Cara Kerja Mesin Pendingin Ruangan (AC)

Air conditioner atau AC merupakan salah satu peralatan Pendingin (refrigeration). Alat lain yang bekerja menggunakan sistim pendingin adalah seperti kulkas, frezer, dan dispenser dingin. Prinsip dasar kerja dari mesin/sistim pendingin dapat didefinisikan sebagai “merelokasi atau memindahkan panas”. Jadi prinsip kerja sebuah AC dalam mendinginkan ruangan adalah dengan cara memindahkan panas udara dari suatu ruangan (in-door) ke udara di luar ruangan(out door).

Prinsip atau cara kerja AC atau mesin pendingin ruangan.
(1) Udara panas energinya diserap refrigran yang berada di dalam Evaporator dan disemburkan keluar sebagai udara dingin.
(2) Panas yang diserap oleh evaporator dibawa keluar oleh refrigran lewat pipa uap
(3) Panas yang dibawa dibuang ke udara lewat udara luar yang disirkulasikan melewat kondensor.
(4) Refrigran dingin bersikulasi kembali lewat pipa cair (4)
(5) Dan masuk kembali ke dalam Evaporator



Karena temperatur udara dalam ruangan dan temperatur udara luar sebenarnya tidak berbeda, maka untuk memindahkan panas pada pendingin AC dibutuhkan enersi. Yaitu enersi listrik yang dibutuhkan untuk memompa panas dari dalam ruangan dan membuangnya keluar ruangan.

AC berfungsi untuk membuat nyaman ruangan degan cara,
- Menurunkan temperatur udara ruangan, temperatur yang nyaman bagi tubuh manusia adalah sekitar 24 ~ 28ºC, temperatur yang terlalu dingin justru membuat badan tidak nyaman.
- Menurunkan tingkat kelembaban udara. Tingkat kelembaban udara yang nyaman bagi tubuh manusia adalah sekitar 40 ~ 60ºC. Kelembaban tinggi menyebabkan udara gerah karena keringat susah menguap. Kelembaban rendah menyebabkan kulit terasa kering & pedih.
- Membersihkan udara, menyaring untuk menghilangkan partikel-partikel kotoran, debu, asap rokok dan menghilangkan bau.
- Mensirkulasikan udara ruangan, udara bergerak lebih nyaman di badan dibanding udara yang diam.

Macam-macam bentuk AC.
- Ductable split AC (Central AC). AC berada diluar dan udara dingin disalurkan ke dalam ruangan melalui saluran udara. Biasanya dipakai untuk perkantoran atau pertokoan.
- Window AC. AC dimana evaporator dan kondensornya menjadi satu kesatuan. Untuk ruangan kecil.
- Wall split AC. AC yang evaporatornya terpisah dari kondensor. Evaporator dipasang menempel pada dinding atau tembok. Untuk ruangan kecil, tanpa mengurangi estitika ruangan.
- Ceilling Split AC. Mirip wall split AC tetapi evaporatornya dipasang pada langit-langit untuk ruangan agak besar.
- Floor standing split (Tower atau Vertikal) AC. Mirip juga dengan wall plit AC yang evaporatornya dipasang berdiri dilantai. Untuk ruangan besar.

Komponen utama yang melakukan kerja proses pendingin adalah :
1. Coil evaporator (ada di dalam ruangan/indoor)
2. Kompresor
3. Coil Kondensor (ada di luar ruangan/outdoor)
4. Pipa kapiler
5. Refrigran


1. Coil Evaporator (cooler)

Evaporator mempunyai 2 macam fungsi, pertama yaitu untuk menyerap enersi panas udara ruangan agar temperaturnya turun, dan kedua untuk menurunkan tingkat kelembaban udara ruangan. Agar evaporator dapat menyerap panas udara, maka temperatur evaporator harus dibuat lebih rendah dari temperatur udara ruangan. Proses pendinginan evaporator dilakukan dengan cara penguapan refrigran cair (biasa disebut freon) menjadi uap refrigran didalam evaporator. Perubahan bentuk dari refrigran cair menjadi uap ini membutuhkan enersi panas. Dan panas ini akan diserap dari media disekelilingnya, yaitu pipa coil evaporator dan udara yang bersinggungan dengan coil evaporator tersebut. Proses inilah yang menyebabkan kenapa coil evaporator temperaturnya menjadi dingin.

Pipa coil evaporator dilengkapi dengan sirip-sirip aluminium yang berfungsi untuk memperluas permukaan yang bersinggungan dengan udara ruangan dengan tujuan agar penyerapan panas udara bertambah menjadi lebih baik. Agar penyerapan panas udara ruangan merata keseluruh ruangan, maka udara ruangan perlu disirkulasikan agar melewati coil evaporator. untuk keperluan ini didesain khusus sebuah fan blower dengan bentuk seperti tabung. Refrigran didalam coil evaporator merupakan campuran dalam bentuk cair dan uap serta mempunyai temperatur dan tekanan yang konstan.

Saat akan meninggalkan coil evaporator dan masuk kedalam kompresor semua refrigran harus sudah berubah menjadi uap dan temperatur biasanya sedikit naik diatas temperatur jenuh uap refrigran tersebut yang dinamakan “super heat”. Saat meninggalkan coil evaporator, semua refrigran harus sudah berubah sebagai uap, karena kompresor hanya boleh memampatkan dalam bentuk uap. Jika refrigran cair ikut masuk kedalam pompa kompresor, maka hal ini dapat merusak pompa kompresor, karena bentuk cair tidak bisa dimampatkan.

2. KOMPRESOR.

Prinsip kerja sebuah AC adalah memindahkan enersi panas dari ruangan keluar ke udara bebas. Kompresor bekerja untuk memompa refrigran agar bersirkulasi pada lingkaran pendingin untuk membawa dan memindah enersi panas dari dalam ruangan keluar ruangan. Pada masukan kompresor dipasang sebuah tabung yang dinamakan “akumulator”, yang mempunyai fungsi utama untuk memisahkan refrigran cair dan refrigran ruang dan untuk mencegah refrigran cair agar tidak ikut masuk kedalam kompresor. Selain itu akumulator juga berfungsi untuk mengikat kotoran dan kelembaban uap air. Pompa kompresor bekerja menghisap ruangan coil evaporator sehingga tekanan didalam evaporator menjadi rendah. Dan pada sisi lain akan memampatkan uap refrigran pada coil kondensor sehingga tekanannya menjadi tinggi.


3. coil kondensor (out door)

Refrigran dalam evaporator menyerap enersi panas udara dalam ruangan, kemudian refrigran bersirkulasi membawa enersi panas tersebut keluar kearah kondensor, dan oleh kondensor enersi panas akan dibuang ke udara bebas. Refrigran yang telah membuang panas akan berulang bersirkulasi kembali masuk kedalam coil evaporator.


4. PIPA KAPILER

Pipa kapiler mempunyai peranan yang sangat penting pada sistim pendingin dan berfungsi untuk mengatur besarnya aliran refrigran cair dari kondenser yang masuk ke evaporator. Hal ini ditentukan oleh panjang dan diameter lubang pipa kapiler. Menghambat aliran refrigran sehingga tekanan pada keluaran pipa kapiler yang masuk ke coil evaporator turun menjadi lebih rendah sehingga memungkinkan terjadinya penguapan refrigran.Kotoran yang ikut bersirkulasi lama-kelamaan dapat mengendap padà dinding-dinding pipa kapiler dan dalam jangka waktu yang lama dapat mempersempit atau menyumbat pipa kapiler. Oleh karena itu dipasang sebuah filter (nama lainya adalah dryer, strainer) sebelum masukan ke pipa kapiler untuk mencegah agar kotoran tidak sampai masuk ke pipa kapiler.


5. refrigeran

Kalau kompresor ibarat jantung, maka refrigran adalah ibarat darahnya. Refrigran dipilih sebagai media pembawa pemindah enersi panas terutama berdasarkan sifatnya yang mempunyai titik didih yang sangat rendah dan enthaiphy yang tinggi. Refrigran jenis R22 misalnya mempunyai titik didih sekitar minus 41°C. Kecuali itu refrigran juga dipilih dari bahan yang tidak mudah terbakar, tidak mudah meledak, tidak berbau, tidak beracun, dan tidak bereaksi dengan tembaga maupun oli.

Cara kerja sistem AC ruangan

Oleh: Tim ASTRO Total Solution™

Bagaimana cara kerja sistem AC sehingga mampu memberikan efek pendingin dalam ruangan Anda? AC alias Air Conditioner alias Pengkondision Udara merupakan seperangkat alat yang mampu mengkondisikan ruangan yang kita inginkan, terutama mengkondisikan ruangan menjadi lebih rendah suhunya dibanding suhu lingkungan sekitarnya. Seperangkat alat tersebut diantaranya kompresor, kondensor, orifice tube, evaporator, katup ekspansi, dan evaporator dengan penjelasan sebagai berikut :

Kompresor :

Kompresor adalah power unit dari sistem sebuah AC. Ketika AC dijalankan, kompresor mengubah fluida kerja/refrigent berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.

Kondensor :

Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah/mendinginkan gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi. Cairan lalu dialirkan ke orifice tube.

Orifice Tube :

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.

Katup ekspansi :

Katup ekspansi, merupakan komponen terpenting dari sistem. 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

Evaporator/pendingin :

refrigent menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas evaporator meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Refrigent dalam evaporator mulai berubah kembali menjadi uap bertekanan rendah, tapi masih mengandung sedikit cairan. Campuran refrigent 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 kompresor untuk memperoleh tekanan dan beredar dalam sistem lagi. Biasanya, evaporator dipasangi silikon yang berfungsi untuk menyerap kelembapan dari refrigent.

Jadi, cara kerja sistem AC dapat diuraikan sebagai berkut :

Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor 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 kompresor 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 kondenser 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.
Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.
Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent 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 AC 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 kompresor (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 kompresor, 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 [***] mengontrol motor kompresor untuk mengatur suhu ruangan.
[*] Entalphi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja.

[**] 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 dianggap sebagai salah satu penyebab lapisan Ozon Bumi menajdi lubang dan menyebabkan sinar UV masuk. Walaupun, hal tersebut belum terbukti sepenuhnya, produksi fluorocarbon mulai dikurangi.

[***] Thermostat pada AC 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

Cara kerja lemari es (kulkas)

Lemari es atau yang lebih dikenal dengan Kulkas adalah alat rumah tangga yang umum digunakan. Lemari es ini berfungsi untuk mendinginkan atau menjaga kondisi makanan dan minuman agar lebih tahan lama.

Komponen utama dari lemari es adalah kompresor, kondensor, katup ekpansi,evaporator dan refrigerant. Lemari es bekerja dengan cara mensirkulasikan refrigerant. Biasanya kondensor terletak dibelakan kulkas dan bersentuhan dengan udara luar, sedangkan evaporator terletak di dalam yang akan berfungsi untuk mendinginkan isi kulkas.

Sebelum mempelajari cara kerja lemari es ini lebih baik kita kenali bagian-bagian nya

• Insulation (isolator) merupakan alat untuk menahan panas agar tidak masuk ke dalam kulkas dan menjaga hawa dingin didalam kulkas tidak keluar
• Temperature control berfungsi untuk mengatur berapa derajat kedinginan yang kita mau
• Evaporator fan yaitu kipas yang diletakan di dekat evaporator bertujuan untuk mensirkulasikan udara dingin
• Evaporator coils terletak didalam kulkas, yaitu alat yang digunakan untuk merubah freon cair menjadi uap dengan cara menyerap panas disekelilingnya (mendinginkan kulkas)
• Compressor alat yang digunakan untuk memompakan freon
• Condensor coils berfungsi untuk merubah uap menjadi cairan dengan cara membuang panas, bagian ini terletak diluar kulkas
• Defrost heater berfungsi untuk menghancurkan salju yang ada dalam kulkas, alat ini memanfaatkan kondensor koil.
• Leveling feet berguna untuk menyetel kedataran kulkas

Cara kerja lemari es dapat dilihat dari diagram siklus termodinamika (gambar2) berikut ini.

Refrigerant, misalnya freon masuk ke kompresor melalui pipa tembaga dalam bentuk uap. Dalam kompresor freon di tekan sehingga keluar sudah berbentuk uap super panas (vapour super heated) dan bertekanan tinggi. Uap bertekanan ini masuk ke kondensor dan mengkondensasi uap mencadi cairan.

Cairan freon yang bertekanan tinggi ini masuk ke katup ekpansi sehingga tekanan turun dengan drastis sehingga terjadi flash evaporation seterusnya masuk ke evaporator untuk dirubah lagi menjadi uap. Untuk merubah nya menjadi uap evaporator menyerap panas disekelilingnya, karena evaporator diletakan didalam kulkas maka kulkas pun menjadi dingin.

Untuk garis besar nya berikut urutan kerjanya. Freon masuk kompresor dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur rendah, keluar dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi kemudian masuk ke kondensor. Dari kondensor dalam bentuk cairan (temperatur dan tekanan tinggi) ke katup ekspansi tekanan turun (bentuk uap dan cairan) masuk ke evaporator. Dari evaporator keluar dalam bentuk uap dan masuk lagi kekompresor. Siklus ini terus berulang.