasang dengan cara bagian kondensor menghadap tempat terbuka supaya
udara panas dapat di buang ke ruang bebas.
Gambar 2.7 AC Window[5]
2.
AC Split
Pada AC jenis split komponen AC dibagi menjadi dua unit indoor yang
terdiri dari filter udara, evaporator dan evaporator blower, ekspansion valve dan
control unit, serta unit outdoor yang terdiri dari kompresor, kondensor,kondensor
blower dan refrigerant filter. Selanjutnya antara unit indor dengan unit
dihubungkan dengan 2 buah saluran refrigerant, satu buah untuk menghubungkan
evaporator dengan kompresor dan satu buah untuk menghubungkan refrigerant
filter dengan ekspansion velve serta kabel power untuk memasok arus listrik
untuk kompresor dan kondensor blower. AC split cocok untuk ruangan yang
membutuhkan kenyamanan, seperti ruang tidur, ruang kerja atau perpustakaan.
Kelebihan AC split:
1) Bisa dipasang pada ruangan yang tidak berhubungan dengan udara luar.
2) Suara di dalam ruangan tidak berisik.
15
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan AC split:
1) Pemasangan pertamamaupun pembongkaran apabila akan dipindakan
membutuhkan tenaga terlatih.
2) Harganya lebih mahal.
Tipe terpisah ini dapat berupa tipe split tunggal (single split unit,cassette
unit luar ruang melayani satu unit dalam ruang) dan dapat berupatipe split ganda
(multi split type, cassette unit luar ruang melayani beberapaunit dalam ruang).
Selain itu, berdasarkan pemasangannya, tipe terpisah inimasih dapat dibagi lagi
menjadi:
a. Tipe langit-langit/dinding (ceiling/wall type) indoor unit dipasang di
dinding bagian atas.
Gambar 2.8Wall Type[5]
b. AC Standing
Tipe lantai (floor type) indoor unit diletakkan di lantai. Tipe lantai ada yang
berbentuk seperti almari, ada juga yang sebenarnya sama dengan tipe langit-langit
tetapi dipasang di lantai.Jenis AC ini cocok digunakan untuk kegiatan-kegiatan
situasional dan mobil karena fungsinya yang mudah dipindahkan.
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9Floor Type[5]
c. Tipe kaset (cassette type) indoor unit dipasang di langit-langit, menghadap
ke bawah.
Gambar 2.10Cassette Type[5]
3. AC Sentral
Pada AC jenis udara dari ruangan didinginkan pada cooling plant di luar
ruangan tersebut, kemudian udara yang telah dingin dialirkan kembali kedalam
ruangan tersebut. Biasanya cocok untuk dipasang di sebuah gedung bertingkat
(berlaantai banyak),seperti hotel atau mall.
Kelebihan AC sentral:
1) Suara di dalam ruangan tidak berisik sama sekali
2) Estetika ruangan terjaga, karena tidak ada unit indoor
17
Universitas Sumatera Utara
Kekurangan AC sentral:
1) Perencanaan, instalasi, operasi dan pemeliharaan membutuhkan tenaga ahli
2) Apabila terjadi kerusakan pada waktu beroperasi maka akan terasa pada
seluruh ruangan
3) Pengaturan temperatur udara hanya dapat dilakukan pada sentral cooling
plant
4) Biaya investasi awal sertabiaya operasi dan pemeliharaan mahal.
AC sentral melibatkan sistem jaringan distribusi udara (ducting) untuk
mencatu udara sejuk ke dalam ruang dan mengambil kembali untuk diolah
kembali. Lubang tempat udaara dari sistem AC yang masuk ke dalam ruangan
disebut difuser (diffucer), sedangkan lubang tempat udara kembali dari dalm
ruangan ke jaringa yang disebut gril (grill).
Berikut ini dalah bagian-bagian dari AC sentral :
1. Unit pendingin (chiler)
Pada unit pendingin atau chileryang menganut sistim kompresi uap,
komponennya terdiri dari kompresor, kondensor, alat ekspansi dan evaporator.
Pada chilerbiasanya tipe kondensornya adalahwater-cooled condenser.Air untuk
mendinginkan kondensor dialirkan melalui pipa yang kemudian outputnya
didinginkan kembali secara evaporatif cooling pada cooling tower.
Gambar 2.11 Unit Pendingin (Chiller)[5]
18
Universitas Sumatera Utara
Pada komponen evaporator,jika sistemnya indirect cooling maka fluidanya
yang didinginkan tidak langsung udara, melainkan air yang dialirkan melalui
sistem pemipaan. Air yang mengalami pendinginan pada evaporator dialirkan
menuju sistem penanganan udara (AHU) menuju koil pendingin.
2. AHU (Air Handling Unit)
AHU adalah sebuah unit yang berfungsi sebagai pengatur udara yang akan
dimasukkan kedalam ruangan melalui saluran udara (duct). Untuk unit penyejuk
udara AC, aliran udara pada unit kumparan Fan Coil Units (FCU) atau Air
Handling Unit (AHU) dapat diukur dengan menggunakam anemometer. Suhu dry
bulb dan wet bulb diukur pada jalur masuk dan keluar AHU atau di FCU.
Gambar 2.12Air Handling Unit (AHU ) [5]
Ada bebrapa komponen yang gterdapat dalam AHU, diantaranya :
a) Kipas atau fan
Fungsi kipas atau fan adalah untuk menggerakkan udara dari dan ke
ruangan. Pada pengkondisian udara, udara yang digerakkan terdiri dari :
1) Keseluruhan udara luar
2) Keseluruhan udara di dalam ruangan ( udara yang disirkulasikan)
3) Kombinasi udara luar dan udara dalam ruangan
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13Centrifugal Fan[5]
Kipas mendorong udara dari luar atau dari dalam ruangan, tetapi pada
sistem umumnya kipas mendorong udar dari kedua sumber pada saat yang sama.
Oleh karena itu
udara yang mengalir dengan deras menyebabkan rasa tidak
nyamaan dan udara yang bergerak lambat akan memperlambat pengeluaran panas
dari badan, maka jumlah udara yang disediakan kipas harus diatur. Hal ini dapat
dilakukan dengan jaan memilih sebuah fan yang dapat menyediakan sejumlah
udara yang memadai dan juga mengatur kecepatan kipas sehingga laju aliran
udara di dalam ruangan bersirkulasi dengan baik.
b) Cooling coil
Cooling coil berfungsi untuk mendinginkan udara yang akan disirkulasikan
menuju ke ruangan. Udara yang berasal dari luar ataupun dari dalam ruangan
dilewatkan ke permukaan koil pendingin yang selanjutnya udara didinginkan guna
tercapainya udara ruangan yang diinginkan. Jika di dalam ruangan udara terlalu
lembab (kandungan uap airnya tinggi), uap air dikeluarkan secara otomatis saat
udara didinginkan oleh Cooling Coil.
Gambar 2.14Cooling Coil[5]
20
Universitas Sumatera Utara
c) Saringan udara (filter)
Saringan udara diletakkan di depan koil untuk mencegah adanya debu serta
partikel secara berlebihan, karena debu serta partikel akan menutupi permukaan
koil. Saringan dibuat dari berbagai bahan seperti pintalan kaca sampai plastik
komposit. Jenis lain bekerja menurut prinsip elektrostatika dan benar-benar dapat
menarik serta menangkap debu dan partikelnya secara listrik.
Gambar 2.15 Saringan Udara (Filter)[5]
d) Humidifie
Proses cooling secara bersamaan akan terjadi pula proses dehumidifying,
sehingga lama-kelamaan kandungan uap air udara ruangan yang dikondisikan
tidak sesuai dengan keperluan. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk menambah
kandungan uap air. Metode penambahan uap air dalam sistem digambarkan
sebagai-berikut:
Outlet air from Humidifie
Inlet air to Humidifier
Gambar 2.16 Proses Humidifying[5]
21
Universitas Sumatera Utara
Proses ini disebut humidifying yaitu proses penambahan kandungan uap
air di udara pada ruanganyang dikondisikan dengan bantuan alat yang disebut
humidifier. Proses humidifying terjadi bila kelembapan ruangan lebih rendah dari
setpoint yang telah ditentukan. Humidifier merupakan komponen yang berfungsi
untuk menghasilkan uap air untuk menaikkan kelembapan udara ruangan (relative
humidity). Uap yang dihembuskan ke dalam ruangan melalui evaporator.
Humidifier bekerja jika kelembaban udar ruangan di bawah setpoint dan diluar
batas sensivity yang di tentukan.
e) Saluran udara ( duct)
Saluran ini berfungsi untuk mengarahkan udara dari kipas menuju ke ruanganruangan.
Gambar 2.17 Bentuk Saluran Udara [5]
Lubang saluran masuk membantu mendistribusikan udara secara merata ke
ruangan.
Sebagian
lubang
saluran
masuk
(mendorong)
sebagian
lagi
mengarahkannya menjadi aliran cepat dan lainnya menyebabkan kombinasi kedua
hal diatas. Oleh karena lubang saluran itu dapat menyebabkan aliran bertekanan
dan juga deras, lubang itu juga dapat berfungsi sebagai alat kontrol arah aliran
udara yang disebakan kipas. Kontrol arah, lokasi dan jumlah lubang saluran
masuk di ruangan berperan dalam menentukan aliran udara yang nyaman atau
tidak nyaman.
Prinsip kerja secara sederhana pada unit penanganan udara ini adalah
menyedot udara dari ruangan (return air) yang kemudian dicampur dengan udara
segar (fresh air) dengan komposisi yang bisa diubah-ubah sesuai keinginan.
22
Universitas Sumatera Utara
Campuran udara tersebut masuk menuju AHU mewati filter, fan sentrifugal dan
koil pendingin. Setelah itu udara yang telah mengalami penurunan temperatur
didistribusikan secara merata ke setiap ruangan melewati saluran udara (ducting)
yang telah dirancang terlebih dahulu sehingga lokasi yang jauh sekalipun bisa
terjangkau.
Gambar 2.18 Bentuk Saluran Udara Balik [5]
f) Cooling tower
Salah satu komponen pada ac sentral selain chiller, AHU, dan ducting
adalah cooling tower atau menara pendingin. Fungsi utamanya adalah sebagai alat
untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung
dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan atau kipas.
Gambar 2.19 Cooling Tower [5]
23
Universitas Sumatera Utara
2.4
Termodinamika Sistem Refrigerasi
Refrigerasi
merupakan suatu
proses penarikan kalor dari
suatu
benda/ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih
rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi,
panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan. Sehingga refrigerasi
selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan perpindahan panas.
Siklus refrigrasi memperlihatkan apa yang terjadi atas panas setelah
dikeluarkan dari udara oleh refrigeran di dalam koil (evaporator). Siklus ini
didasari oleh dua prinsip, yaitu:
1. Saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka refrigeran cair itu
mengambil atau menyerap sejumlah panas.
2. Titik didih suatu cairan dapat diubah dengan jalan mengubah tekanan yang
bekerja padanya. Hal ini sama artinya bahwa temperatur suatu cairan dapat
ditingkatkan dengan jalan menaikkan tekanannya, begitu juga sebaliknya.
Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:
1.
Sistem refrigerasi mekanik
Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau alat
mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem
refrigerasi mekanik diantaranya adalah:
1) Siklus kompresi uap (SKU)
2) Refrigerasi
3) Refrigerasi ultra rendah/ kriogenik
4) Siklus sterling
2.
Sistem refrigerasi non mekanik
24
Universitas Sumatera Utara
Berbeda dengan sistem mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin
penggerakseperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam
sistem refrigerasi non mekanik diantaranya adalah:
1) Refrigerasi termoelektrik
2) Refrigerasi siklus absorbsi
3) Refrigerasi steam jet
4) Refrigerasi magnetik
5) Heat pipe
2.4.1
Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refrigerasi, yang paling mum
digunakan adalah refrigerasi dengan kompresi uap. Komponen utama dari
sebuahsiklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, dan katup ekspansi.
Berikut adalah sistem konvensional siklus kompresi uap.
Gambar 2.20 Sistem refrigerasi kompresi uap [4]
25
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.21 Diagram T-s dan P – h Siklus Kompresi Uap
Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap saperti pada gambar
diatas adalah sebagai berikut:
a. Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik.
Kondisi awal refrigerant pada saat masuk kompresor adalah uap jenuh bertekanan
rendah, setelah mengalami kompresi refrigerant akan menjadi uap bertekanan
tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur keluar
kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigerant
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
26
Universitas Sumatera Utara
Wc = h2– h1 .......................... (2.2)
Dimana;
Wc = besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1= entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2= entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
b. Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigerant yang bertekanan
tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang
kalor sehingga fasanya berubah jadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam
kondensor terjadi pertukaran kaor antara refrigerant dengan lingkungannya
(udara), sehingga panas berpindah dari refrigerant ke udara pendingin yang
menyababkan uap refrigerant mengembun menjadi cair. Besar panas per satuan
massa refrigerant yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:
Qc = h2 – h3 .......................... (2.3)
Dimana :
Qk = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)
h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
c. Proses ekspansi (3-4)
Proses ekspansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak
terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur.
Dapat dituliskan dengan:
h3 = h4 ................................... (2.4)
27
Universitas Sumatera Utara
Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa
kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigerant dan
menurunkan tekanan.
d. Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan,
temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan diserap
olehcairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah fasa
menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigerant saat masuk evaporator
sebenarnya adalah campuran cair dan uap.
Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:
Qe = h1 – h4 .......................... (2.5)
Dimana :
Qe = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)
h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
h4= entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
selanjutnya refrigerant kembali masuk ke dalam kompresor dan
bersirkulasi lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
Untuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel
sifat refrigerant.
2.4.2
Siklus Refrigerasi Absorbsi
Dalam siklus refrigerasi absorbsi, dipergunakan penyerap untuk menyerap
refrigeran yang diuapkan di evaporator sehingga menjadi suatu larutan absorbsi.
Kemudian larutan absorbsi tersebut dimasukkan kedalam sebuah generator untuk
memisahkan refrigeraan dari larutan absorbsi tersebut dengan cara memanasi,
yang sekaligus akan menaikkan tekanannya sampai mencapai tingkat keadaan
mudah diembunkan. Untuk sistem refrigerasi absorbsi di tunjukkan pada gambar
2.22.
28
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.22. Sistem Refrigerasi Absorbsi
2.5
Beban Pendingin
2.5.1
Defenisi Beban Pndingin
Beban pendingin adalah aliran energi dalam bentuk panas. Perlu diulang
kembali bahwa tugas pendingin adalah menjaaga kondisi suatu ruangan agar
berada pada suhu dan kelembapan tertentu yang umumnya lebih rendah dari
temperatur dan kelembapan lingkungan luar. Jenis beban pendingin, dapat dibagi
menjadi dua, yaitu panas sensibel dan panas laten.Panas sensibel adalah panas
yang menyebabkan terjadinya kenaikan atau penurunan temperatur,tetapi phasa
tidak berubah.Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa
benda tanpa mengalami perubahan temperatur( temperatur tetap).
29
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.23 Jenis Beban Pendingin Pada Udara Luar [11]
2.5.2
Sumber-sumber Beban Pendingin
Beban pendingin bagi suaturuangan yang dikondisikan bisa berasal dari
bebrapa sumber.sumber-sumber ini umumnya dibagi 2 bagian besar, yaitu beban
yang berasal dari dalam ruangan. Panas yang berasal dari luar ruangan antara lain
: panas yang berpindah secara konduksi dari dinding, dari kaca, dari atap, dan dari
jendela. Panas radiasi sinar matahari yang masuk dari material yang tembus
pandang seperti kaca dan plastik. Panas dari masuknya udara luar, yaitu ventilasi
dan undaara infiltrasi. Sementara sumber panas yang berasal dari dalam dapat
berupa panass dari lampu penerangan, panas dari mesin yang ada di ruangan,
panas akibat peralatan memasak yang ada di ruangan, komputer, dll. Dan juga
panas dari mahluk hidup yang ada di ruangan. Sumber-sumber panas ini akan
dihitung beban yang diakibatkannya pada unit pendingin.
2.5.3
Analisa Beban Pendingin
Menghitung beban pendingin pada prinsipnya adalah menghitung laju
perpindahan panas yang melibatkan semua jenis perpindahan panas, yaitu :
konduksi, koneksi, radiasi, penguapan, dan pengembunan. Adalah sangat sulit jika
harus menghitungnya satu persatu pada waktu tertentu. Oleh karena itu dikenal
banyak metode perhitungan beban pendingin. Metose yang umum digunakan
30
Universitas Sumatera Utara
antara lain Transfer fungsion (TFM), Cooling Load Temperatur (CLTD), dan
Time-avaranging (TETD/TA). Dari ketiga cara ini, hanya CLTD yang
menggunakan perhitungaan sederhana sehingga dapat dilakukan secara manual.
SementaRa TFM dan TET/TA adala perhitungan yang dirancang untuk
diseslesaikan dengan menggunakan komputer.
Sebelum melakukan perhitungan beban pendinginan pada suatu ruangan
yang akan dikondisikan, data-data pendukung harus dikumpulkan. Data yang
harus dimiliki adalah sebagai berikut :
1. Lokasi bangunan dan arahnya
2. Konstruksi dari bangunan, informasi ini dibutuhkan untuk mendapatkan
koefisien pepindahan panas menyeluruh dari konstruksi bangunan.
3. Kondisi diluar gedung, misalnya apakah terlindung oleh pohon atau
bangunan tinggi yang menghalangi sinar matahari.
4. Kondisi design didalam gedung, misalnya temperatur dan RH berapa
gedung akan di kondisikan.
5. Jadwal penghuni di dalam gedung
6. Jumlah lampu dan peralatan listrik yang dipasang di dalam gedung
7. Jadwal operasi peralatan-peralataqn dalam gedung.
8. Kebocoran udara (infiltrasi) dan penambahan udara (ventilasi).
Informasi-informasi ini akan digunakan sebagai parameter-parameter pada
perhitungan dan untuk mencari parameter-parameter tambahan yang akan
digunakan dalam perhitungan beban pendingin [11].
31
Universitas Sumatera Utara