Prinsip Kerja Air Conditioner (AC) - Riki Ardoni.pdf
0 likes233 views
Dokumen ini menjelaskan prinsip kerja sistem pendingin udara (AC) yang melibatkan kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator untuk mendinginkan ruangan dengan memindahkan panas dari dalam ke luar. Siklus ini mengikuti hukum fisika dan termodinamika, termasuk hukum Lavoisier, Boyle, Charles, dan Gay-Lussac, serta faktor efisiensi termal dari refrigeran yang memiliki titik didih rendah. Keseluruhan proses pendinginan melibatkan perubahan fase refrigeran dari gas ke cair dan kembali, untuk memastikan ruangan tetap dingin dengan efektif.
Prinsip Kerja Air Conditioner (AC) - Riki Ardoni.pdf
- 1. PRINSIP KERJA AC (Air Conditioner) By RIKI ARDONI Kompresor Kondensor Katup Ekspansi Evaporator
- 2. PRINSIP KERJA AC Air conditioner (AC) berfungsi untuk mendinginkan ruangan dengan mengeluarkan panas dari dalam ruangan ke luar. Proses pendinginan ini melibatkan beberapa komponen utama: kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Berikut adalah langkah-langkah prinsip kerja AC: 1. Kompresor: Refrigeran dalam bentuk gas ditekan oleh kompresor, menaikkan tekanannya. Peningkatan tekanan ini juga menyebabkan suhu refrigeran naik. 2. Kondensor: Gas bertekanan tinggi yang panas ini mengalir ke kondensor. Di sini, gas melepaskan panas ke lingkungan luar dan berubah menjadi cairan karena pendinginan. 3. Katup Ekspansi: Refrigeran cair bertekanan tinggi mengalir melalui katup ekspansi. Saat melalui katup ini, tekanannya turun drastis, menyebabkan sebagian cairan menguap dan suhunya turun. 4. Evaporator: Refrigeran bertekanan rendah dan bersuhu rendah ini mengalir melalui evaporator. Di sini, refrigeran menyerap panas dari udara dalam ruangan sehingga refrigeran kembali berubah menjadi gas. Udara dingin yang dihasilkan oleh evaporator kemudian disirkulasikan ke dalam ruangan.
- 3. 5. Kembali ke Kompresor: Siklus ini berulang saat refrigeran dalam bentuk gas kembali ke kompresor untuk dipadatkan lagi. Hubungan dengan Hukum Volume dan Tekanan Fluida AC bekerja berdasarkan prinsip-prinsip termodinamika dan hukum gas ideal. Hubungan antara volume, tekanan, dan suhu fluida diatur oleh hukum-hukum fisika berikut: 1. Hukum Lavoisier: hukum Lavoisier atau hukum kekekalan massa merupakan hukum dasar kimia yang dicetuskan oleh ilmuwan asal Perancis bernama Antonie Laurent Lavoisier. Adapun bunyi hukum kekekalan massa tersebut ialah “Dalam suatu reaksi kimia, massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”. Hukum ini dapat dinyatakan dengan rumus: Σ massa reaktan =Σ massa produk. Hukum Lavoisier atau hukum kekekalan massa terjadi pada sistem AC (Air Conditioning). Inti dari Hukum Lavoisier adalah: Dalam sistem tertutup, massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan). Massa sistem tertutup adalah konstan, bahkan jika proses yang berbeda terjadi dalam sistem. Pada sistem AC, refrigeran (gas pendingin) mengalami perubahan fase dari gas menjadi cairan saat melewati kompressor. Namun, massa refrigeran di dalam sistem AC tetap konstan, sesuai dengan hukum Lavoisier. Meskipun volume refrigeran berubah saat melewati kompressor, massa refrigeran tidak berubah. Hal ini karena massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya berubah bentuk. Rumus massa adalah m = ρ x V. dikarenakan massa konstan, ρ x V = k. maka: ρ₁V₁ = ρ₂V₂ Dimana: ρ₁ adalah massa jenis refrigeran pada volume awal (V₁) ρ₂ adalah massa jenis refrigeran pada volume akhir (V₂) V₁ adalah volume awal refrigeran V₂ adalah volume akhir refrigeran Prinsipnya adalah, meskipun volume berubah, massa refrigeran tetap konstan. Sehingga, perkalian antara massa jenis dan volume pada kondisi awal sama dengan perkalian antara massa jenis dan volume pada kondisi akhir. 2. Hukum Boyle: Menyatakan bahwa untuk jumlah gas tertentu pada suhu konstan, volume gas berbanding terbalik dengan tekanannya. P x V = konstan atau P1V1 = P2V2. Kondisi: Suhu (T) dan jumlah mol (n) gas tetap konstan. Kompressor AC berfungsi untuk mengompresikan gas refrigeran
- 4. (freon) sehingga tekanannya meningkat. Saat gas refrigeran masuk ke dalam kompressor, volume gas akan berkurang karena adanya proses kompresi (gas ditekan). Proses perubahan volume ini terjadi di dalam silinder kompressor, di mana piston akan bergerak naik-turun untuk menekan gas refrigeran. Saat piston bergerak turun, volume di dalam silinder akan membesar sehingga gas refrigeran dapat masuk. Kemudian saat piston bergerak naik, volume di dalam silinder akan mengecil sehingga gas refrigeran akan terkompresi. 3. Hukum Charles: Menyatakan bahwa untuk gas pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya. V ∝ T. Dalam AC, refrigeran memanas saat tekanan meningkat di kompresor dan mendingin saat tekanan menurun di katup ekspansi. 4. Hukum Gay-Lussac: Menyatakan bahwa untuk volume gas konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya. P ∝ T atau P1/T1 = P2/T2. Kondisi: Volume (V) dan jumlah mol (n) gas tetap konstan. Saat refrigeran dipanaskan di kondensor, tekanannya meningkat meskipun volumenya tetap konstan. 5. Persamaan Kontinuitas: Dalam sistem tertutup seperti AC, aliran massa fluida tetap konstan. Ini berarti bahwa perubahan tekanan dan volume harus memenuhi persamaan kontinuitas A1V1 = A2V2. di mana A adalah luas penampang dan V adalah kecepatan aliran. Jadi, jika luas penampang mengecil, kecepatan fluida meningkat, dan jika luas penampang membesar, kecepatan fluida menurun. 6. Hukum Termodinamika: Proses pendinginan melibatkan perubahan energi internal dan kerja yang dilakukan oleh sistem. Siklus kompresi dan ekspansi refrigeran sesuai dengan siklus Carnot yang ideal. Dengan memahami prinsip-prinsip ini, kita bisa melihat bagaimana AC bekerja untuk mengubah tekanan dan volume refrigeran untuk menghasilkan pendinginan yang efisien. Agar lebih jelas, mari kita bahas cara kerja AC berdasarkan Hukum Fisika dan Kimia yang terjadi dalam setiap siklus kerja AC tersebut. Berikut saya akan menjelaskan prinsip kerja AC secara detail mulai dari kompresor disertai dengan hukum fisika dan rumusnya satu persatu
- 5. PRINSIP KERJA AC DISERTAI DENGAN HUKUM FISIKA Sistem AC (Air Conditioner) bekerja berdasarkan prinsip siklus refrigerasi, yang melibatkan kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Prinsip dasar dari kerja AC adalah memindahkan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan, menggunakan refrigeran sebagai media pengantar panas. Berikut adalah penjelasan detail tentang prinsip kerja AC: 1. KOMPRESOR Kompresor adalah komponen pertama dalam siklus AC. Kompresor bertanggung jawab untuk mengompresi refrigeran dalam bentuk gas sehingga tekanan dan temperaturnya naik. a) Proses o Refrigeran gas bertekanan rendah dan bersuhu rendah memasuki kompresor. o Kompresor memampatkan gas refrigeran, yang meningkatkan tekanannya dan suhu gas tersebut. b) Hukum Fisika yang Berlaku: Hukum Gas Ideal: PV = nRT
- 6. o P : Tekanan o V : Volume o n : Jumlah mol gas o R : Konstanta gas ideal o T : Temperatur Efek: Ketika gas refrigeran dikompresi, volumenya menurun dan tekanannya meningkat, yang juga menyebabkan kenaikan suhu. Hukum Boyle: P x V = konstan atau P1V1 = P2V2. o Dimana tekanan (P) dan volume (V) gas berbanding terbalik pada suhu konstan. Efek: Dalam kasus ini, volume gas berkurang saat tekanan meningkat. 2. KONDENSOR Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi kemudian dialirkan ke kondensor. Di sini, refrigeran melepaskan panas ke lingkungan luar, biasanya menggunakan kipas untuk membantu pendinginan. Saat refrigeran melepaskan panas, ia berubah dari bentuk gas menjadi cairan. a) Proses o Gas refrigeran bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi mengalir melalui kondensor. o Di kondensor, refrigeran melepaskan panas ke lingkungan luar dan berubah menjadi cairan. b) Hukum Fisika yang Berlaku: Hukum Perpindahan Panas: Energi panas ditransfer dari refrigeran ke lingkungan luar. Dengan melepaskan panas, refrigeran berubah dari gas ke cairan. Q = mcΔT o Q : Kalor
- 7. o m : Massa o c : Kapasitas panas o ΔT : Perubahan temperatur Efek: Refrigeran melepaskan kalor ke udara luar, menyebabkan temperatur refrigeran turun dan refrigeran berubah dari gas bertekanan tinggi menjadi cairan bertekanan tinggi. 3. KATUP EKSPANSI Refrigeran cair bertekanan tinggi kemudian melewati katup ekspansi. Di sini, tekanan refrigeran turun secara tiba-tiba, menyebabkan sebagian refrigeran menguap dan mendinginkan sisa cairan. a) Proses o Refrigeran cair bertekanan tinggi melewati katup ekspansi (atau perangkat ekspansi lainnya). o Tekanan refrigeran menurun secara drastis, yang menyebabkan suhu refrigeran juga turun. b) Hukum Fisika yang Berlaku: Hukum Charles: V∝T pada tekanan konstan. Penurunan tekanan menyebabkan penurunan suhu dan volume refrigeran. Hukum Boyle: Penurunan tekanan menyebabkan peningkatan volume jika suhu tetap konstan. Hukum Termodinamika: Penurunan tekanan dan suhu terjadi pada proses ini. Refrigeran menjadi cairan dingin dan bertekanan rendah. Efek: Refrigeran menjadi dingin dan bertekanan rendah, siap untuk memasuki evaporator.
- 8. 4. EVAPORATOR Refrigeran yang telah bertekanan rendah dan dingin kemudian mengalir ke evaporator. Di evaporator, refrigeran menyerap panas dari udara dalam ruangan, menyebabkan refrigeran berubah kembali menjadi gas. Proses ini mendinginkan udara yang kemudian disirkulasikan ke seluruh ruangan. a) Proses o Refrigeran cair bertekanan rendah dan bersuhu rendah mengalir ke evaporator. o Refrigeran menyerap panas dari udara dalam ruangan dan menguap menjadi gas. b) Hukum Fisika yang Berlaku: 1. Hukum Perpindahan Panas: Q = mcΔT Q: Kalor yang diserap atau dilepaskan m: Massa refrigeran c: Kapasitas panas spesifik ΔT: Perubahan suhu 2. Hukum Termodinamika I: Hukum ini menyatakan bahwa energi total dalam sistem tertutup tetap konstan. “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk”. Dalam konteks evaporator, energi panas dari udara dalam ruangan diserap oleh refrigeran, mengubah refrigeran dari cair menjadi gas. ΔU = Q - W ΔU: Perubahan energi dalam sistem Q: Kalor yang diserap oleh sistem W: Kerja yang dilakukan oleh sistem Jadi, dalam evaporator, refrigeran menyerap kalor (Q) dari udara dalam ruangan, yang menyebabkan peningkatan energi dalam (ΔU) refrigeran, mengubahnya dari cair menjadi gas tanpa melakukan kerja eksternal (W) dalam proses tersebut. Efek: Refrigeran menyerap panas dari udara dalam ruangan, menyebabkan temperatur udara turun dan udara menjadi lebih dingin. Refrigeran berubah dari cairan menjadi gas kembali.
- 9. Ringkasan Tahapan Siklus AC 1. Kompresi (Kompresor): Gas refrigeran dikompresi, tekanan dan temperatur meningkat. 2. Kondensasi (Kondensor): Di dalam kondensor, refrigeran melepaskan panas yang telah diserap saat menguap dan berubah kembali menjadi cair. Proses ini melepaskan energi dalam bentuk panas ke lingkungan, yang biasanya dilakukan oleh kipas atau air pendingin. 3. Ekspansi (Katup Ekspansi): Tekanan refrigeran turun, sebagian menguap, suhu turun. 4. Evaporasi/Penguapan (Evaporator): Di dalam evaporator, refrigeran menyerap panas dari lingkungan sekitarnya dan berubah dari cair menjadi gas. Proses ini membutuhkan banyak energi dalam bentuk panas, yang diambil dari lingkungan sekitarnya, sehingga menyebabkan pendinginan. Dengan memahami prinsip-prinsip ini, kita dapat melihat bagaimana AC memanfaatkan perubahan fasa dan hukum-hukum fisika untuk memindahkan panas dan mendinginkan ruangan secara efektif.
- 10. PROSES KIMIA DALAM CARA KERJA AC Dalam sistem AC (Air Conditioner), proses yang dominan adalah proses fisika, terutama yang berkaitan dengan perpindahan panas dan perubahan fasa refrigeran. Namun, ada beberapa aspek kimia yang juga berperan, terutama dalam pemilihan dan penggunaan refrigeran. Berikut adalah beberapa proses kimia yang mungkin terlibat: AC (air conditioner) menggunakan refrigeran untuk mendinginkan suhu ruangan karena refrigeran memiliki sifat termodinamika yang memungkinkan proses pendinginan berlangsung secara efisien. Salah satu alasan utama refrigeran digunakan dalam sistem AC adalah karena titik didihnya yang rendah. Titik didih rendah ini memungkinkan refrigeran untuk menyerap panas dari lingkungan pada suhu yang lebih rendah. Berikut penjelasan lebih detail: Penyerap Panas pada Suhu Rendah: Karena refrigeran memiliki titik didih yang rendah, ia dapat menguap pada suhu yang lebih rendah. Ketika refrigeran cair menguap di dalam evaporator, ia menyerap panas dari udara di dalam ruangan. Proses ini menurunkan suhu udara dalam ruangan, membuatnya lebih sejuk. Efisiensi Termal: Titik didih rendah memungkinkan refrigeran untuk menguap dan menyerap sejumlah besar panas dengan perubahan fase dari cair ke gas. Proses ini sangat efisien dalam mentransfer energi panas, yang merupakan inti dari operasi pendinginan. Perpindahan Panas yang Efektif: Setelah refrigeran menyerap panas dan berubah menjadi gas, ia kemudian dikompresi dan dikondensasikan kembali menjadi cair di kondensor. Proses kondensasi ini melepaskan panas yang telah diserap, yang kemudian dibuang ke udara luar. Karena refrigeran memiliki titik didih yang rendah, ia dapat melepaskan panas ini dengan efisien pada suhu yang relatif rendah juga. Kontrol dan Keamanan: Titik didih yang rendah juga memudahkan kontrol tekanan dalam sistem pendingin. Sistem pendingin dapat didesain untuk beroperasi pada tekanan yang relatif rendah, yang bisa meningkatkan keamanan dan kehandalan sistem. Jadi, titik didih yang rendah adalah salah satu karakteristik penting dari refrigeran yang membuatnya efektif dalam sistem pendingin seperti AC.
- 11. TITIK DIDIH REFRIGERAN Titik didih refrigeran bervariasi tergantung pada jenis refrigeran yang digunakan. Berikut beberapa contoh titik didih dari beberapa refrigeran yang umum: 1. R-22 (Chlorodifluoromethane): Titik didih sekitar -40,8°C (-41,4°F) pada tekanan atmosfer. 2. R-134a (1,1,1,2-Tetrafluoroethane): Titik didih sekitar -26,3°C (-15,3°F) pada tekanan atmosfer. 3. R-410A (Campuran dari R-32 dan R-125): Titik didih sekitar -48,5°C (- 55,3°F) pada tekanan atmosfer. 4. R-32 (Difluorometana): Titik didih sekitar -51,7°C (-61,1°F) pada tekanan atmosfer. 5. R-290 (Propane): Titik didih sekitar -42°C (-43,6°F) pada tekanan atmosfer. Titik didih yang rendah ini memungkinkan refrigeran untuk menguap pada suhu yang lebih rendah, sehingga dapat menyerap panas dari udara di dalam ruangan dengan efisien. Dalam sistem AC, refrigeran menguap pada suhu yang cukup rendah untuk menyerap panas dari udara di ruangan dan kemudian melepaskan panas tersebut di luar ruangan.