Pengkondisian udara pada bangunan
berukuran sedang dan besar.Kebanyakan urut pengkondisi udara digunakan untuk
kenyamanan(comfort air conditioning), yaitu untuk menciptakan kondisi udara
yang nyaman bagi orang yang berada di dalam suatu ruangan. Sistem pendingin di
musim panas telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi bangunan besar di seluruh
dunia, bahkan di seluruh dunia, bahkan di wilayah yang suhu musim panasnya
tidak terlalu tinggi, bangunan besar perlu didinginkan untuk menyerap kalor
yang dikeluarkan oleh orang, lampu-lampu, dan peralatan listrik lainnya. Di
dalam wilayah beriklim panas, system pendingin menciptakan suasana kerja yang
lebih efektif dibandingkan dengan yang tidak menggunakannya. Dengan
berkembangnya informasi dan teknologi sekarang ini banyak dijumpai mesin
pendingin ruangan dengan menggunakan hidrokarbon atau MUSIcool yang ramah
lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon dibandingkan Refrigeran Sintentik
seperti R-22 .
Compressor AC yang ada pada sistem
pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent),
jadi refrigent yang masuk ke dalam compressor AC dialirkan ke condenser yang kemudian
dimampatkan di kondenser. Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan
akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka
refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam
refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan
dari energi compressor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator
dari substansi yang akan didinginkan.
Pada kondensor tekanan refrigent
yang berada dalam pipa-pipa kondenser relatif jauh lebih tinggi dibandingkan
dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator. Setelah
refrigent lewat condenser dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase
cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini
refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase
cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini
refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase
ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga
refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya
menjadi sangat turun.
Siklus Carnot secara thermodhinamika
bersifat reversible secara skema Mesin carnot menerima energy kalor pada suhu
tinggi merubah sebagian menjadi kerja dan kemudian mengeluarkan sisanya sebagai
kalor pada suhu yang lebih rendah. Siklus refrigerasi carnot merupakan
kebalikan dari siklus mesin carnot. Karena siklus refrigerasi menyalurkan
energy dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi siklus refrigerasi
membutuhkan kerja luar untuk mendapatkan kerja. Diagram peralatan, diagram entalpi
suhu dari siklus refrigerasi..Tujuan utama sistem refrigerasi
Carnot adalah proses penyerapan dari sumber bersuhu rendah. Seluruh proses
lainnya siklus tersebut dibuat sedemikian rupa sehingga enegi bersuhu rendah
dapat dikeluarkan kelingkungan yang bersuhu lebih tinggi.
-.Siklus Kompresi Uap Teoritis
Siklus kompresi uap merupakan sikuls
yang terbanyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Didalam siklus ini, uap dikompresikan
dan mengalami kondensasi menjadi wujud cair. Selanjutnya cairan tersebut di
uapkan kembali pada temperature rendah. Uap yang dikompresikan dapat berada
dalam fase uap kering atau sering disebut kompresi kering dan dalam fase campuran
uap-cair atau disebut kompresi basah. Kompresi basah umumnya dihindari karena
bersifat merugikan (dapat merusak katup-katup pada kompresor).
-Proses kompresi
Refrigeran meninggalkan evaporator
dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor
uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan lebih tinggi (
tekanan kondensor ). Kompresor ini diperlukan untuk menaikan temperatur
refrigeran, sehingga temperatur refrigeran di dalam kondensor lebih tinggi
daripada temperatur lingkungan. Dengan demikian perpindahan panas dapat terjadi
dari refrigerant Ke lingkungan. Proses ini berlangsung secara isentropik (
adiabatik dan reversible ).
- Proses Kondensasi
Setelah proses kompresi,refrigeran
berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah
wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lungkungan. Hal ini dilakukan
pada penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigeran mengalir melalui
kondensor dan pada sisi lain dialirkan fuida pendinging ( udara atau air ) dengan
temperatur lebih rendah dari pada temperature refrigeran. Oleh karena itu kalor
akan berpindah dari refrigerant ke fuida pendingin dan sebagai akibatnya
refrigeran mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menjadi
kondisi uap jenuh. Selanjutnya mengembun menjadi wujud cair, kemudian keluar
dari kondensor dalam wujud cair jenuh (berlangsung secara reversible dan pada
tekanan konstan).
- Ekspansi
Refrigeran dalam wujud cair jenuh
mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi
konstan dan berlangsung secara ireversible. Selanjutnya refrigerant keluar dari
alat ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur yang sama
dengan temperatur dan tekanan evaporator.
- Proses Evaporasi
Refrigeran dalam fase campuran (
uap-cair) mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan
evaporator, titik didih refrigeran harus lebih rendah daripada temperatur
lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan) sehingga dapat terjadi
perpindahan panas dari media kerja ke refrigeran. Kemudian refrigeran yang
masih berwujud cair Menguap di dalam evaporator dan selanjutnya refrigerant
meninggalkan evaporator dalam fase uap jenuh.Proses ini berlangsung secara
reversible dan pada tekanan yang konstan.
- Siklus Kompresi Uap Nyata
Perbedaan penting siklus kompresi
nyata dan teoritis
1. Terjadi penurunan tekanan di
sepanjang pipa kondensor dan evaporator.
2. Adanya proses sub-cooling cairan
yang meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi.
3. Pemanasan lanjut uap yang
meninggalkan kondensor sebelum kompresor.
4. Terjadi kenaikan entropi pada
saat proses kompresi
(kompresi tak isentropik)
1. Proses ekspansi berlangsung non
adiabatik.
Walaupun siklus aktual tidak sama
dengan siklus sistem, tetapi proses ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat
dan diperlukan untuk mempermudah analisis siklus secara teoritik. Pengaruh
penyimpangan siklus aktual dari siklus standar pada saat refrigerasi dapat
dijelaskan sebagai berikut:
a. Penurunan tekanan pada evaporator
dan kondensor.
Refrigeran ketika melalui pipa
evaporator dan kondensor akan mengalami penurunan tekanan, hal ini disebabkan
oleh adanya gesekan yang terjadi antara refrigeran dan dinding pipa. Sebagai
akibatnya maka kerja kompresi akan mengalami peningkatan. Hal tersebut karena untuk
dapat mengalirkan refrigeran dalam jumlah yang cukup, kondensor harus mampu
menghasilkan tekanan yang lebih tinggi karena adanya rugi-rugi tekan.
b. Sub-cooled
Kondisi ini lebih menjamin bahwa
refrigeran yang memasuki alat ekspansi, seluruhnya dalam fase cair sehingga
dapat mencegah penurunan laju massa sebagai akibat adanya fase uap (dengan
massa jenis uang lebih kecil daripada fase cair), yang mengalir melalui katup
ekspansi. Disamping itu kondisi sub-cooled akan dapat menambah kalor yang lepas
dari kondensor dan kalor yang diserap di evaporator.
c. Super Heated
Kondisi ini mengakibatkan efek
refrigerasi siklus akan bertambah besar dan jumlah kalor yang dibuang oleh kondensor
juga bertambah besar. Tetapi ditinjau dari segi daya kompresor, hal ini kurang
menguntungkan karena makin besar kondisi super heated maka daya kompresor menjadi
lebih besar.
d. Proses kompresi non-isentropik
Gesekan yang terjadi pada
bagian-bagian kompresor yang saling bergerak relatif dan juga gesekan yang
terjadi antara refrigeran dengan bagian-bagian kompresor, akan menyebabkan
kenaikan entropi. Sebagai akibatnya proses berlangsung secara non-isentropik
dan daya kompresor menjadi lebih besar.