of 13 /13
ALAT PENDINGIN AI R CONDI TI ONER (AC)  Dosen Pembimbing : TAHYAR, ST Disusun oleh : HASANUDDIN MUTTAQIN 09.62.0045 KELAS REGULER BANJARMASIN UNIVERSITAS ISLAM KALIMANTAN MUHAMMAD ARSYAD AL BANJARI 2012

ALAT PENDINGIN

Embed Size (px)

Text of ALAT PENDINGIN

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    1/13

    ALAT PENDINGIN

    AIR CONDITIONER (AC)

    Dosen Pembimbing :

    TAHYAR, ST

    Disusun oleh :

    HASANUDDIN MUTTAQIN 09.62.0045

    KELAS REGULER BANJARMASIN

    UNIVERSITAS ISLAM KALIMANTAN

    MUHAMMAD ARSYAD AL BANJARI

    2012

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    2/13

    2

    A.Cara Kerja AC dan Bagian-bagiannya

    Di era serba maju sekarang ini, kita pasti sudah sangat akrab dengan air conditioner.

    Kehidupan modern, apalagi di perkotaan hampir tidak bisa lepas dari pemanfaatan teknologi ini.

    Namun apakah banyak dari kita yang tahu bagaimana cara kerja ac sehingga bisa menghasilkan

    udara yang nyaman bagi kehidupan kita?

    Udara dingin tersebut sebenarnya merupakan outputdari sistem yang terdiri dari beberapa

    komponen, yaitu : compressor AC, kondensor, orifice tube, evaporator, katup ekspansi, dan

    evaporator. Berikut adalah penjelasan singkat mengenai peran masing-masing bagian tersebut:

    1. Compressor ACCompressor ACadalah power unit dari sistem AC. Ketika ACdijalankan, compressor AC

    mengubah fluida kerja / refrigerant berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang

    bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.

    2. Kondensor ACKondensoradalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah gas yang bertekanan tinggi

    berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi yang kemudian akan dialirkan ke orifice tube.

    Kondensor merupakan bagian yang panas dari air conditioner. Kondensor bisa disebut heat

    exchange yang bisa memindahkan panas ke udara atau ke intermediate fluid(semacam air larutan

    yang mengandung ethylene glycol), untuk membawa panas ke orifice tube.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    3/13

    3

    3. Orif ice TubeOrifice tube merupakan tempat di mana cairan bertekanan tinggi diturunkan tekanan dan

    suhunya menjadi cairan dingin bertekanan rendah. Dalam beberapa sistem, selain memasang sebuah

    orifice tube, dipasang juga katup ekspansi.

    4. Katup EkspansiKatup 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.

    5. Evaporator ACRefrigerant menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas

    evaporator meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Refrigerant dalam evaporator mulai

    berubah kembali menjadi uap bertekanan rendah, tapi masih mengandung sedikit cairan. Campuran

    refrigerant kemudian masuk ke akumulator / pengering. Ini juga dapat berlaku seperti mulut /

    orifice kedua bagi cairan yang berubah menjadi uap bertekanan rendah yang murni, sebelum

    melalui compressor AC untuk memperoleh tekanan dan beredar dalam sistem lagi. Biasanya,

    evaporatordipasangisilikon yang berfungsi untuk menyerap kelembapan dari refrigerant.

    6. ThermostatThermostat pada air conditioner beroperasi dengan menggunakan lempeng bimetal yang

    peka terhadap perubahan suhu ruangan. Lempeng ini terbuat dari 2 metal yang memiliki koefisien

    pemuaian yang berbeda. Ketika temperatur naik, metal terluar memuai lebih dahulu, sehingga

    lempeng membengkok dan akhirnya menyentuh sirkuit listrik yang menyebabkan motorACaktif.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    4/13

    4

    Jadi, cara kerjaACdapat dijelaskan sebagai berkut :

    Compressor AC yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk

    memampatkan fluida kerja (refrigerant), jadi refrigerant yang masuk ke dalam compressor AC

    dialirkan ke condensoryang kemudian dimampatkan di kondensor.

    Di bagian kondenser ini refrigerantyang dimampatkan akan berubah fase dari refrigerant

    fase uap menjadi refrigerantfase cair, maka refrigerantmengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan

    yang terkandung di dalam refrigerant. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondensor

    adalah jumlahan dari energi compressor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaporator

    dari substansi yang akan didinginkan.

    Pada kondensor, tekanan refrigerant yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh

    lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigerant yang berada pada pipi-pipa

    evaporator. Setelah refrigerantlewat kondensordan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke

    fase cair maka refrigerantdilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigerant

    tekanannya diturunkan sehingga refrigerant berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang

    kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigerantakan berubah keadaannya

    dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigerant dibuat

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    5/13

    5

    sedemikian rupa sehingga refrigerant setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator

    tekanannya menjadi sangat turun.

    Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada di evaporator

    relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondensor.

    Dengan adanya perubahan kondisi refrigerantdari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya

    dari fase cair ke refrigerantfase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan,

    dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada di dalam substansi yang akan

    didinginkan.

    Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka

    enthalpi [*] substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya enthalpi maka

    temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-

    menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan. Dengan adanya mesin

    pendingin listrik ini maka untuk mendinginkan atau menurunkan temperatur suatu substansi dapat

    dengan mudah dilakukan.

    Perlu diketahui kunci utama dari air conditioneradalah refrigerant, yang umumnya adalah

    fluorocarbon [**], yang mengalir dalam sistem, menjadi cairan dan melepaskan panas saat dipompa

    (diberi tekanan), dan menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan dikurangi. Mekanisme

    berubahnya refrigerantmenjadi cairan lalu gas dengan memberi atau mengurangi tekanan terbagi

    mejadi dua area: sebuah penyaring udara, kipas, dan cooling coil(kumparan pendingin) yang ada

    pada sisi ruangan dan sebuah compressor(pompa), condenser coil(kumparan penukar panas), dan

    kipas pada jendela luar.

    Udara panas dari ruangan melewati filter, menuju ke cooling coil yang berisi cairan

    refrigerantyang dingin, sehingga udara menjadi dingin, lalu melalui teralis / kisi-kisi kembali ke

    dalam ruangan. Pada compressor AC, gas refrigerantdari cooling coillalu dipanaskan dengan cara

    pengompresan. Pada condenser coil, refrigerant melepaskan panas dan menjadi cairan, yang

    tersirkulasi kembali ke cooling coil. Sebuah thermostat AC[***] mengontrol motorcompressor AC

    untuk mengatur suhu ruangan.

    Keterangan :

    [*] Entalphi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu

    sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    6/13

    6

    [**] Fluorocarbon adalah senyawa organik yang mengandung 1 atau lebih atom Fluorine. Lebih

    dari 100fluorocarbon yang telah ditemukan. KelompokFreon darifluorocarbon terdiri dariFreon-

    11 (CCl3F) yang digunakan sebagai bahan aerosol, dan Freon-12 (CCl2F2), umumnya digunakan

    sebagai bahan refrigerant. Saat ini, freon ACdianggap sebagai salah satu penyebab lapisan Ozon

    Bumi menajadi berlubang dan menyebabkan sinar Ultra Violet masuk. Walaupun, hal tersebut

    belum terbukti sepenuhnya, produksifluorocarbon mulai dikurangi.

    [***] Thermostat pada air conditioner beroperasi dengan menggunakan lempeng bimetal yang

    peka terhadap perubahan suhu ruangan. Lempeng ini terbuat dari 2 metal yang memiliki koefisien

    pemuaian yang berbeda. Ketika temperatur naik, metal terluar memuai lebih dahulu, sehingga

    lempeng membengkok dan akhirnya menyentuh sirkuit listrik yang menyebabkan motorACaktif

    / jalan.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    7/13

    7

    B.Menghitung Kebutuhan Kapasitas AC RuanganKebanyakan rumus menghitung kebutuhan BTU sebuah kamar, umumnya didapat secara

    empiris yang artinya diramu dari data-data di lapangan atau dari pengalaman, lalu jadilah sebuah

    formula atau rumus, misalnya rumus empiris yang paling sederhana : kapasitas BTU/h = luas kamar

    x 500, contoh : kamar ukuran 3m x 3m butuh 4500 BTU/h, yang artinya butuh AC1/2pk dengan

    kapasitas maksimal 5000 BTU/h.

    Pada Formula Empiris ini tentu saja ada batasan2nya, dimana rumus masih relevan untuk

    digunakan, misalnya kondisi iklim seperti kota Jakarta, asumsi tinggi plafon kamar 3m, tembok

    kamar dari bata, isi kamar maksimal. 2 orang per 10m2, dsb.

    Apakah tidak ada rumus yang berlaku secara universal, baik untuk kota Bandung,

    Surabaya, atau Sydney sekalipun? Bagaimana jika tinggi plafonnya 2m atau 4m? Seberapa

    perbedaan kebutuhan BTU/h nya jika dindingnya bata, tebel kaca atau plat baja? Untuk itu butuh

    ilmu thermodynamic.

    Diantara pembaca yang SMA nya jurusan IPA, mungkin masih ingat pelajaran fisika

    tentang kalor jenis ,yaitu energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1 derajat Celcius

    untuk setiap 1 kg berat materialnya. Contohnya : kalor jenis air 4190 Joule/(kg 'C), artinya, 1 kg air

    butuh energi 4190 Joule supaya suhunya naik sebesar 1'C atau sebaliknya, air seberat 1 kg suhunya

    akan turun 1'C jika energinya diambil sebesar 4190 Joule. Sama seperti air, udara juga mempunyai

    kalor jenis.

    Maka dengan rumus :

    Q - Penambahan atau pengurangan Energi

    c - kalor jenis (kalor jenis udara : 1005 Joule/(kg 'C)

    m - massa atau berat = volume x berat jenis (berat jenis udara : 1.2 kg/m3)T - perbedaan suhu (suhu akhir - suhu awal)

    dapat dihitung berapa energy / panas yang harus diambil dari udara, supaya kamar ukuran 3x3x3m

    suhunya dari 30'C turun menjadi 25'C.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    8/13

    8

    Dengan rumus di atas didapat :

    Q = 1005 x 27 x 1.2 x (25 - 30) = - 162810 Joule

    dengan 1 Joule = 0,00095 BTU

    Q = - 155 BTU

    Tanda minus ( - ) menandakan energi harus diambil / dibuang dari dalam kamar. Dengan

    AC 1/2pk yang kemampuan membuang panas sebesar 5000 BTU/jam, maka suhu udara kamar akan

    turun dari 30'C ke 25'C dalam waktu 112 detik....

    Oppst!!! Apa yang salah? Realitanya tidak akan pernah secepat itu.

    Tidak ada yang salah dengan rumus dan angka di atas. Itu bisa saja terjadi apabila udara di

    dalam kamar tidak mendapat tambahan energi (panas) sama sekali, entah dari dinding kamar

    (dengan asumsi suhu dinding kamar 30'C sama dengan suhu udara mula-mula), lantai atau plafon.

    Berapa besar tambahan panas yang masuk ke dalam udara tsb, seandainya suhu udara di dalam

    kamar 25'C dan di luar kamar 30'C ?

    Hukum Thermodinamika :

    Hukum no. 0

    berbunyi : Seimbang secara thermodynamic artinya suhunya sama. Jika sebuah benda menempel

    pada benda lain, maka pada titik kontak pertemuan kedua benda tsb terjadi keseimbangan

    thermodynamic, memiliki suhu yang sama.

    Hukum no. 1

    berbunyi : energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Tapi hanya berubah dari bentuk yang

    satu ke bentuk yang lain.

    Hukum no. 2

    berbunyi : panas akan mengalir secara alamiah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih

    rendah.

    Hukum no. 3

    berbunyi : pada suhu -273.15 derajat Celcius atau 0 Kelvin (K --> Satuan Temperatur Standar

    Internasional), maka semua atom materi berhenti.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    9/13

    9

    Definisi temperatur absolut nol, dimana materi sudah tidak mempunyai panas dan kondisi ini tidak

    mungkin dapat dicapai.

    Sepertinya kita harus mulai dari Hukum no.2 yang langsung berkaitan dengan topik ini.

    Bagaimana cara panas mengalir dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah?. Hanya

    melalui 3 cara, konduksi (benda padat), konveksi (cair atau gas) dan radiasi (lewat gelombang,

    tanpa perlu materi)

    Besarnya arus panas secara konduksi dihitung berdasarkan rumus :

    - koefisien daya hantar panas material secara konduksi

    A - Luas permukaan dinding

    l - tebal dinding

    T - perbedaan suhu dinding T2 dan T1

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    10/13

    10

    Sementara arus panas yang melalui benda cair atau gas, seperti udara di dalam kamar,

    mempunyai Temperatur profil yang tidak linear. Korelasi antara arus panas dan perbedaan suhunya

    dapat disederhanakan seperti rumus konduksi, berbeda di koefisiennya.

    h - koefisien daya hantar panas (cairan atau gas)

    A - Luas permukaan dinding

    T - perbedaan suhu T3 dan T2

    Tidak seperti yang merupakan karakteristik material, artinya nilainya pasti untuk material

    tertentu, maka besarnya koefisien daya hantar panas untuk cairan atau gas (h) juga tergantung padaada tidaknya aliran, jenis alirannya (turbulen atau searah) dan juga kecepatan alirannya. Secara

    umum, untuk udara dalam ruangan tertutup, nilai koefisiennya bisa diasumsikan h= 7.7 W/(m K).

    Berdasarkan hukum Thermodynamic no.0, maka dinding kamar merupakan gabungan antara

    konduksi dan konveksi.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    11/13

    11

    Dan dengan sedikit utak-atik rumusnya akan didapat :

    Untuk panas yang melalui radiasi beranjak dari hukum Thermodynamic no.3. Semua bendamemiliki panas, karena suhunya pasti > 0 K, dan yang memiliki panas berarti juga memancarkan

    radiasi. Misalnya : Benda A (T = 100'C = 373K) berhadapan dengan benda B (T = 27'C = 300K),

    maka A memancarkan radiasi ke B dan juga B ke A. Namun karena temperatur yang lebih tinggi, A

    memancarkan panas lebih banyak daripada B. Secara total, B menerima radiasi panas dari A, yang

    merupakan selisih radiasi panas dari keduanya.Penghitungan radiasi panas menggunakan formula

    Stefan-Boltzmann.

    Pengaruh radiasi panas baru signifikan pada kasus-kasus dengan temperatur yang sangat

    tinggi.Dalam kasus ini dapat diabaikan. Setelah lengkap dasar penghitungannya, maka untuk

    menyelesaikan masalah ini, harus dibuat terlebih dulu energy balance sheet(neraca energi) seperti

    layaknya neraca keuangan, ada uang keluar dan uang masuk, demikian juga pada neraca energi ada

    energi keluar dan energi masuk, seperti pada ilustrasi berikut.

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    12/13

    12

    Dari ilustrasi di atas maka :

    Q (AirCond) = Q (Wall) + Q (Ceiling) + Q (Floor) + Q (Window) + Q (Human) + Q (Others)

    Contoh:

    Sebuah kamar penjara lantai 2 dari bangunan 4 lantai dengan posisi di tengah bangunan penjara,

    ukuran 3x3x3m dengan dinding tebal 20cm dari bata =0.8 W/(m K), lantai dan langit-langit tebal

    60cm cor beton =2.1W/(m K) dan sebuah pintu besi =50W/(m K) setebal 5cm ukuran 1x2m,

    dihuni oleh 6 napi yang mengeluarkan panas sebanyak 120W per orang. Atas dasar peri

    kemanusiaan, akan dipasang sebuah AC agar suhu di dalam kamar penjara menjadi 23'C.

    Pertanyaan : Berapa kebutuhan BTU/h nya, dengan asumsi suhu dinding luar kamar penjara 30'C?

    Jawab :

    Pintu besi :

    A = 2 m

    T = 7 K

    d = 0.05 m

    = 50 W/(m K)

    h= 7.7 W/(m K)

    ===> Q - pintu = 107 W

    Dinding :

    A = 34 m

    T = 7 K

    d = 0.2 m

    = 0.8 W/(m K)

    h= 7.7 W/(m K)

    ===> Q - dinding = 627 W

    Lantai dan langit langit :

    A = 18 m

    T = 7 K

    d = 0.6 m

  • 7/30/2019 ALAT PENDINGIN

    13/13

    13

    = 2.1 W/(m K)

    h= 7.7 W/(m K)

    ===> Q - lantai = 303 W

    Napi :

    ===> Q - napi = 6x @120 W = 720w

    Q(AC) = Q(pintu) + Q(dinding) + Q(lantai dan langit2) + Q(napi) = 1757 Watt

    Dengan 1 Watt = 3.412 BTU/h

    Jadi, Q(AC) = 5995 BTU/h.

    AgarAC memberikan hasil yang maksimal dalam menyediakan udara yang segar berikut

    beberapa hal yang dapat dilakukan:

    1. Sesuaikan ukuran ruangan dengan kapasitasAC2. Jangan diletakkan tepat di depan pintu, karena udara akan lebih mudah keluar ke ruangan

    lain

    3. Jangan letakkan AC terlalu dekat dengan atap. AC mengambil udara dari atas, maka bilaterlalu dekat dengan plafon, ruang yang sempit menyebabkan udara yang masuk tidak

    maksimal

    4. Cucifilter AC1 bulan sekali5. Lakukan pencucian evaporator AC3 bulan sekali