Air Conditioner (AC)

Air Conditioning (AC) merupakan modifikasi pengembangan dari teknologi mesin pendingin. Alat ini dipakai bertujuan untuk memberikan udara yang sejuk dan menyediakan uap air yang dibutuhkan bagi tubuh. Penggunaan AC ini sering ditemui di daerah tropis yang terkenal dengan musim panas. Suhu udara pada saat musim panas yang sedemikian tinggi dapat mengakibatkan dehidrasi cairan tubuh yang dapat mengakibatkan kematian.

Selain itu, AC dimanfaatkan sebagai pemberi kenyamanan. Di lingkungan tempat kerja AC juga dimanfaatkan sebagai salah satu cara dalam upaya peningkatan produktivitas kerja. Karena dalam beberapa hal manusia membutuhkan lingkungan udara yang nyaman untuk dapat bekerja secara optimal. Tingkat kenyamanan suatu ruang juga ditentukan oleh temperatur, kelembapan, sirkulasi dan tingkat kebersihan udara.

Alat pada AC itu terdiri dari pompa compressor, evaporator, penukar panas, dan katup pemuaian dan prinsip kerja siklus pendinginan udara dapat dilihat pada gambar di atas.

Cairan yang bersifat sebagai penghantar dari kalor yang terdapat pada udara adalah freon (diantaranya CCl2F2). Pada gambar diatas di sebelah kiri mengandung freon yang bersuhu rendah dan tekanan rendah sedangkan sisi kanan mengandung suhu yang tinggi dan tekanan tinggi.

Prinsip Kerja AC

Sistem dan mekanisme AC banyak dikembangkan oleh para ahli, dan setiap perusahaan produsennya menawarkan berbagai keunggulan dalam setiap sistem yang dipakai. Keunggulan yang ditawarkan biasanya dalam hal pengoperasian dan energi yang digunakan baik sistem yang di luar ruangan (outdoor) juga sistem di dalam ruang (indoor). Secara garis besar prinsip kerja air conditioner adalah sebagai berikut :

1. Udara di dalam ruangan dihisap oleh kipas sentrifugal yang ada dalam evaporator dan udara bersentuhan dengan pipa coil yang berisi cairan refrigerant. Dalam hal ini refrigerant akan menyerap panas udara sehingga udara menjadi dingin dan refrigerant akan menguap dan dikumpulkan dalam penampung uap.

2. Tekanan uap yang berasal dari evaporator disirkulasikan menuju kondensor, selama proses kompresi berlangsung, temperatur dan tekanan uap refrigerant menjadi naik dan ditekan masuk ke dalam kondensor.

3. Untuk menurunkan tekanan cairan refrigerant yang bertekanan tinggi digunakan katup ekspansi untuk mengatur laju aliran refrigerant yang masuk dalam evaporator.

4. Pada saat udara keluar dari condensor udara menjadi panas. Uap refrigerant memberikan panas kepada udara pendingin dalam condensor menjadi embun pada pipa kapiler. Dalam mengeluarkan panas pada condensor, dibantu oleh kipas propeller.

5. Pada sirkulasi udara dingin terus-menerus dalam ruangan, maka perlu adanya thermostat untuk mengatur suhu dalam ruangan atau sesuai dengan keinginan.

6. Udara dalam ruang menjadi lebih dingin dibanding diluar ruangan sebab udara di dalam ruangan dihisap oleh sentrifugal yang terdapat pada evaporator kemudian terjadi udara bersentuhan dengan pipa/coill evaporator yang didalamnya terdapat gas pendingin (freon). Di sini terjadi perpindahan panas sehingga suhu udara dalam ruangan relatif dingin dari sebelumnya.

7. Suhu di luar ruangan lebih panas dibanding di dalam ruangan, sebab udara yang di dalam ruangan yang dihisap oleh kipas sentrifugal dan bersentuhan dengan evaporator, serta dibantu dengan komponen AC lainnya, kemudian udara dalam ruangan dikeluarkan oleh kipas udara kondensor. Dalam hal ini udara di luar ruangan dapat dihisap oleh kipas sentrifugal dan masuknya udara melalui kisi-kisi yang terdapat pada AC.

8. Gas refrigerant bersuhu tinggi saat akhir kompresi di condensor dengan mudah dicairkan dengan udara pendingin pada sistem air cooled atau uap refrigerant menyerap panas udara pendingin dalam condensor sehingga mengembun dan menjadi cairan di luar pipa evaporator.

9. Karena air atau udara pendingin menyerap panas dari refrigerant, maka air atau udara tersebut menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Uap refrigerant yang sudah menjadi cair ini, kemudian dialirkan ke dalam pipa evaporator melalui katup ekspansi. Kejadian ini akan berulang kembali seperti di atas.

Komponen AC

Komponon AC dikelompokan menjadi 4 bagian, yaitu komponen utama, komponen pendukung, kelistrikan, dan bahan pendingin( refrigran)

A. Komponen Utama

1. Kompresor

Jika dianalogikan, cara kerja kompresor AC layaknya seperti jantung ditubuh manusia, sebagi pusat sirkulasi darah yang diedarkan keseluruh tubuh. Kompresor AC berfungsi sebagai pusat sirkulasi (memompa dan mengedarkan) bahan pendingin atau refrigran (Freon) keseluruh bagian AC. Fungsi kompresor lainnya adalah membentuk dua daerah tekanan yang berbeda, daerah bertekanan tinggi dan rendah.

Ada tiga jenis kompresor AC yang banyak beredar dipasaran, yaitu kompresor torak (reciprokating compressor), sentri pugal, dan rotary. Ketiga jenis kompresor tersebut memiliki cara kerja yang berbeda , tetapi prinsipnya sama yaitu menciptaka komprehensi (tekanan ) dan kecepatan laju aliran pada refrigran atau Freon sebagai fluida didalam sistem pendinginan.

2. Kondensor

Kondensor berfungsi sebagai alat penukaran kalor, menurunkan temperatur refrigran dari bentuk gas menjadi cair. Biasanya pada kondensor AC menggunakan udara sebagai media pendinginnya (air cooling condensor ). Sejumlah kalor yang terdapat pada refrigeran dilepaskan keudara bebas dengan bantuan kipas (fan motor). Agar proses pelepasan kalor bisa lebih cepat, pipa kondensor didesain berliku dan dilengkapi dengan sirip. Untuk itu, pembersihan sirip-sirip pipa kondensor sangat penting agar perpindahan kalor refrigran tidak terganggu. Jika sirip-sirip kondensor dibiarkan dalam kondisi kotor, akan mengakibatkan AC menjadi kurang dingin.

3. Pipa Kapiler

Pipa kapiler merupakan komponen utama yang berfungsi menurunkan tekanan refrigeran dan mengatur aliran refrigeran menuju evaporator. Fungsi utama pipa kapiler ini sangat vital karena menghubungkan dua bagian tekanan berbeda, yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. Refrigeran bertekanan tinggi sebelum melewati pipa kapiler akan diubah atau diturunkan tekanannya. Akibat dari penurunan tekanan refrigeran akan menurunkan tekanan suhu. Pada bagian inilah (pipa kapiler) refrigeran akan mencapai suhu terendah (terdingin). Pipa kapiler terletak diantara saringan (filter) dan evaporator. Ketika mengganti atau memasang pipa kapiler baru, sebisa mungkin tidak bengkok karena bisa menyebabakan penyumbatan. Penggantian komponen pipa kapiler harus disesuikan dengan diameter dan panjang pipa sebelumnya.

4. Evaporator

Evaporator berfungsi menyerap dan mengahasilkan panas dari udara ke refrigran. Akibatnya, wujud cair refrigeran setelah melewati pipa kapiler akan berubah wujud menjadi gas. Secara sederhana, evaporator bisa dikatakan sebagai alat penukar panas. Udara panas disekitar ruangan ber-AC diserap oleh evaporator dan masuk melewati sirip-sirip pipa sehinga suhu udara yang keluar dari sirip-sirip menjadi lebih rendah dari kondisi semula atau dingin. Sirkulasi udara ruangan ber-AC diatur oleh blower indoor.

Bagian evaporator memerlukan pembersihan secara berkala. Pembersihan sirip-sirip pipa evaporator menjadi sangat penting karena berpengaruh pada laju perpindahan panas udara ruangan. Ketika sirip-sirip pipa evaporator tersumbat oleh kotoran, penyerapan panas pada udara tidak berjalan dengan baik.Akibatnya, embusan udara yang keluar dari AC terasa kurang dingin.
Pada dasarnya, evaporator dan kondensor merupakan alat penukar panas, tetapi mempunyai prinsip kerja yang berlawanan. Dengan demikian, kedua bagian ini merupakan komponen yang sangat penting dan berpengaruh terhadap kerja sistim pendinginan secara keseluruhan

B. Komponen Pendukung AC

1. Strainer

Strainer atau saringan berfungsi sebagai menyaring kotoran yang terbawa oleh refrigran didalam sistem AC. Kotoran yang lolos dari saringan karena strainer rusak dapat menyebabkan penyumbatan pipa kapiler. Akibatnya, sirkulasi refrigeran menjadi terganggu. Biasanya, kotoran yang menjadi penyumbatan sistem pendingin, seperti karat dan serpihan logam.

2. Accumulator

Accumulator berfungsi sebagai penampung sementara refrigeran cair bertemperatur rendah dan campuran minyak pelumas evaporator. Selain itu, accumulator juga berfungsi mengatur sirkulasi aliran bahan refrigeran agar bisa keluar masuk melalui saluran yang terdapat di bagian atas accumulator menuju ke saluran isap kompresor. Untuk mencegah agar refrigeran cair tidak mengalir kekompresor, accumulator mengkondisikan wujud refrigeran tetap dalam wujud gas, sebab ketika wujud refrigeran berbentuk gas akan lebih mudah masuk kedalam kompresor dan tidak merusak bagian dalam kompresor.

3. Minyak Pelumas Kompresor

Minyak pelumas atau oli kompresor pada sistim AC berguna untuk melumasi bagian-bagian kompresor agar tidak cepat aus karena gesekan. Selain itu, minyak pelumas berfungsi meredam panas dibagian-bagian kompresor. Sebagian kecil dari oli kompresor bercampur dengan refrigran, kemudian ikut bersikulasi didalam sistem pendingin melewati kondensor dan evaporator. Oleh sebab itu, oli kompresor harus memiliki persyaratan khusus, yaitu bersifat melumasi, tahan terhadap temperatur kopresor yang tinggi, mimiliki titik beku yang rendah karena bercampur dengan refrigeran, dan tidak menimbulkan efek negatif (merusak) pada sifat refrigeran serta komponen AC yang dilewatinya. Secara spesifik, syarat yang harus dipenuhi sebagai berikut :

a) Memiliki struktur kimia yang stabil, tidak bereaksi dengan refrigran , dan tidak memiliki sifat korosi.

b) Tidak merusak tembaga pada suhu 121⁰C.

c) Tidak mengandung air, ter, lilin, dan kotoran lainnya.

d) Memiliki titik beku yang rendah sehingga masih dapat bersikulasi melewati suhu yang rendah.

e) Tidak berbusa, sebab busa pada minyak pelumas dapat merusak katup kompresor dan menyumbat pipa kapiler.

f) Mempunyai koefesien dielektrik yang rendah atau tidak mengantar arus listrik.

g) Mampu melumasi pada temperatur yang tinggi dan rendah.

4. Kipas(Fan atau Blower)

Pada komponen AC, blower terletak dibagian indoor yang berfungsi menghembuskan udara dingin evaporator. Fan atau kipas terletak pada bagian outdoor yang berfungsi mendinginkan refrigeran pada kondensor. Sebenarnya penyebutan blower (bagian indoor) dan kipas (bagian outdoor) hanya untuk memudahkan karena keduanya memiliki bentuk yang berbeda. Blower berbentuk seperti tabung bersirip, sedangkan kipas terdiri dari bilah daun kipas. Keduanya bagian atau komponen yang berputar pada porosnya secara terus menerus ketika kompresor bekerja (dialiri arus listrik). Komponen blower( indoor) dan kipas (outdoor) digerakkan oleh motor listrik yang berbeda.

C. Komponen Kelistrikan

1. Thermistor

Thermistor adalah alat pengatur temperatur. Dengan begitu, thermistor mampu mengatur kerja kompresor secara otomatis berdasarkan perubahan temperatur. Biasanya, termistor dipasang di bagian evaporator. Thermistor dibuat dari bahan semikonduktro yang dibuat dalam beberapa bentuk, seperti piringan, batangan, atau butiran, tergantung dari pabrikan AC. Pada thermistor berbentuk butiran, memiliki diameter (kira-kira 3-5 mm). Kemudian, beberapa butir thermistor tersebut dibungkus dengan kapsul yang terbuat dari bahan gelas (kapsul kaca). Selanjutnya, kapsul kaca dipasangi dua buah kaki terminal (pin). Karena ukurannya sangat kecil, thermistor berbentuk butiran mampu memberikan reaksi yang sangat cepat terhadap perubahan temperatur. Thermistor dirancang agar memiliki tahanan yang nilainya semaking mengecil ketika temperatur bertambah. Pada Unit AC, ada dua jenis thermistor, yaitu thermistor temperatur ruangan dan thermistor pipa evaporator. Thermistor temperatur ruangan berfungsi menerima respon perubahan temperatur dan hembusan evaporator. Thermistor pipa berfungsi menerima perubahan temperatur pada pipa evaporator.

2.PCB Kontrol

PCB Kontrol merupakan alat mengatur kerja keseluruhan Unit AC. Jika di analogika, fungsi PCB kontrol menyerupai fungsi otak manusia. Di dalam komponen PCB Kontrol terdiri dari bermacam-macam alat elektronik, sperti, thermistor, sensor, kapasitor, IC, trafo, fuse, saklar, relay, dan alat elektronik lainnya. Fungsinya pun beragam, mulai dari mengontrol kecepatan blower indoor, pergerakan swing, mengatur temperatur, lama pengoperasian(timer), sampai menyalakan atau menonaktifkan AC.

3. Kapasitor

Kapasitor merupakan alat elektronik yang berfungsi sebagai penyimpanan muatan listrik sementara. Dikatakan sementara, kapasitor akan melepaskan semua muatan listrik yang terkandung secara tiba-tiba dalam waktu yang sangat singkat. Besarnya muatan yang bisa ditampung tergantung dari kapasitas kapasitor. Satuan dari kapasitas kapasitor adalah Farad (F). Biasanya, Kapasitor difungsikan sebagai penggerak kompresor pertama kali atau starting kapasitor. Dengan bantuan starting kapasitor, hanya dibutuhkan waktu sepersekian detik atau sangat singkat untuk membuat motor kompresor berputar pada kecepatan penuh. Lama atau singkatnya waktu yang dibutuhkan tergantung dari jumlah muatan listrik yang tersimpan pada kapasitor. Setelah motor kompresor mencapai putaran penuh, secara otomatis hubungan listrik pada kapasitor akan dilepas, dan digantikan dengan hubungan langsung dari PLN. Kapasitor akan mengisi kembali muatan dan akan digunakan kembali sewaktu-waktu pada saat menyalakn kompresor lagi. Pada unit AC, biasanya terdapat dua starting kapasitor, yaitu sebagai penggerak kompresor dan motor kipas (fan). pada kompresor AC bertenaga 0.5 – 2 PK memiliki start kapasitor berukuran 15-50 nF. Pada motor kipas (fan indoor atau outdoor) memiliki start kapasitor berukuran 1-4 nF.

3.Overload Motor Protector (OMP)

Overload Motor Protector(OMP) merupakan alat pengaman motor listrik kompresor (biasanya terdapat pada jenis kompresor hermetik). Kerja OMP dikendalikan oleh sensor panas yang terbuat dari campuran bahan logam dan bukan logam (bimetal). Batang bimetal inilah yang membuka dan menutup arus listrik secara otomatis ke motor listrik. Ketika bimetal dilewati arus listrik tinggi secara terus menerus atau kondisi kompresor yang terlalu panas, bimetal akan membuka sehingga arus listrik menuju kompresor akan putus. Begitu juga sebaliknya. Ketika suhu kompresor turun, bimetal akan menutup, arus listik akan mengalir menuju kompresor sehingga kompresor akan kembali bekerja. Penempatan OMP pada kompresor hermetik ada dua macam, yaitu external OMP (diletakan di luar body kompresor) dan internal OMP(diletakan di dalam kompresor). Biasanya,External OMP digunakan untuk mesin compresor AC yang tidak terlalu besar(0,5-1 PK), sedangkan internal OMP banyak terdapat pada mesin kompresor AC yang besar(1,5-2 PK).

4. Motor Listrik

Motor Listrik berfungsi untuk menggerakan kipas (outdoor) dan Blower (indoor). Bentuk dan ukuran motor listrik indoor dan outdoor berbeda. Untuk membantu memaksimalkan putaran, baik pada motor listrik indoor maupun outdoor, dibutuhkan start kapasitor yang berfungsi menggerakan motor listrik pertama kali sampai mencapai putaran penuh. Selanjutnya, fungsi start capasitor akan digantikan oleh arus listrik PLN untuk memutar kedua motor listrik tersebut.

5. Motor Kompresor

Motor Kompresor berfungsi menggerakan mesin kompressor. Ketika Motor bekerja, kompresor akan berfungsi sebagai sirkulator bahan pendingin menuju ke seluruh bagian sistem pendingin. Umumnya, motor kompresor dikemas menjadi satu unti dengan kompresornya. Serupa dengan motor kipas, untuk start awal motor kompresor juga menggunakan bantuan start kapasitor.

D. Bahan Pendingin atau Refrigeran

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas mendadi cair atau sebaliknya (refrigeran) untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondensor. Karakteristik thermodinamika antara lain meliputi temperatur penguapan, tekanan penguapan, temperatur pengembunan, dan tekanan pengembunan. Syarat-syarat refrigeran adalah:

1. Tidak beracun dan tidak berbau merangsang
2. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, pelumas dan sebagainya
3. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin.
4. Bila terjadi kebocoran mudah mencari gantinya.
5. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
6. Mempunyai susunan kimia yang stabil, tidak terurai setiap kali dimampatkan, diembunkan dan diuapkan.
7. Perbedaan antara tekanan penguapan dan takanan pengembunan (kondensasi) harus sekecil mungkin.
8. Mempunyai panas laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap evaporator sebesar-besarnya.
9. Tidak merusak tubuh manusia.
10. Konduktivitas thermal tinggi.
11. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar tahanan aliran refrigeran dalam pipa sekecil mungkin.
12. Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik.
13. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

Terdapat macam-macam refrigeran di pasaran, antara lain R11, R12, R13, R21, R22, R113, R114, dll. Untuk instalasi AC menggunakan R11, karena bahan ini mempunyai titik didih yang realtif tinggi ±24°C. Rumus kimianya adalah CCL₂F.

Bisa dikatakan bahwa, refrigeran yang memiliki titik didih yang rendah biasanya dipakai untuk ruang yang kecil seperti kulkas dan freezer. Sedangkan, refrigeran yang memiliki titik didih tinggi digunakan untuk keperluan pendingin udara (AC).