ALAT PENDINGIN

7/30/2019 ALAT PENDINGIN

http://slidepdf.com/reader/full/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



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 output dari 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 AC

Compressor AC adalah power unit dari sistem AC . Ketika AC dijalankan, 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 AC Kondensor adalah 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.



3

3. Orif ice Tube Orifice 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 Ekspansi 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.

5. Evaporator AC Refrigerant 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,

evaporator dipasangi silikon yang berfungsi untuk menyerap kelembapan dari refrigerant.

6. Thermostat

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 motor AC aktif.



4

Jadi, cara kerja AC dapat 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 condensor yang kemudian dimampatkan di kondensor.

Di bagian kondenser ini refrigerant yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigerant

fase uap menjadi refrigerant fase cair, maka refrigerant mengeluarkan 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 refrigerant lewat kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke

fase cair maka refrigerant dilewatkan 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 refrigerant akan berubah keadaannya

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



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 refrigerant dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya

dari fase cair ke refrigerant fase 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 conditioner adalah 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 refrigerant menjadi 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

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

dalam ruangan. Pada compressor AC , gas refrigerant dari cooling coil lalu dipanaskan dengan cara

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

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



6

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

dari 100 fluorocarbon yang telah ditemukan. Kelompok Freon dari fluorocarbon terdiri dari Freon-

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

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

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

belum terbukti sepenuhnya, produksi fluorocarbon 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 motor AC aktif

/ jalan.



7

B. Menghitung Kebutuhan Kapasitas AC Ruangan

Kebanyakan 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 AC 1/2pk 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.



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.



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 :

λ - koefisien daya hantar panas material secara konduksi

A - Luas permukaan dinding

l - tebal dinding

∆T - perbedaan suhu dinding T2 dan T1



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 λ 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/(m² K).

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

konduksi dan konveksi.



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.



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 λ=0.8 W/(m K), lantai dan langit-langit tebal

60cm cor beton λ=2.1W/(m K) dan sebuah pintu besi λ=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 m²

∆T = 7 K

d = 0.05 m

λ= 50 W/(m K)

h= 7.7 W/(m² K)

===> Q - pintu = 107 W

Dinding :

A = 34 m²

∆T = 7 K

d = 0.2 m

λ= 0.8 W/(m K)

h= 7.7 W/(m² K)

===> Q - dinding = 627 W

Lantai dan langit langit :

A = 18 m²

∆T = 7 K

d = 0.6 m



13

λ= 2.1 W/(m K)

h= 7.7 W/(m² 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.

Agar AC memberikan hasil yang maksimal dalam menyediakan udara yang segar berikut

beberapa hal yang dapat dilakukan:

1. Sesuaikan ukuran ruangan dengan kapasitas AC

2. 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 bila

terlalu dekat dengan plafon, ruang yang sempit menyebabkan udara yang masuk tidak

maksimal

4. Cuci filter AC 1 bulan sekali

5. Lakukan pencucian evaporator AC 3 bulan sekali

ALAT PENDINGIN

Documents