BAB IITEORI DASAR2.1 Air Conditioner 2.1.1 Sejarah Air Conditioner Pengetahuan tentang fungsi pendinginan udara sudah berkembang sejak zaman Romawi. Makanan yang disimpan di tempat dingin akan tahan lebih lama dibandingkan dengan di tempat panas. Pada udara dingin, pergerakan bakteri lebih lambat, sehingga proses pembusukan berjalan lebih lama. Oleh karena itu, orang-orang di zaman itu menyimpan makanan di ruangan bawah tanah atau di dalam sumur. Pada musim dingin penduduk di daerah utara memotong es dari danau-danau yang membeku. Mereka menyimpannya dalam sebuk gergaji atau bangunan pendingin lalu menjualnya kepada penduduk di daerah selatan pada musim panas.Pada akhir abad ke-18, musim dingin di daerah utara mengalami kenaikan temperatur. Pada masa-masa inilah orang mulai mengembangkan mesin pendingin untuk mencetak es. Kemudian muncullah alat yang dikenal dengan istilah kotak es. Alat ini digunakan untuk mengawetkan makanan. Alat pendingin yang dilengkapi freezer (sekarang kita menyebutnya kulkas), Baru mulai dibuat orang pada awal abad ke-19. Sejak itu, sistem pendingin berkembang dengan pesat. Orang tidak hanya menggunakan sistem pendingin untuk mengawetkan makanan, melainkan juga untuk pengondisian udara (Air Conditioning).Lonjakan produksi dalam industri refrigerasi dan air conditioning terjadi mulai tahun 1930-an. Refrigerasi di USA pada tahun 1940 mengambil bagian lebih dari 13% (energi) dari total perdagangan peralatan mesin saat itu. Perdagangan refrigerasi saat itu setidaknya bisa diklasifikasikan menjadi empat bagian, yaitu: refrigerasi untuk rumah tangga menempati urutan pertama, yang diikuti oleh refrigerasi untuk industri, air conditioning, dan refrigerasi komersial. Pada tahun 1960, diperkirakan ada 50 juta rumah yang tersambung aliran listrik di USA, 49 juta (98%) diantaranya memiliki refrigerator. Setelah tahun 1960, perdagangan freezer untuk industri tercatat melebihi refrigerator untuk rumah tangga. Perdagangan unit pendingin lainnya seperti untuk gudang, tempat tinggal, mobil dan kereta, total nilainya mencapai milyaran dollar per tahun di tahun 1960-an. Sejalan dengan kebutuhan dan perkembangannya, variasi aplikasi refrigerasi dan air conditioning terus bertambah. Angkutan untuk produk-produk dan industri makanan dan minuman serta pertanian dan peternakan-perikanan juga mendorong meningkatnya perkembangan perdagangan dalam industri refrigerasi air conditioning. Di bidang industri, refrigerasi mampu membantu meningkatkan efisiensi sistem, dan juga mampu menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan temperatur rendah. Demikian pula air conditioning, menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan pengaturan kondisi udara tertentu. Dalam bidang medis, refrigerasi dan air conditioning bukan hanya mengambil peran yang terkait dengan instrumen medis, namun juga penanganan obat-obatan serta zat-zat lainnya yang memerlukan perlakuan pada temperatur tertentu, bahkan juga proses-proses operasi medis.

2.1.2 Proses Kerja Air Conditioner Secara garis besar prinsip kerja AC adalah penyerapan panas oleh evaporator, pemompaan panas oleh kompresor, pelepasan panas oleh kondensor serta proses ekspansi. Proses-proses ini berkaitan erat dengan temperatur didih dan temperatur kondensasi refrigerant. Refrigerant adalah zat yang mudah berubah bentuk (menjadi uap atau cair) sehingga cocok jika digunakan sebagai media pemindah panas dalam mesin pendingin. Temperatur didih dan temperatur kondensasi berkaitan dengan tekanan. Titik didih dan titik embun dapat digeser naik atau main dengan mengatur besarnya tekanan yang diberikan. Hal ini berpengaruh besar terhadap proses perpindahan panas yang terjadi pada AC. Cara kerja AC dapat dilihat pada gambar 2.1. Pada mulanya terjadi perpindahan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan. Kompresor (4) yang berfungsi mengalirkan zat pendingin (refrigerant) ke dalam pipa tembaga yang berbentuk kumparan (1). Udara dititipkan oleh kipas udara (blower atau fan) di sela-sela kumparan tadi, sehingga panas yang ada dalam udara diserap oleh pipa refrigerant dan kemudian mengembun. Udara yang melalui kumparan dan telah diserap panasnya, masuk ke dalam ruangan dalam keadaan sejuk/dingin (3). Selanjutnya udara dalam ruang dihisap dan selanjutnya proses penyerapan panas diulang kembali.

Gambar 2.1. Cara Kerja ACSumber : Wikipedia, Air Conditioner, 17 Januari 2008http://en.wikipedia.org/wiki.Air_Conditioner

2.1.3 Komponen Air Conditionera. Evaporator Evaporator adalah alat penyerap panas yang menggunakan prinsip penguapan. Proses penyerapan panas pada evaporator berkaitan erat dengan temperatur didih refrigant. Biasanya dipilih titik didih refrigant sekitar 400F untuk menghasilkan temperatur ruang sekitar 750F.Prinsip kerja evaporator : Refrigant yang masuk evaporator merupakan campuran antara cair (75%) dan uap (25%). Udara (750F) yang dilewatkan melalui koil evaporator akan memanaskan refrigant sampai suhu 400F, sehingga refrigant akan mendidih dan berubah bentuk dari cair ke uap pada temperatur 400F. Kandungan uap menjadi 50% di sekitar setengah panjang koil (titik 2). Temperatur refrigant tetap 400F karena panas yang diserap dari udara adalah panas later (panas yang digunakan untuk mengubah bentuk dari cair ke uap, bukan untuk menaikan temperatur). Di titik 3, refrigant telah merubah menjadi uap seluruhnya. Pada titik 3 ini, refrigant berada dalam kondisi uap jenuh. Penambahan panas akan mengubahnya menjadi uap panas lanjut, sehingga temperatur refrigant akan berubah menjadi sekitar 500F.

Gambar 2.2 EvaporatorSumber : Kurniawan Iwan. Merawat Memperbaiki AC.Jakarta : Puspa Swara, 1998, p.7

Semua panas yang digunakan untuk mengubah refrigant dari cair menjadi uap dan yang digunakan untuk menaikkan temperatur uap jenuh menjadi uap panas lanjut diambil dari udara. Akibatnya, udarayang meninggalkan koil evaporator menjadi dingin (550F). Pada temperatur 550F, udara mungkin sudah mencapai titik embun. Oleh karena itu pada koil evaporator terbentuk titik-titik airyang berasal dari pengembunan uap air di udara. Jumlah uap air yang terkandung dalam udara ruangan akan berkurang. Proses pengurangan uap air ini, dinamakan dehumidifying, digunakan untuk mengontrol udara ruangan.b. Kompresor Tugas kompresor adalah menghasilkan fluida bertekanan tinggi. Pada mesin pendingin seperti AC, kompresor juga mempunyai tugas lain, yaitu menaikkan temperatur. Untuk melihat hal ini dapat terjadi, maka dapat dilihat pada proses kerja berikut ini : Refrigant yang telah lewat evaporator menyerap panas dari udara. Ketika keluar dari evaporator, refrigant ini mempunyai kandungan panas yang tinggi, meskipun temperatur dan tekanan masih rendah. Refrigant yang mengandung panas ini kemudian dialirkan masuk ke dalam kompresor. Dalam kompresor ini refrigant akan dikompresi sehingga suhu dan tekanannya akan bertambah. Kompresi ini akan berlangsung secara terus-menerus sampai refrigant mencapai suhu dan tekanan tertentu.

Gambar 2.3. KompresorSumber : Amerian HVAC parts, 5 H.P. 208/230 Volts Air ConditioningCompressor (3-Phase) R-22 Tecumseh, 15 Februari 2008

c. Kondensor Kondensor merupakan alat untuk melepaskan panas. Panas dari udara kamar yang diserap refrigerant di evaporator dilepaskan melalui kondensor. Oleh karena itu. kondensor biasanya diletakkan di bagian luar udara yang didinginkan.Kondensor beroperasi pada keadaan tekanan dan temperatur yang lebih tinggi pada evaporator. Proses perpindahan panas yang terjadi pada kondensor pada prinsipnya sama dengan evaporator. Keduanya melibatkan perubahan fasa refrigerant. Bila pada evaporator refrigerant berubah dan fasa cair ke gas, pada kondensor refrigerant berubah dari fasa gas ke cair.Secara singkat cara kerja kondensor adalah uap cairan pendingin menyerahkan panasnya kepada air pendingin atau udara pendingin di dalam kondensor sehingga mengembun dan menjadi cair. jadi karena air pendingin atau udara pendingin menyerap panas dari cairan pendingin. maka isi akan menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Kalor yang dikeluarkan di dalam kondensor adalah jumlah kalor yang diperoleh dari udara yang mengalir melalui evaporator dan energi yang diberikan oleh kompresor kepada fluida kerja. Uap cairan pendingin menjadi cair sempurna di dalam kondensor, kemudian dialirkan ke dalam pipa evaporator melalui katup ekspansi atau katup pengembang.

Gambar 2.4. Kondensor

d. Alat-alat EkspansiAlat ekspansi (Dapat dilihat pada gambar. 2.1, nomor 2) digunakan untuk mengatur jumlah refrigerant cair yang masuk ke evaporator. Alat ini terletak di antara evaporator dan kondensor. Biasanya dipasang pada suatu tempat tertutup sehingga tidak mudah terlihat.Refrigerant yang keluar dari kondensor memiliki tekanan dan temperatur tinggi. Sedangkan refrigerant yang masuk ke dalam evaporator harus memiliki tekanan dan temperatur rendah. Oleh karena itu diperlukan alat ekspansi untuk menurunkan temperatur dan tekanan refrigerant dari kondensor agar sesuai dengan kondisi yang diperlukan pada evaporator. Perubahan tekanan dari sisi masuk ke sisi keluar alat ekspansi bisa sedemikian ekstrim sehingga perubahan temperaturnya dapat dirasakan oleh tangan. Jenis alat ekspansi ada lima, yaitu : jenis pelampung sisi atas (high-side float) pelampung sisi bawah (low-side float), katup ekspansi termostatik (TXV), katup ekspansi otomatis dan lubang tetap (fixed bare) seperti pipa kapiler. Namun karena ketiga jenis terakhirlah yang sering digunakan dalam sistem AC, berikut adalah penjelasannya: Katup ekspansi termostatik (TXV) Katup ekspansi ini berfungsi untuk mengatur jumlah refrigerant yang masuk ke evaporator dengan menggunakan sensor thermal untuk memonitor uap panas lanjut di sisi uap evaporator. Katup ekspansi otomatis Katup ekspansi ini juga berfungsi mengatur jumlah refrigerant yang masuk ke dalam evaporator. Namun tidak seperti katup ekspansi termostatik. katup ekspansi jenis ini bekerja berdasarkan tekanan di evaporator, bukan temperatur. Pipa KapilerPipa kapiler merupakan alat ekspansi yang digunakan untuk mesin pendingin berkapasitas kecil. Pipa ini terbuat dari tembaga yang diolah mesin dengan sangat teliti. Diameter lubang dan panjang pipa menentukan berapa banyak refrigerant yang dapat dilewatkan tiap drop tekanan. Pipa kapiler tidak mengontrol tekanan maupun refrigerant panas lanjut. Karena tidak memiliki bagian yang dapat berkerak, pipa kapiler tidak dapat mengantisipasi perubahan beban pendinginan. Oleh karena itu pipa kapiler biasanya dipasang di daerah yang bebannya tidak terlalu berfluktuasi.

e. Komponen lain yang terkandung dalam AC Grille adalah bagian yang terpenting pada sebuah indoor, karena grille adalah sebuag Body dari inddor, yang berfungsi sebagai alat kedudukan dari serangkaian komponen yang ada pada indoor.

Gambar 2.5. Grille Blower Indoor adalah perangkat yang berbentuk bulat sehingga disebut blower yang berfungsi sebagai alat untuk menghempaskan udara ruangan yang dibantu oleh motor fan indoor.

Gambar 2.6. Blower Indoor Saringan (Filter) adalah alat yang berfungsi sebagai penyaring kotoran yang yang berada diruangan sebab sirkulasi dari indoor, sehingga sangat menbantu kebersihan ruangan dengan menyaring debu atau kotoran yang dialirkan melewatinya.

Gambar 2.7. Saringan (Filter) Thermistor adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai sensor udara untuk menganalisa kedinginan ruangan dan menganalisa kedinginan supply outdoor serta mengatur suhu ruang sesuai dengan suhu yang dikehendaki.

Gambar 2.8. Thermistor Saluran udara (Air Duct) : digunakan untuk mengalirkan udara terkondisi ke tempat yang dituju secara tertib dan terprogram. Pipa kondensat : bertujuan untuk mengalirkan air hasil kondensasi dari evaporator secara gravitasi ke arah pembangunan yang direncanakan. Humidistat : adalah alat pengatur kelembaban udara. Supply Air Diffuser (SAD) : yaitu kisi-kisi tempat udara keluar dari mesin atau duct dan memasuki ruangan yang dikondisikan. Return Air Grille yaitu kisi-kisi tempat udara ruang kembali terhisap ke unit Air Conditioner (AC) untuk diambil panasnya atau didinginkan. Motor Fan Indoor adalah sebuah Motor AC/DC yang berfungsi menggerakkan blower indoor untuk mendapatkan kecepatan tertentu agar supaya udara diruangan dapat bersirkulasi melalui evaporator.

Gambar 2.9. Motor Fan Indoor PCB/Modul adalah alat mikro komputer yang berfungsi untuk memberikan perintah seluruh rangkaian air conditioner.

Gambar 2.10. PCB/Modul Remote Controller adalah alat untuk mangaplikasikan keinginan kita terhadap ac, yang bersingkronisasi dengan Module AC.

Gambar 2.11. Remote Controller Capasitor Fan adalah sebuah alat untuk membantu start motor fan indoor , untuk ac model baru biasanya sudah dirangkai pada Modul/PCB.

Gambar 2.12. Capasitor Fan Body adalah seng atau plastik yang berfungsi sebagai alat untuk tempat tersusunnya dari seluruh rangkaian outdoor.

Gambar 2.13. Body Capasitor Kompresor berfungsi sama dengan capasitor pada indoor, tetapi mempunyai toleransi lebih tinggi dibanding dengan capasitor fan indoor maupun fan outdoor disesuakian dengan berapa besar kapasitas kompressornya dan berlaku untuk kompressor yang menggunakan arus 1 phase/single phase.

Gambar 2.14. Capasitor Kompresor Motor Fan Outdoor adalah sebuah motor listrik AC/DC yang berfungsi sebagai alat untuk mensirkulasi udara disekitar outdoor yang berfungsi mempertahankan suhu tertentu sehingga kinerja kompressor stabil.

Gambar 2.15. Motor Fan Outdoor Filter Dryer sesuai namanya dia berfungsi sebagai fiterr/penyaring kotoran yang mungkin ada dalam system.

Gambar 2.16. Filter Driyer Kran Valve sebagai alat untuk menahan Gas Refrigerant di dalam kompressor sebelum ac terpasang dan berfungsi juga sebagai sarana untuk vacoomdown.

Gambar 2.17. Kran Valve Overload adalah alat otomatis kompressor yang bekerja sebagai kontrol bilamana kompressor terlampau panas dan bilamana konsumsi listrik sudah naik dan tidak sesuai dengan kapasitas kompressor.

f. Klasifikasi AC1) AC WindowAC jenis ini merupakan pendingin yang relatif murah untuk kapasitas kecil mudah digunakan dan mudah pemasangannya. Kelemahan dari AC ini adalah penggunaannya yang cenderung menimbulkan kebisingan di dalam ruangan, karena letak kompresor AC dari ruangan berdekatan. Bagian kondensor dari AC ini perlu diletakkan di luar ruangan. Pendingin jenis ini cocok digunakan untuk ruangan yang kecil.

Gambar AC Window

2) Sistem SplitMesin tata udara jenis ini, terbagi atas dua unit, satu di bagian luar ruangan (outdoor unit) yang berisi kondensor dan kompresor, dan satu di dalam ruangan (Indoor unit) berisi evaporator dan kipas udara. Untuk AC split dengan kapasitas besar, unit dalam ruangan dapat terdiri lebih dari satu unit (multi split) sedang unit di luarnya tetap satu. Tipe lain dari AC sistem split ini adalah sistem AC split duct. Pada sistem ini untuk mengalirkan udara dingin dibantu dengan sistem ducting, sehingga jangkauannya lebih luas dan merata.Pada akhir-akhir ini di pasaran mulai berkembang AC sistem split yang telah dilengkapi dengan inverter. Pada AC split konvensional. motor pada kompresor akan bekerja pada kecepatan maksimum jika suhu ruangan belum terpenuhi dan akan mati bila suhu ruangan sudah terpenuhi. Sedangkan arus yang dibutuhkan motor kompresor untuk start sangat tinggi sehingga menyebabkan biaya listrik meningkat. Hal inilah yang coba dihindari oleh sistem AC split inverter. Pada AC split dengan inverter ini hidup dan mati dari motor kompresor diminimalkan, dengan menggunakan kompresor yang kecepatan motornya dapat berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan. Pada saat suhu ruangan belum mencapai suhu yang diinginkan. maka kecepatan motor kompresor akan maksimum dan kecepatan motor ini akan semakin berkurang jika suhu ruangan sudah mendekati suhu yang diinginkan.

Gambar Inverter dan Konvensional

Untuk penggunaan sistem Split di Mal dan Perkantoran biasanya unit Compressor diletakkan di atap untuk mengurangi kebisingan di dalam ruangan. Sedangkan untuk unit di dalam ruang mempunyai berbagai alternatig pemasangan, antara lain : Ceiling Cassete

Gambar Ceiling Cassete

Wall Mounted

Gambar Wall Mounted

Floor Standing Gambar Floor Standing

Ceiling Suspended

Gambar Ceiling Suspended

3) AC Sentral AC sentral ini biasa digunakan di hotel, mall atau gedung-gedung dengan ruangan yang banyak. Berbeda dengan AC split dan AC window. Dalam sistem ini refrigerant yang digunakan tetap sama, tetapi untuk mendistribusikan ke FCU dan AHU digunakan air dingin (chilled water) dengan suhu sekitar 5C. Air dingin dihasilkan oleh chiller (mesin penghasil air dingin yang juga menggunakan refrigerant sebagai zat pendingin). AC sentral mempunyai dua unit terpisah, yaitu indoor unit (evaporator) dan outdoor unit (kompresor dan kondensor). Secara singkat Cara kerja AC sentral ini dapat dilihat pada gambar 2.6. Pada saat udara panas yang berasal dad ruangan mengalir melalui koil evaporator, panas akan diserap oleh evaporator. Di dalam evaporator ini terdapat air dingin yang dihasilkan oleh chiller. Air yang keluar Gf dari evaporator akan memiliki suhu yang tinggi dan akan disalurkan ke outdoor unit yang terletak di luar ruangan. Di outdoor unit ini air akan mengalami beberapa proses melalui kondensor, chiller, dan sebagainya, sehingga air yang keluar dari kondensor ini akan kembali memiliki suhu yang rendah. Air ini kemudian dialirkan ke evaporator untuk mengalami proses yang sama dengan awal tadi. Udara dingin yang keluar dari evaporator akan disalurkan ke ruangan-ruangan melalui ducting.2.2 Refrigerasi dan Pengkondisian Udara 2.2.1 Pengertian Fungsi utama refrigerasi dan pengkondisian udara saling berkaitan satu sama lain, tetapi masing-masing mempunyai ruang lingkup yang berbeda. Penerapan teknik refrigerasi yang terbanyak adalah refrigerasi industri yang meliputi pemrosesan, pengawetan makanan, penyerapan kalor dari bahan kimia, perminyakan dan industri petrokimia. Selain itu, terdapat penggunaan khusus seperti pada industri manufaktur dan konstruksi. Teknik pengkondisian udara tidak hanya berfungsi sebagai pendingin, tetapi juga untuk pemanasan seperti pengaturan kecepatan, radiasi termal, dan kualitas udara termasuk penyisihan partikel dan uap pengotor. Refrigeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi. Refrigeran merupakan komponen terpenting siklus refrigerasi karena refrigeran yang menimbulkan efek pendinginan dan pemanasan pada mesin refrigerasi. ASHRAE (2005) mendefinisikan refrigeran sebagai fluida kerja di dalam mesin refrigerasi, pengkondisian udara, dan sistem pompa kalor. Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain, biasanya melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi. Refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap dikelompokkan menjadi refrigeran primer. Sedangkan jika fluida digunakan untuk memindahkan panas, maka fluida ini disebut sebagai refrigeran sekunder. Penggunaan refrigeran saat ini merupakan isu penting menyangkut pemanasan global. Pada bab ini, akan dijelaskan jenis refrigeran, sifat, dan penggunaannya saat ini. Pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam suatu ruangan. Atau dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan utama : a. Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja b. Pengkondisian udara untuk industri Sistem pengkondisian udara untuk industri dirancang untuk memperoleh suhu, kelembaban dan distribusi udara yang sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta peralatan yang dipergunakan di dalam ruangan. Dengan adanya pengkondisian udara ini, diharapkan udara menjadi segar sehingga karyawan dapat bekerja dengan baik, pasien di rumah sakit menjadi lebih nyaman dan penghuni rumah tinggal menjadi nyaman.2.2.2 Jenis Refrigeran a. Refrigeran Primer Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan pada sistem kompresi uap. Refrigeran yang digunakan pada sistem pendinginan kompresi uap harus mempunyai mempunyai sifat-sifat kimia, fisika, termodinamika tertentu yang sesuai dengan kondisi penggunaan. Golongan Halokarbon Refrigeran golongn halokarbon adalah jenis refrigeran yang umum digunakan. Refrigeran jenis ini meliputi refrigeran yang terdiri dari satu atau lebih dari tiga jenis ion golongan halogen (klorin, fluorin, dan bromin). Beberapa jenis refrigeran halokarbon yang umum digunakan disajikan pada Tabel 1. Tabel 1.1. Jenis refrigeran halokarbonNomor refrigerant Nama kimia Rumus kimia

11 Trikloromonofluorometan CCl3F

12 Diklorodifluorometan CCl2F2

13 Monoklorotrifluorometan CClF3

22 Monoklorodifluorometan CHClF2

40 Metilklorida CH3Cl

113 Triklorotrifluoroetan CCl2FCClF2

115 Diklorotetrafluoroetan CClF2CClF2

Sistem penomoran golongan halokarbon adalah sebagai berikut: nomor pertama dari sebelah kanan menunjukkan jumlah atom florin pada senyawa, nomor kedua dari kanan menunjukkan satu nilai lebih banyak dari jumlah atau, hidogren pada senyawa dan tiga digit dari kanan menunjukkan satu nilai lebih sedikit dari jumlah atom karbon. Senyawa Organik Awalnya, saat pendinginan hanya digunakan untuk tujuan khusus, hanya amoniak dan karbon dioksida yang dapat digunakan sebagai refrogeran. Saat pendinginan mulai dikenalkan pada masyarakat, sulfur dioksida, metil klorida dan metilen klorida digunkan karena sesuai dengan kompresor sentrifugal. Metilen klorida dan karbon dioksida, karena faktor keamanannya digunakan untuk sistem pengkondisian udara (AC). Semua refrigeran ini, selain amonia, tidak digunakan lagi, kecuali pada sistem yang lama. Amonia mempunyai sifat termal yang baik, dan masih digunakan pada lapangan es skating. Senyawa hidrokarbon Banyak senyawa hidrokarbon yang digunakan sebagai refrigeran, umumnya digunakan pada industri minyak bumi, seperti metana, etana, propana, etilen, dan isobutilen. Kesemuanya flammable dan eksplosif. Digolongkan sedikit beracun karena mengandung efek bius pada tingkat tertentu. Etana, metana, dan etilen digunakan pada pendinginan suhu ekstra rendah. Hidrokarbon sebagai refrigerant dalam sistem refrigerasi telah dikenal sejak tahun 1920-an, sebelum refrigerant sintetik dikenal. Ilmuwan yang tercatat sebagai promotor hidrokarbon sebagai refrigerant antara lain Linde (1916) dan Ilmuwan Dunia Albert Einstein (1920). Hidrokarbon kembali diperhitungkan sebagai alternatif pengganti CFC, setelah aspek lingkungan mengemuka, dan timbulnya permasalahan dalam peralihan dari CFC ke HFC, dikarenakan perlu adanya penyesuaian perangkat keras, pelumas, serta perlakuan khusus dalam operasional penggunaan bahan HFC : R-134a ini. b. Refrigeran Sekunder Refrigeran sekunder merupakan fluida yang membawa panas dari benda yang didinginkan ke evaporator suatu sistem pendinginan. Suhu refrigeran sekunder akan berubah saat refrigeran mengambil panas namun tidak berubah fasa. Air dapat digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun hanya untuk kondisi operasi di atas titik beku air. Refrigeran yang umum digunakan adalah campuran garam dan air (brine) atau anti beku yang mempunyai titik beku di bawah 00C. Beberapa anti beku yang umum digunakan adalah campuran air dengan etilen glikol, propil glikol atau kalsium klorida. Etilen glikol dapat digunakan dalam industri makanan karena tidak beracun. Beberapa jenis dan penggunaan refrigeran sekunder sebagai berikut : Tabel 1.2. Jenis refrigeran SekunderRefrigeran Sekunder (Inorganik)Penggunaan

Amonia (NH3) Amonia (NH3) Untuk cold storage, pabrik es, pendinginan bahan pangan

Air (H2O) Pendinginan tipe ejektor

CO2 Sebagai karbondioksida padat atau es kering dan hanya digunakan untuk refrigerasi angkutan

Refrigeran 11 (CCL3F) Pendinginan dengan kompresor sentrifugal untuk sistem AC ber-kapasitas besar

Refrigeran 12 (CCL2F) Pendinginan dengan kompresor piston untuk refrigerasi unit kecil terutama water cooler, kulkas

Refrigeran 22 (CHCLF2) Pendinginan dengan kompresor tipe piston untuk unit refrigerasi kapasitas besar seperti pengemasan dan central AC

Refrigeran 502 Untuk bahan pangan beku dalam kabinet, terutama untuk pendinginan di pasar swalayan

2.2.3 Prinsip Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Refrigerasi dan pengkondisian udara merupakan terapan dari teori perpindahan kalor dan thermodinamika. Sistem refrigerasi adalah suatu sistem yang menjadikan kondisi temperatur suatu ruang berada dibawah temperatur semula (menjadikan temperatur dibawah temperatur siklus). Pada prinsipnya kondisi temperatur rendah yang dihasilkan oleh suatu sistem refrigerasi diakibatkan oleh penyerapan panas pada reservoir dingin (low temperature source) yang merupakan salah satu bagian sistem refrigerasi tersebut. Panas yang diserap bersama-sama energi (kerja) yang diberikan kerja luar dibuang pada bagian sistem refrigerasi yang disebut reservoir panas (high temperature sink). Dalam suatu sistem refrigerasi jumlah panas yang diserap pada reservoir dingin merupakan kuantitas yang terpenting, yang dapat menunjukkan berapa kapasitas pendingin yang dapat diberikan oleh sistem refrigerasi.

Gambar 2.10 Prinsip Dasar Mesin Pendingin Prinsip pengkondisian udara adalah kondisi udara dalam ruangan dapat dalam keadaan sangat dingin, panas, lembab, kering, kecepatan udara tinggi atau tidak ada gerakan udara. Udara dingin digerakkan oleh fan masuk reducting (saluran udara) dan melalui outlet (lubang keluar) udara masuk ke dalam ruangan. Udara dari dalam ruangan kembali ke return outlet (grile/ lubang isap) masuk ke ducting return (saluran kembali) dan melalui filter untuk pembersihan udara masuk melewati celah-celah/ permukaan coil evaporator (koil pendinginan) dan kembali digerakkan fan (kipas udara).Komponen sistem pengkondisian udara adalah: a. Sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan ketel uap b. Sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa c. Pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas udara dan pelembab udara d. Sistem saluran udara: kipas dan saluran udara2.3 Sistem Kompresi Salah satu jenis mesin refrigerasi yang umum digunakan pada zaman sekarang adalah jenis kompresi uap. Mesin pendingin jenis ini bekerja secara mekanik dan perpindahan panas dilakukan dengan memanfaatkan sifat refrigeran yang berubah dari fase cair ke fase gas (uap) dan kembali ke fase cair secara berulang-ulang. Refrigeran mendidih pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan air pada tekanan yang sama. Misalnya, amonia yang sering digunakan sebagai refrigeran, pada tekanan 1 atmosfir (101.3 kPa) dapat mendidih pada suhu -33 oC. Suhu titik didih refrigeran dapat diubah dengan cara mengubah tekanannya, misalnya, untuk menaikkan suhu titik didih amonia menjadi 0 oC, tekanan harus dinaikkan menjadi 428.5 kPa. Keragaman suatu siklus refrigerasi umumnya dinyatakan dalam berbagai terminologi, seperti ton refrigerasi, koefisien tampilan, dan efisiensi refrigerasi. Satu ton refrigerasi didefinisikan sebagai kapasitas pendinginan yang diserap oleh satu ton es untuk menjadi cair selama 24 jam, yaitu 1357 W (200 Btu/menit) .Istilah ton refrigerasi umum digunakan untuk mesin pendingin berkapasitas besar.2.4 Peralatan Mesin Pendingin 2.4.1 Kompresor Kompresor merupakan jantung sistem kompresi uap, dimana kompresor berfungsi mengubah fluida kerja berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas bertekanan tinggi yang kemudian diteruskan menuju kondensor. Beberapa jenis kompresor untuk refrigeran adalah jenis bolak-balik, rotari, dan sentrifugal. 2.4.2 Kondensor Kondensor merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah atau mendinginkan gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan bertekanan tinggi, dimana cairan tersebut dialirkan ke orifice tube. Orifice tube berfungsi menurunkan cairan yang bertekanan tinggi menjadi tekanan yang lebih rendah dan menjadi cairan dingin bertekanan rendah, dalam suatu sistem lain yang disebut katup ekspansi. 2.4.3 Peralatan Ekspansi Peralatan ekpansi dalam sistem refrigeran adalah menurunkan tekanan cairan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. a. Pipa Kapiler Pipa kapiler digunakan hampir pada semua sistem refrigerasi dengan daya sangat kecil. Cairan refrigeran memasuki pipa kapiler, dan ketika melalui pipa, refrigeran mengalami penurunan tekanan karena gesekan dan percepatan. Sebagian cairan secara cepat berubah menjadi uap ketika refrigeran mengalir melalui pipa.b. Katup Apung Katup apung adalah jenis katup ekspansi yang menjaga cairan refrigeran didalam evaporator pada ketinggian tetap dalam tabung. Saklar apung akan membuka penuh ketika ketinggian cairan turun dibawah titik kontrol dan akan menutup penuh ketika ketinggian mencapai titik kontro, akan memberikan unjuk kerja bersih yang sama sebagai suatu jenis modulasi dari katup kontrol. c. Katup Ekspansi Katup ekspansi merupakan komponen terpenting dari sistem refrigerasi, dimana katup ini dirancang untuk mengontrol cairan pendingin melalui katup orifice tube yang mengubah wujud cairan menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup pemuaian dan memasuki evaporator.d. Evaporator Evaporator merupakan alat penukar kalor yang menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas. Evaporator meniupkan udara dingin kedalam ruangan. Refrigeran dalam ruangan mulai berubah kembali menjadi bertekanan rendah tetapi masih mengandung cairan sedikit, campuran refrigeran kemudian masuk ke akumulator (pengering). Hal ini dapat berlaku seperti orifice kedua cairan yang berubah menjadi uap bertekanan rendah yang murni, sebelum melaui kompresor untuk memperoleh tekanan dan beredar dalam sistem lagi.2.5 COP ( Coefficient of Preformance) Skala suhu sekarang yang digunakan menurut satuan internasional (SI) adalah skala Celcius, berdasarkan nominal pada titik lebur es pada 0oC dan titik didih air pada tekanan atmosfir pada 100 oC. Hukum kekekalan energi menerangkan bahwa ketika kerja dan energi panas dipertukarkan maka tidak ada energi laba atau energi rugi, namun jumlah energi panas yang didapat dikonversikan menjadi kerja terbatas. Gambar 2.3 menunjukkan mesin E reversibel mengendarai pompa panas reversibel P, Q dan W merupakan arus panas dan kerja, yang disebut mesin reversibel karena memiliki efisiensi tertinggi yang dapat divisualisasikan karena tidak ada kerugian, E dan P adalah mesin identik. Pengaturan ini menunjukkan hasil dari nol efek eksternal karena tidak mengalami laba atau rugi energi. Jika efisiensi P lebih tinggi yaitu jika input kerja yang dibutuhkan untuk P untuk mengangkat suatu kuantitas identik Q2 panas dari reservoir dingin itu harus kurang dari W.

Gambar 2.11 Mesin Kalor IdealPanas dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa masukan kerja eksternal adalah tidak mungkin. Hubungan antara Q1, Q2 dan W hanya bergantung pada suhu reservoir panas dan dingin. Fisikawan Perancis Sadi Carnot (1796-1832) adalah orang pertama yang memprediksi bahwa hubungan antara kerja dan panas yang bergantung pada temperatur, dan proses pendinginan yang ideal dikenal sebagai siklus carnot. Untuk menemukan hubungan ini, suhu harus didefinisikan secara lebih mendasar. Kelvin (1824-1907) bersama fisikawan terkemuka lainnya menyimpulkan bahwa skala suhu mutlak dapat didefinisikan dalam hal efisiensi mesin reversibel. Rasio ideal output bekerja untuk masukan panas (W/Q1) dari mesin reversibel E sama dengan suhu perbedaan (T1-T0) dibagi dengan suhu reservoir panas (T1). Pada gambar 2.3 untuk mencari kerja W dapat dirumuskan sebagai berikut :

Sebelum melakukan penilaian suatu suatu sistem refrigerasi terlebih dahulu harus ditetapkan ukuran keefektifan. Indeks prestasi ini tidak sama dengan efisiensi, karena ukuran tersebut biasanya hanya menggambarkan perbandingan keluaran dan masukan. Pada gambar 2.4 terlihat bahwa perbandingan keluaran dan masukan ini akan tidak berguna jika digunakan dalam sistem refrigerasi, karena proses keluaran akan terbuang. Konsep indeks prestasi pada refrigerasi sama dengan efisiensi, yang menyatakan perbandingan : Jumlah hasil yang diinginkan Jumlah pengeluaran

Gambar 2.12 Kalor Carnot Istilah prestasi dalam sistem refrigerasi disebut dengan koefisien prestasi atau COP (Coefficient of Performance) yang didefinisikan sebagai : Refrigerasi bermanfaatCOP = --------------------------

2.7 Suhu, panas dan pendingin 2.7.1 Suhu Skala suhu sekarang digunakan umumnya adalah skala Celsius, berdasarkan nominal pada titik lebur es pada 0 C dan titik didih air pada tekanan atmosfir pada 100 C (menurut definisi yang ketat, titik tripel es 0,01 C pada tekanan sebesar 6,1 mbar). Hukum kekekalan energi memberitahu kita bahwa ketika kerja dan energi panas dipertukarkan tidak ada laba atau rugi bersih energi. Namun, jumlah energi panas yang dapat dikonversi menjadi kerja terbatas. Sebagai panas mengalir dari panas ke dingin sejumlah energi dapat dikonversi menjadi kerja dan diekstraksi. Hal ini dapat digunakan untuk menggerakkan generator, misalnya. Jumlah minimum bekerja untuk drive kulkas dapat didefinisikan dalam hal skala suhu mutlak. Gambar 2.1 menunjukkan mesin E reversibel mengendarai pompa panas reversible P, Q dan W merupakan arus panas dan kerja. Mereka disebut mesin reversibel karena mereka memiliki efisiensi tertinggi yang dapat divisualisasikan, karena tidak ada kerugian, E dan P adalah mesin identik.Pengaturan ini menunjukkan hasil di nol efek eksternal karena waduk tidak mengalami laba atau rugi bersih panas. Jika efisiensi P itu harus lebih tinggi, yaitu jika input kerja yang dibutuhkan untuk P untuk mengangkat suatu kuantitas identik Q2 panas dari reservoir dingin itu harus kurang dari W, sisa bagian dari W kekuasaan dapat lain pompa panas. Ini bisa mengangkat jumlah tambahan panas. Panas dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa masukan kerja eksternal, yang tidak mungkin. Hubungan antara Q1, Q2 dan W hanya bergantung pada suhu reservoir panas dan dingin. Fisikawan Perancis Sadi Carnot (1796-1832) adalah orang pertama yang memprediksi bahwa hubungan antara kerja dan panas yang bergantung pada temperatur, dan proses pendinginan yang ideal dikenal sebagai siklus Carnot.Untuk menemukan hubungan ini, suhu harus didefinisikan secara lebih mendasar. Derajat pada termometer hanya skala sewenang-wenang. Kelvin (1824-1907), bersama-sama dengan fisikawan terkemuka lainnya periode, menyimpulkan bahwa skala suhu mutlak dapat didefinisikan dalam hal efisiensi mesin reversibel. Rasio ideal 'tidak pernah-dicapai-dalam-praktek' output bekerja untuk masukan panas (W/Q1) dari mesin reversibel E sama dengan: Suhu Perbedaan (T1-T0) dibagi dengan Hot Reservoir Suhu (T1) Pada gambar 2.12. perangkat P kita dapat peduli menemukan perangkat untuk pendinginan, dan pekerjaan Kelvin memberitahu kita bahwa karya minimum, W diperlukan untuk mengangkat kuantitas Q2 panas dari suhu ke suhu T0 T1 diberikan oleh:

Suhu harus diukur pada satu yaitu mutlak skala yang dimulai dari nol mutlak. Skala Kelvin memiliki interval derajat yang sama dengan skala Celsius, sehingga es meleleh pada + 73.216 air mendidih Kand pada tekanan atmosfir di + 73.315 Kon skala Celsius, mutlak nol adalah -273,15 C. 'Efisiensi' Pendinginan biasanya didefinisikan sebagai panas etracted dibagi dengan input kerja. Hal ini disebut COP, koefisien kinerja. Cita-cita atau COP Carnot mengambil nama dari Sadi Carnot dan diberikan oleh:

2.7.2 Panas Panas adalah salah satu dari banyak bentuk energi dan umumnya dihasilkan dari sumber kimia. Panas tubuh adalah energi termal atau internal, dan perubahan energi ini mungkin menunjukkan sebagai perubahan suhu atau perubahan antara masing-masing padat, cair dan gas. Hal juga mungkin memiliki bentuk lain dari energi, potensial atau kinetik, tergantung pada tekanan, posisi dan gerakan. Entalpi adalah jumlah energi internal dan alur kerja dan diberikan oleh:H = u + PvDalam proses di mana ada aliran tunak, faktor Pv tidak akan mengubah lumayan dan perbedaan entalpi akan menjadi kuantitas panas yang diperoleh atau hilang. Entalpi dapat dinyatakan sebagai jumlah di atas nol absolut, atau dasar lain yang nyaman. entalpi mentabulasikan ditemukan dalam karya referensi sering ditunjukkan di atas suhu dasar-40 pada skala Fahrenheit. Dalam perhitungan apapun, kondisi dasar ini harus selalu diperiksa untuk menghindari kesalahan yang akan timbul jika dua basis yang berbeda digunakan. Jika perubahan entalpi dapat dirasakan sebagai perubahan suhu, hal itu disebut panas sensibel. Hal ini dinyatakan sebagai kapasitas panas spesifik, yaitu perubahan entalpi per derajat perubahan suhu, dalam kJ / (kg K). Jika tidak ada perubahan suhu namun perubahan keadaan (padat ke cair, cair ke gas, atau sebaliknya) itu disebut panas laten. Hal ini dinyatakan sebagai kJ/kg tetapi bervariasi dengan suhu mendidih, dan biasanya kualifikasi oleh kondisi ini. Perubahan total yang dihasilkan ditampilkan pada diagram Suhu-entalpi (gambar2.13) dibawah ini :

Gambar 2.13 : Perubahan suhu (K) dan keadaan air dengan entalpi

2.7.3 Pendingin (Refrigerant) Perubahan radikal dalam pemilihan dan penggunaan refrigeran dalam menanggapi isu-isu lingkungan telah terjadi selama 25 tahun terakhir, sebuah cerita yang dapat ditelusuri dengan bantuan sebuah garis waktu perkembangan sistem pendingin. Mesin pendingin udara mekanis paling awal digunakan sebagai fluida kerja. Pengenalan siklus kompresi uap memungkinkan sistem yang lebih kompak dan efektif. Pada awalnya hanya cairan praktis adalah karbon dioksida dan amonia. Salah satu syarat utama adalah pelestarian daging di perjalanan laut yang panjang dari Selandia Baru dan Australia ke Eropa, dan untuk amonia ini adalah karena tidak cocok dengan sifat racunnya. Karbon dioksida, meskipun memerlukan tekanan jauh lebih tinggi, digunakan. Metil klorida, meskipun beracun dan sangat tidak menyenangkan, yang digunakan pada beberapa sistem yang lebih kecil.Sebuah revolusi muncul dengan penemuan chlorofluorocarbon (CFC) R12 oleh Midgley di awal 1930-an. Ini, para anggota refrigeran dan lainnya dari keluarga CFC tampaknya memproses semua sifat yang diinginkan. Secara khusus mereka tidak beracun, tidak mudah terbakar dan dengan sifat termodinamika yang baik dan karakteristik minyak miscibility. The CFC R12, R11, R114 dan R502 bersama dengan hydrochlorofluorocarbon (HCFC) R22 menjadi refrigeran definitif. Mereka memungkinkan ekspansi pendingin ke dalam, sektor komersial AC domestik dan. Amonia dengan sifat yang sangat baik termodinamika dan biaya rendah dilanjutkan pada aplikasi industri. keprihatinan lingkungan kini telah mendorong pengembangan pengganti untuk klor mengandung senyawa. Tak perlu dikatakan, tidak ada cairan tunggal memiliki semua sifat ini, dan pilihan cairan untuk setiap aplikasi tertentu akan selalu kompromi. 2.8 FREON Fungsi AC adalah mendinginkan udara dengan cara mensirkulasikan udara dari ruangan dilewatkan pada media pendingin kemudian udara yang sama dihembuskan kembali ke ruangan, demikian seterusnya.Sehingga pada dasarnya, udara dingin yang terjadi adalah udara yang itu-itu juga dari ruangan tersebut. Trend teknologi AC rumah tangga sekarang banyak yang dilengkapi filter, ozonasi atau media pengikat bakteri. Tapi bagaimana pun juga tidak sebaiknya mempercayai keefektifan perangkat kelengkapan AC tersebut dan mempertaruhkan kesehatan dan lingkungan.Hal lain yang juga perlu perhatian adalah,di dalam unit AC terhadap zat media yang disirkulasikan untuk dimanfaatkan sebaga ifungsi pendinginan, yang saat ini masih dominan memakai zat dengan nama Freon.Walaupun saat ini sudah beredar Freon jenis ramah lingkungan, tapi Freon lama yang kurang ramah lingkungan masih banyak disukai karena sifatnya yang efisien. Zat Freon ini, tidak membahayakan lingkungan selama tidak terlepas ke udara alias instalasi AC tidak ada kebocoran.Oleh karena itu perlu kiranya, paling tidak setahun sekali perlu mengundang teknisi AC untuk sekedar memeriksa kebocoran Freon ini.Indikasi terhadap kebocoran Freon juga mungkin sekali terjadi bila ruangan menjadi tidak sesejuk biasanya ketika AC dinyalakan. Bila instalasi bocor, Freon yang terlepas diudara, bila masuk ke ruangan, jelas akan sangat membahayakan, karena zat Freon ini termasuk gas tidak tampak dan tidak berbau, tapi sangat beracun. Sedang bila terlepas ke udara bebas di luar, walaupun mungkin kontribusinya kecil, tetap secara kolektif, hal ini akan berdampak pada menipisnya lapisan ozon di atmosfir dan peningkatan efek rumah kaca. Menipisnya lapisan ozon berdampak pada tidak tersaringnya sinar ultraviolet dari matahari yang berbahaya bagi kesehatan kulit. Sementara peningkatan efek rumah kaca, dapat mengakibatkan kenaikan suhu bumi secara global yang dapat mengganggu keteraturan iklim dunia.2.8.1 Pengertian Freon AC Freon termasuk dalam syntetic refrigerant atau pendingin buatan, yaitu: Hidro,Chloro, Fluoro dan Carbo. Ada banyak macam jenis freon, tapi tipe yang umum dipakai sebagai pendingin ada tiga.Pertama R-12 CFC (Chloroflurocarbon), banyak ditemukan pada kulkas, dispanser, maupun AC mobil di bawa tahun 1993. Kedua R-22 HCFC (Hidro chlorofluorocarbo), banyak ditemukan pada pendingin ruangan bersekala besar, seperti AC split, AC window, dan AC central pada gedung perkantoran. Dulu pun rumah sakit menggunakan pendingin dengan tipe freonR-22. Dan yg terakhir R-134a HFC (Hidrofluorocarbo), paling banyak digunakan oleh AC mobil dewasa ini, dan sebagian produk kulkas. R-12 R-22 R-134a Gambar 2.14 Freon AC