PRINSIP-PRINSIP AIR CONDITIONING

DEFINISI AIR CONDITIONING

Air conditioning merupakan proses pengontrolan kuantitas dan kualitas pendinginan, pembersihan dan pensirkulasian udara dengan tujuan memperoleh kondisi ruangan yang nyaman dan sesuai keinginan.

PERPINDAHAN PANAS (Heat Transfer)

Banyak orang mengetahui kegunaan air conditioner, namun hanya sedikit yang mengetahui cara kerjanya. Pada prinsipnya sistem air conditioner bekerja mirip dengan proses pendidihan sepanci air di atas kompor dimana pada sistem air conditioner juga terjadi proses pendidihan cairan “refrigerant ” didalam evaporator Coil.

Tentu saja semua orang tahu bahwa air yang mendidih didalam panci dalam kondisi “panas” namun refrigerant yang mendidih didalam evaporator air conditioning dalam kondisi “dingin”. Mungkin kita bertanya-tanya kenapa cairan refrigerant yang mendidih dapat bersuhu dingin? Memahami suatu cairan yang mendidih pada suhu dingin sepertinya cukup membingungkan namun pada pembahasan selanjutnya kita akan mempelajari lebih dalam kenapa hal tersebut dapat terjadi.

Kondisi yang dianggap “dingin” sebenarnya tidaklah ada. Suatu kondisi dikatakan dingin pada dasarnya karena dibuangnya panas dari suatu zat. Panci yang berisi air mendidih dan air conditioner adalah peralatan sederhana untuk membuang panas.

Dasar semua sistem air conditioning adalah proses pemindahan panas dari suatu obyek yang lebih panas menuju obyek yang lebih dingin.

Secara teori, suhu terendah yang paling dingin adalah -273° C (belum ada yang pernah mencapai suhu tersebut) dan segala sesuatu diatas suhu ini dikatakan masih mengandung panas.

Pada proses pendinginan, panas dalam obyek yang hendak didinginkan kemudian dialirkan ke benda lain. Tiga metode perpindahan panas yang umum adalah:

• Konduksi, pemindahan panas melalui benda padat.
• Konveksi, pemindahan panas melalui zat seperti air, uap atau udara.
• Radiasi, pemindahan panas melalui gelombang atau cahaya

PENGUKURAN PANAS

Panas diukur berdasarkan intensitas dan jumlahnya. Jika sebuah panci yang berisi air ditempatkan diatas kompor maka secara perlahan air akan menjadi semakin panas hingga akhirnya mendidih. Saat sebuah termometer dimasukkan ke dalam air, maka suhu air tersebut dapat diketahui . Suhu yang ditunjukkan oleh termometer tersebut merupakan intensitas panas dan bukan jumlah panas yang ada.

Satuan untuk mengukur jumlah panas adalah kalori. Satu kalori adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 gram air sebesar 1° celcius. Satuan ini disebut small kalori atau gram kalori.

Kilogram kalori lebih sering digunakan. Satu kilogram kalori merupakan jumlah panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 1 kilogram air sebesar 1° C.

Satuan SI (Sistem Internasional) untuk pengukuran jumlah panas atau energi adalah kilojoule. 1 kilojoule sama dengan sekitar 4,19 kilogram kalori.

Satuan untuk mengukur jumlah panas pada sistem imperial disebut dengan British Thermal Unit, disingkat BTU. Satu BTU didefinisikan sebagai jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 pound air sebesar 1°F (473.6 ml air sebesar 0.55°C).

Jumlah panas dapat dianalogikan dengan mengibaratkan panas sebagai tetesan zat pewarna merah. Setiap tetesan warna dianggap setara dengan 1 kalori atau 1 kilojoule. Jika satu tetes ditambahkan pada segelas air, air akan berubah warna menjadi sedikit merah muda. Dua tetes akan mengubah warna air menjadi kemerahan. Lebih banyak tetesan yang ditambahkan akan menambah warna merah dalam air. Dengan cara yang sama, menambahkan sejumlah kalori kedalam air akan meningkatkan suhunya.

JENIS PANAS

Panas dapat dikategorikan menjadi dua tipe yaitu:

1. Sensible heat.
2. Latent heat.

Sensible Heat

Panas yang dapat diukur menggunakan thermometer disebut “sensible heat” atau panas yang dapat dirasakan. Sensible heat adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 pound air dari 0°C (32°F) hingga 100°C (212°F) dengan jumlah 189.9 kJ atau 180 BTU.

Laten Heat

Latent heat adalah panas yang tersembunyi. (“laten” adalah bahasa latin untuk tersembunyi). Panas laten tidak dapat dirasakan dan tidak juga dapat diukur dengan sebuah thermometer.

Panas laten dapat dijelaskan dengan cara memasukkan sebuah termometer ke dalam sebuah balok es. Termometer membaca suhu 0°C (32°F). Biarkan balok es mencair dan kumpulkan airnya pada sebuah tempat penampungan. Pada saat balok es diperiksa beberapa jam kemudian, balok es tersebut berukuran lebih kecil karena sebagian sudah mencair. Namun termometer tetap membaca suhu 0°C (32°F). Kemana perginya panas yang menyebabkan es mencair? Ada yang menganggap bahwa panas yang ditambahkan terdapat dalam air dari es yang mencair. Namun, ketika suhu air diperiksa setelah es mencair maka didapati suhu air hanya sedikit lebih tinggi dari suhu es.

Peningkatan suhu air yang relatif kecil bukan karena seluruh panas telah diserap oleh es namun panas tersebut sudah dihabiskan untuk mengubah es dari bentuk padat menjadi bentuk cair.

Semua benda padat akan menyerap panas dalam jumlah besar pada saat berubah dari bentuk padat menjadi bentuk cair.

Latent Heat of Fusion & Latent Heat Vaporization

Air berubah menjadi es atau sebaliknya pada 0°C (32°F) sensible heat. Proses perubahan dari es menjadi air atau air menjadi es disebut “latent heat of fusion“. Untuk mengubah 1 pound es menjadi 1 pound air dibutuhkan 144 BTU latent heat diserap oleh es. Begitu juga sebaliknya, untuk mengubah 1 pound air menjadi 1 pound es, 144 BTU latent heat dibuang dari air.

Air berubah menjadi uap atau uap berubah menjadi air pada suhu 100°C (212°F). Proses mengubah air menjadi uap atau uap menjadi air memerlukan sejumlah panas yang disebut ”latent heat of vaporization“. Untuk mengubah 1 pound air menjadi uap dibutuhkan 970 BTU latent heat.

Seperti halnya seluruh zat padat akan menyerap banyak panas ketika berubah menjadi cair, cairan juga menyerap banyak panas untuk berubah menjadi gas.

Masukkan sedikit air dalam panci, tempatkan sebuah termometer raksa dalam air, letakkan panci di atas api. Saat air memanas, nilai pembacaan termometer akan meningkat. Pada tekanan atmosfir, air akan mendidih pada saat suhu termometer menunjukkan nilai sebesar 100°C (212°F) sensible heat.

Jika nyala api diperbesar lagi maka air akan mendidih lebih cepat. Namun, nilai pembacaan pada termometer tidak akan meningkat diatas 100°C (212°F). Apa yang terjadi dengan panas tambahan dari nyala api yang diperbesar? Panas tambahan digunakan untuk mengubah air dari bentuk cair menjadi bentuk gas. Karena suhu air mendidih tidak meningkat diatas 100°C (212°F), maka proses pendidihan dapat dikatakan merupakan proses pendinginan secara alami karena banyaknya panas yang diserap tidak sebanding dengan peningkatan suhu yang terjadi pada zat tersebut.

TEKANAN dan TITIK DIDIH

Seringkali kita mendengar pernyataan ”pada tekanan atmosfir dipermukaan laut, air mendidih pada suhu 100°C (212° F)”. Apa yang dimaksud dengan tekanan atmosfir? Tekanan atmosfir dapat dinyatakan sebagai “berat atmosfir pada sebuah benda”.

Pada permukaan laut, tekanan atmosfir adalah 101,35 kPa (14.7 psi). Setiap tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfir di permukaan laut (101,35 kPa) dikenal sebagai “partial vacuum” (vakum sebagian), atau biasa disebut “vakum”. Vakum diukur dalam In Hg (mm Hg). Suatu vakum yang sempurna (0 kPa) belum pernah dapat dihasilkan manusia hingga saat ini.

Titik didih cairan dan tekanan terhadap permukaan cairan memiliki hubungan langsung satu sama lainnya. Pada gambar 9 terlihat tiga panci air mendidih. Panci pada sebelah kiri memiliki tekanan sebesar 101,35 kPa dan air mendidih pada suhu 100°C (212°F). Meningkatkan tekanan dalam panci menyebabkan air mendidih pada suhu yang lebih tinggi. Menurunkan tekanan di dalam panci menyebabkan air mendidih pada suhu yang lebih rendah. Apabila tekanan terus dikurangi, maka pada suatu titik, air dapat mendidih tanpa nyala api.

Hubungan langsung antara suhu uap dan tekanan uap adalah pada saat tekanan uap ditingkatkan, maka suhu uap juga meningkat.

Juga terdapat hubungan langsung antara vakum, suhu udara sekitar, dan titik didih cairan. Pada gambar diatas terdapat rangkaian manifold gauge yang dihubungkan dengan sebuah vacuum pump dan sebuah tabung yang berisi air. Vacuum pump menurunkan tekanan dalam flask sehingga terjadi kevakuman. Pada suhu ruangan 21,1°C (71°F), air mendidih pada kevakuman 716,28 mm Hg (4,8 kPa). Saat air mendidih, terjadi penyerapan panas laten yang besarnya sama dengan penyerapan panas laten pada saat air mendidihkan pada suhu 100°C (212°F)

Zat-zat lainnya juga akan beraksi dalam cara yang sama dengan air namun pada suhu yang berbeda.