BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pengkondisian Udara / AC

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
mengatur tekanan juga dibutuhkan medium lain untuk menerima kalor laten yang
5
Universitas Sumatera Utara
dikeluarkan selama kondensasi. Medium yang biasa digunakan adalah air atau
udara.Untuk mengatasi hal ini, maka dibuat suatu sistem pendingin den gan
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
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. Adapun fungsi dari kompresor
adalah:
1. Mensirkulasi bahan pendingin (refrigerant).
2. Mempertinggi tekanan agar bahan pendingin (refrigerant) dapat berkondensi
6
Universitas Sumatera Utara
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 ke kondensor.
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
2.2.2
Kondensor
7
Universitas Sumatera Utara
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
maupun air). Jadi panas dari ruangan dan panas dari kompresor akan diserap
medium pendingin.
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
8
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Kondensor
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 keevaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi salah satunya adalah pipa kapiler
(capillary tube).
Pipa kapiler dibuat dari pipa tembaga dengan lubang dalam ya ngsangat
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
9
Universitas Sumatera Utara
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.
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
memasuki
(perubahan
evaporator
dari
tempertaur)
katup
temperatur
ekspansi
harus
refrigerant
demikian
yang
sampai
temperatur jenuh penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah
10
Universitas Sumatera Utara
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
terjadin ya
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
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 akan
menyerap kalor pada tekanan dan suhu yang rendah pada evaporator dan kemudian
11
Universitas Sumatera Utara
dimanfaatkan
selanjutnya
oleh kompresor
melalui
kondensor
menjadi tekanan dan suhu tinggi
akan
dibuang
panasnya
dan
untuk
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 Refrigerant R-22
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
12
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Penamaan Refrigerant, Kode Warna Serta Rumus Kimianya
Nomor
Refrigerant
Kodewarna
Namadanrumuskimia
cylinder
Triclhoromonofluoromethan
R – 11
R – 12
Orange
Putih
e
Diclhorodifluoromethane
CCl3F
CCl2F2
Monochlorodifluoromethan
R – 22
Biru pucat
R – 500
R – 502
R – 503
R – 504
R – 717
407C
Kuning
Ungumuda
Aqua marine
Tan
Perak
e
CHClF2 mixture
Azeotropic
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.
2.3
Prinsip Kerja Pendingin Ruangan
Kompresor AC yang ada pada sistem pendingin digunakan sebagai alat
untuk memampatkan fluida (refrigran), jadi refrigeran yang masuk ke dalam
13
Universitas Sumatera Utara
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 pipa
– pipa 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 berfu ngsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor
ini ke luar ruangan. Prinsip kerja mesin pendingin ruangan ditunjukkan pada
gambar 2.6.
Gambar 2.6 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Ruangan [4]
2.3.1
Jenis-jenis Pendingin Ruangan
14
Universitas Sumatera Utara
Ada da banyak tipe mesin AC, namun secara garis besar dapat di bagi
sebagai berikut:
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:
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.
15
Universitas Sumatera Utara
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.
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
16
Universitas Sumatera Utara
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.
17
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9Floor Type [5]
c. Tipe kaset (cassette type) indoor unit dipasang di langit-langit, menghadap ke
bawah.
Gambar 2.10 Cassette 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
18
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.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Unit Pendingin (Chiller) [5]
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 2.12 Air Handling Unit (AHU ) [5]
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.
20
Universitas Sumatera Utara
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
Berbeda dengan sistem mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin
penggerakseperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam
sistem refrigerasi non mekanik diantaranya adalah:
21
Universitas Sumatera Utara
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 2.13 Sistem refrigerasi kompresi uap [4]
22
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Diagram T -s dan P – h Siklus Kompresi Uap
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Diagram P-h sistem kompresi uap ideal
sumber: refrigeration and air conditioning, EE IIT,Kharagpur,india,2008
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:
Wc = h2– h1 .......................... (2.2)
Dimana;
Wc = besarnya kerja kompresor (kJ/kg)
h1= entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
24
Universitas Sumatera Utara
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)
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
25
Universitas Sumatera Utara
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.
Besaran-besaran yang penting untuk diketahui dari suatu siklus kompresi uap
[6], antara lain :
- Kerja kompresi yaitu perubahan entalpi pada proses 2-3 yaitu dari h2 – h3
- Dampak refrigrasi (Refrigerating Effect) atau RE yaitu kalor yang dipindahkan pada
proses 1-2 atau h2-h1 yang dapat dirumuskan:
RE = h2 - h1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . (2.1)
- Koefisien prestasi (COP) dari siklus kompresi uap ideal adalah dampak refrigerasi
dibagi dengan kerja kompressi
COP = ℎ1− ℎ4ℎ2− ℎ1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.2)
- Laju aliran massa refrigeran (m) dapat dihitung dengan membagi kapasitas
refrigerasi dengan dampak refrigerasi :
m = 𝑄𝑅𝐸 = 𝑄ℎ2− ℎ1 (kg/s). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.3)
26
Universitas Sumatera Utara
- Daya per kilowatt refrigerasi (P) yaitu daya untuk setiap kilowatt refrigerasi
merupakan kebalikan dari koefisien prestasi dan dapat dihitung sebagai berikut :
P = ṁ 𝑥 ℎ3− ℎ2 𝑄 (kW/kW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.4)
- Daya Kompresor, dapat dihitung dengan rumus :
P komp = V × A × cos θ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.5)
Cos θ didaptkan dari nilai efisiensi isentrophis kompresor sebesar 85 % - 90 %.
Dalam kenyataanya, siklus kompresi uap ideal berbeda dengan siklus kompresi uap
aktual. Dalam siklus kompresi uap aktual, terdapat beberapa penyimpanganpenyimpangan dari siklus kompresi ideal [7]. Perbedaan antara siklus ideal dan aktual
terletak pada penurunan tekanan di dalam kondensor dan evaporator. Pada siklus
ideal dianggap tidak mengalami penurunan tekanan pada kondensor dan evaporator,
tetapi pada siklua aktual terjadi penurunan tekanan karena adanya gesekan. Akibat
penurunan tekanan ini kompresi pada titik 2 dan 3 memerlukan lebih banyak kerja
dibandingkan dengan siklus ideal.
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.
27
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Sistem Refrigerasi Absorbsi
2.5.
Subcool
Subcool (Subcooling) adalah proses penurunan suhu refrigeran setelah melalui
titik saturated liquid, untuk menjamin bahwa seluruh refrigerant yang memasuki alat
ekspansi dalam keadaan 100 persen cair. Subcooling merupakan salah satu modifikasi
28
Universitas Sumatera Utara
mesin pendingin yang bertujuan untuk mendapatkan nilai COP yang lebih tinggi dari
pada tanpa menggunakan subcooling.
Subcooling bermanfaat karena mencegah refrigeran cair berubah menjadi gas
sebelum masuk ke evaporator, karena setelah keluar kondensor tidak semua
refrigeran sudah cair. Subcooling juga meningkatkan efisiensi sisitem karena terjadi
penurunan temperatur setelah keluar kondensor sehingga entalpi juga ikut turun.
Siklus mesin pendingin dengan subcooling ditunjukkan pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16. Siklus Mesin Pendingin Dengan Subcooling
Pada siklus p-h (tekanan-entalpi) diatas terlihat bahwa dengan proses
subcooling, maka efek refrigerasi yang dihasilkan menjadi lebih besar. Siklus dengan
proses subcooling menjadi (1 – 2 – 31 – 41).
29
Universitas Sumatera Utara