BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Air Conditioner
Air Conditioner digunakan untuk mendinginkan udara lingkungan gedung. Penggunaan AC dimaksudkan untuk memperoleh temperatur udara yang diinginkan.
Dalam penggunaannya, AC tidak hanya menyejukkan atau mendinginkan udara,
tetapi bisa juga mengatur kebersihan dan kelembaban udara di dalam ruangan
sehingga tercipta kondisi udara yang sehat, dan nyaman bagi tubuh.
2.2 Wiring diagram split air conditioner Indoor Unit
L
N
PE
L
N
PE
L
N
PE
Freeze Protection Sensor Kapasitor
Sensor kecepatan
Room Temperature Sensor
M
Motor Kipas Indoor
Varistor
Voltage Regulator
Receiver / Display 12 DC Power Supply
Microcontroller
Relays and Motor Driver
Outdoor Unit Relay Remote Kontrol M
Outdoor Unit
Swing / Louver Motor
Internal Thermal Protector
Overload Motor Protector
Kapasitor
Belitan running
Kapasitor Saklar sentrifugal
M
Motor Kipas L
M
N
Motor Kompresor
PE
Belitan starting
Gambar 2.1 Wiring Diagram Air Conditioner
6
7
2.3 Cara Kerja Air Conditioner
2.3.1 Sirkulasi Refrigeran di Dalam Sistem Pendingin
Bahan pendingin atau refrigeran tidak akan berkurang selama tidak terjadi
kebocoran pada sistem pendingin. Saat melewati komponen utama pendingin,
refrigeran akan mengalami perubahan wujud, temperatur, dan tekanannya. Sirkulasi
refrigeran dalam unit AC disebut siklus refrigerasi kompresi uap. Berikut empat tahapan proses kerja siklus refrigerasi kompresi uap.
(Sumber : Maintenance and repair Air Conditioner)
Gambar 2.2 Skema kerja sirkulasi refrigeran dalam sistem pendingin
2.3.1.1 Proses kompresi Proses kompresi dimulai ketika refrigeran meninggalkan evaporator (proses 12). Masuknya refrigeran ke dalam kompresor melalui pipa masukan kompresor. Ketika akan masuk ke dalam kompresor, refrigeran berwujud gas atau uap, bertemperatur rendah, dan bertekanan rendah.
8
Selanjutnya, melalui kompresor refrigeran dikondisikan tetap berwujud gas,
tetapi memiliki tekanan dan suhu tinggi. Hal tersebut dapat dilakukan karena kompresor dapat mengisap dan mengompresikan refrigeran hingga mencapai tekanan
kondesasi. Setelah tekanan dan suhu refrigeran diubah, selanjutnya refrigeran dipompa dan dialirkan menuju ke kondensor.
2.3.1.2 Proses kondensasi Proses ini dimulai ketika refrigeran meninggalkan kompresor (proses 2-3).
Refrigeran yang berwujud gas dan bertekanan serta bertemperatur tinggi tadi
dialirkan menuju kondensor. Di dalam kondensor, wujud gas refrigeran berubah
menjadi cair. Panas yang dihasilkan refrigeran dipindahkan ke udara di luar pipa kondensor. Agar proses kondensasi lebih efektif maka digunakan kipas (fan) untuk mengembuskan udara luar tepat di permukaan pipa kondensor. Dengan begitu, panas pada refrigeran dapat dengan mudah dipindahkan ke udara luar. Setelah proses kondensasi, refrigeran menjadi berwujud cair yang bertemperatur lebih rendah, tetapi tekanan refrigeran masih tinggi. Selanjutnya refrigeran dialirkan menuju pipa kapiler.
2.3.1.3 Proses penurunan tekanan Proses penurunan tekanan refrigeran dimulai ketika refrigeran meninggalkan kondensor (proses 3-4). Di dalam pipa kapiler, terjadi penurunan tekanan refrigeran. Selanjutnya refrigeran berwujud cair, bersuhu dan tekanan rendah dialirkan menuju ke evaporator. Proses ini merupakan proses pendinginan refrigeran.
2.3.1.4 Proses evaporasi Proses evaporasi dimulai ketika refrigeran akan masuk ke dalam evaporator. Dalam keadaan ini, refrigeran berwujud cair, bertemperatur dan bertekanan rendah dimanfaatkan untuk mendinginkan udara luar yang melewati evaporator. Agar lebih efektif mendinginkan udara ruangan digunakan blower (indoor) untul mengatur sirkulasi udara agar melewati evaporator. Proses yang terjadi dibalik proses pendinginan udara ruangan adalah proses penangkapan panas udara ruangan yang
9
mempunyai tenperatur lebih tinggi dibandingkan refrigeran yang mengalir di dalam
evaporator. Karena menyerap panas udara di dalam ruangan juga mengakibatkan wujud cair refrigeran berubah menjadi wujud gas. Selanjutnya, refrigeran akan
menuju kompresor. Proses ini terjadi berulang dan terus-menerus sampai temperatur ruangan sesuai dengan keinginan.
2.4 Komponen Air Conditioner Komponen pada AC dikelompokkan menjadi 4 bagian, yaitu :
a.
Komponen Utama.
1.
Kompresor
2.
Kondensor
3.
Pipa kapiler
4.
Evaporator
b.
Komponen pendukung.
1.
Strainer
2.
Accumulator
3.
Minyak pelumas kompresor
4.
Kipas ( fan dan blower )
c.
Komponen kelistrikan.
1.
Thermistor
2.
PCB kontrol
3.
Kapasitor
4.
Overload Motor Protector
5.
Motor listrik
6.
Motor kompresor
d.
Bahan pendingin atau refrigeran.
2.4.1 Komponen Utama Air Conditioner
2.4.1.1 Kompresor
10
Kompresor
AC
berfungsi
sebagai
pusat
sirkulasi
mengedarkan) bahan pendinginan atau refrigeran. Selain itu
(memompa
dan
kompresor juga
berfungsi untuk membentuk dua tekanan yang berbeda, daerah bertekanan tinggi dan
rendah. Ada tiga jenis kompresor AC yang banyak beredar di pasaran yaitu kompresor torak (reciprocating compressor), sentrifugal, dan rotary. Ketiga jenis
kompresor tersebut memiliki cara kerja berbeda, tetapi prinsipnya sama yaitu
menciptakan kompresi (tekanan) dan kecepatan laju aliran pada refrigeran sebagai fluida di dalam sistem pendinginan.
(Sumber : http://teatchthermodynamics.blogspot.com)
Gambar 2.3. Konstruksi Kompresor
2.4.1.2 Kondensor Kondensor berfungsi sebagai alat penukar kalor, menurunkan temperatur refrigeran, dan mengubah wujud refrigeran dari bentuk gas menjadi cair. Biasanya,
11
pada kondensor AC menggunakan udara sebagai media pendinginnya. Sejumlah
kalor yang terdapat pada refrigeran dilepaskan ke udara 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 kondenser sangat penting agar perpindahan kalor refrigeran tidak terganggu.
(Sumber : http://s1600/honda_condenser.jpg)
Gambar 2.4 Kondensor
2.4.1.3 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 menyebabkan penurunan suhu. Pada bagian inilah (pipa kapiler) refrigeran mencapai suhu terendah (terdingin). Pipa kapiler terletak di antara saringan (filter) dan evaporator.
2.4.1.4 Evaporator Evaporator berfungsi untuk menyerap dan mengalirkan panas dari udara ke refrigeran. Akibatnya, wujud cair refrigeran setelah melewati pipa kapiler akan berubah wujud menjadi gas. Secara sederhana, evaporator bisa dikatakan sebagai alat penukar panas. Udara panas di sekitar ruangan ber-AC diserap oleh evaporator dan
12
masuk melewati sirip-sirip menjadi lebih rendah dari kondisi semula atau dingin.
Sirkulasi udara ruangan ber-AC diatur oleh blower indoor.
(Sumber : http://www.haosishower.com/en/upload/2010_pic.jpg )
Gambar 2.5 Evaporator
2.4.2
Komponen Pendukung Air Conditioner
2.4.2.1 Strainer Strainer atau saringan berfungsi menyaring kotoran yang terbawa oleh refrigeran di dalam sistem AC. Kotoran yang lolos dari saringan strainer rusak dapat menyebabkan penyumbatan pipa kapiler. Akibatnya, sirkulasi refrigeran menjadi terganggu. Biasanya, kotoran yang menjadi penyumbat sistem pendingin, seperti karat dan serpihan logam.
(Sumber : http://www.Air-Filter-Strainer-.jpg)
Gambar 2.6 Strainer
13
2.4.2.2 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 ke
kompresor, accumulator mengkondisikan wujud refrigeran tetap dalam wujud gas sebab, ketika wujud refrigeran berbentuk gas akan lebih mudah masuk ke dalam kompresor dan tidak merusak bagian dalam kompresor.
(Sumber : http://hvactutorial.files.wordpress.com/2011/07/accumulator.jpg )
Gambar 2.7 Accumulator
2.4.2.3 Minyak Pelumas Kompresor Minyak pelumas atau oli kompresor berguna untuk melumasi bagian – bagian kompresor agar tidak cepat kering karena gesekan. Selain itu, minyak pelumas berfungsi meredam panas di bagian – bagian kompresor. Sebagian kecil oli
14
kompresor dapat bercampur dengan refrigeran, lalu bersirkulasi di dalam sistem
pendingin melewati kondensor dan evaporator. Oleh sebab itu, oli kompresor harus mempunyai persyaratan khusus yaitu bersifat melumasi, tahan terhadap temperatur
yang tinggi, memiliki titik beku yang rendah karena bercampur dengan refrigeran dan tidak menimbulkan efek merusak pada sifat refrigeran serta komponen AC yang
dilewati. Berikut, syarat yang harus dipenuhi untuk minyak pelumas yaitu : a. Memiliki struktur kimia yang stabil, tidak bereaksi dengan refrigeran, dan
tidak memiliki sifat korosi.
b. Tidak merusak tembaga pada suhu 121 ˚C.
c. Tidak mengandung air, lilin, dan kotoran lainnya.
d. Memiliki titik beku yang rendah sehingga masih dapat bersirkulasi melewati bagian yang bersuhu rendah. e. Tidak berbusa, karena busa pada minyak pelumas dapat merusak katup kompresor dan menyumbat pipa kapiler. f. Mempunyai koefisien dielektrik yang rendah atau tidak dapat mengantar arus listrik. g. Mampu melumasi pada temperatur yang tinggi dan rendah.
2.4.2.4 Kipas ( Fan dan Blower ) Blower yang terletak pada bagian indoor berfungsi mengembuskan udara dingin evaporator. Fan atau kipas yang terletak di bagian outdoor 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 dan bersirip, sedangkan kipas terdiri dari bilah daun kipas.
15
(Sumber : http:// air_conditioner_CROSS_FLOW_BLADE_blower.jpg)
Gambar 2.8 Blower air conditioner
(Sumber : http://1.bp.blogspot.com/oJag/s1600/blower%252Boutdoor.jpg)
Gambar 2.9 Kipas air conditioner
2.4.3
Komponen kelistrikan Air Conditioner
2.4.3.1 Sensor temperatur (Thermistor) Themistor adalah alat pengatur temperatur. Dengan begitu, thermistor mampu mengatur kerja kompresor secara otomatis berdsarkan perubahan temperatur.
16
Biasanya thermistor dipasang di bagian evaporator. Thermistor dibuat dari bahan
semikonduktor yang dibuat dalam beberapa bentuk, seperti piringan, batangan atau, butiran, tergantung dari pabrikan AC.
Pada unit AC, ada dua jenis thermistor yaitu thermistor temperatur ruangan
dan thermistor pipa evaporator. Thermistor temperatur ruangan berfungsi menerima
respon perubahan temperatur dari hembusan evaporator. Thermstor pipa evaporator
berfungsi menerima perubahan temperatur pada pipa evaporator.
2.4.3.2 PCB kontrol
PCB kontrol merupakan alat mengatur kerja keseluruhan unit AC. Di dalam
komponen PCB kontrol terdiri dari bermacam – macam alat elektronik seperti thermistor, sensor, kapasitor, IC, trafo, fuse, saklar, relay, dll. Fungsinya pun beragam, mulai dari mengontrol kecepatan blower indoor, pergerakan swing, mengatur temperatur, lama pengoperasian (timer), sampai menonaktifkan AC.
2.4.3.3 Kapasitor Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan listrik sementara. Dikatakan sementara, karena kapasitor akan melepas semua muatan listrik yang terkandung secara tiba – tiba dalam waktu yang sangat singkat. Besarnya muatan yang bisa ditampung tergantung dari kapasitas kapasitor. Kapasitor di fungsikan sebagai penggerak kompresor pertama kali atau start kapasitor. Dengan kapasitor membuat motor kapasitor bekerja mencapai putaran penuh dalam waktu yang singkat. Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk mencapai putaran penuh tergantung jumlah muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor. Setelah motor kompresor mencapai putaran maksimal secara otomatis hubungan listrik pada kompresor digantikan dengan listrik sentral (PLN). Lalu, kompresor akan kembali mengisi muatan dan digunakan kembali.
17
(Sumber : http://1.bp.blogspot.com/H0OVHFL7S8E/s1600/kapsitor.jpg)
Gambar 2.10 Kapasitor motor blower (indoor) dan kapasitor kompresor (outdoor)
2.4.3.4 Overload Motor Protector Overload Motor Protector (OMP) merupakan alat pengaman motor listrik kompresor. Kerja OMP dikendalikan oleh sensor panas yang terbuat dari campuran bahan logam dan bukan logam (bimetal). Ketika bimetal dilewati arus listrik tinggi secara terus – menerus atau kondisi kompresor terlalu panas, bimetal akan membuka sehingga arus listrik menuju kompresor akan terputus. Sebaliknya, ketika suhu kompresor turun maka bimetal akan menutup sehingga arus listrik akan mengalir menuju kompresor lalu kompresor akan kembali bekerja. Biasanya eksternal OMP digunakan untuk mesin kompresor AC yang tidak terlalu besar (0,5–1 PK), sedangkan internal OMP terdapat pada mesin kompresor yang besar (1,5–2PK).
18
(Sumber : http://www.hvac-content/uploads/2011/01/AJ-external-overload.jpg)
Gambar 2.11 External Overload Motor Protector
2.4.3.5 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 dibutuhkan start kapasitor yang berfungsi untuk menggerakan motor listrik pertama kali sampai mencapai putaran penuh. Selanjutnya fungsi start kapasitor akan digantikan oleh arus listrik PLN untuk memutar kedua motor listrik tersebut.
19
(Sumber : http://www.nhpa40.org/b2b/pics/Air_Conditioner_Motor.jpg
Gambar 2.12 Motor listrik blower (indoor)
2.4.3.6 Motor kompresor Motor kompresor berfungsi untuk menggerakan mesin kompresor. Ketika motor bekerja, kompresor akan berfungsi sebagai sirkulator bahan pendingin menuju ke seluruh bagian sistem pendingin.
2.4.4
Bahan pendingin atau refrigeran Bahan pendingin atau refrigeran merupakan suatu jenis zat yang mudah
diubah wujudnya dari gas menjadi cair, atau pun sebaliknya. Refrigeran bersirkulasi secara terus – menerus melewati komponen utama AC (kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator). Selama tidak terjadi kebocoran sistem, jumlah refrigeran yang bersirkulasi tidak akan berkurang. Beberapa merek dan produsen refrigeran yang beredar di pasaran antara lain freon di produksi oleh E.I Dupont (Amerika), genetron diproduksi oleh Allied Signal Corporation (Amerika), forane diproduksi Elf Atochem (Australia), dan klea diproduksi ICI Americas (Amerika). Di antara merek refrigeran yang telah disebutkan, freon adalah merek yang paling populer dan banyak digunakan di
20
Indonesia sehingga ‘freon’ sering kali disebutkan sebagai istilah dari bahan pendingin
atau refrigeran. Di dalam sistem pendingin, keberadaan refrigeran sangat dibutuhkan.
2.4.4.1 Jenis – Jenis Refrigeran
Jenis refrigeran yang digunakan pada air conditioner adalah Refrigeran 22
atau biasa disingkat R-22. Ada juga unit AC yang menggunakan R-410A, tetapi
jumlahnya masih sedikit. Sebenarnya R- 410A dibuat untuk menggantikan R -22. Hal ini dikarenakan R-410A lebih ramah lingkungan dan efisien dibandingkan R-22. Namun, R-22 tidak bisa begitu saja digantikan dengan R -140 A karena ada beberapa
komponen yang harus diganti juga disebabkan berpengaruh pada kinerja sistem
pendingin secara keseluruhan. Berikut beberapa perbedaan mendasar antara R-22 dengan R -410A. Tabel 2.1 Perbedaan antara R-22 dan R-410A
No
R-22 Mengandung
1.
carbon
R -410A
hydro-cloro-flouro- Mengandung
(HCFC)
yang
hydro-flouro-carbon
bersifat (HFC) yang tidak merusak ozon
merusak lapisan ozon Tekanan refrigeran (pipa hisap dan Tekanan refrigeran (pipa hisap dan 2.
tekan kompresor) lebih kecil sekitar tekanan kompresor) lebih besar sekitar 50 – 70 %dari R -410A
3.
4.
5.
6.
Harganya
murah
50-70% dari R-22 dan
diperoleh di pasaran
mudah Harganya mahal dan maih terbatas di pasaran
Jenis oli kompresor menggunakan oli Jenis oli kompresor menggunakan oli mineral Kurang
sintetis efisien
melepaskan panas
menyerap
dan Lebih efisien menyerap dan melepaskan panas
Kerja kompresor berlebih sehingga Kerja kompresor relative lebih ringan cepat panas
sehingga tidak cepat panas
21
Selain refrigeran di atas ada pula refrigeran jenis hydrocarbon. Refrigeran
hydrocarbon ini dinilai lebih efisien dibandingkan R-22. Adapun kelemahan dan kelebihan refrigeran hydrocarbon meliputi :
a. Sifatnya mudah terbakar, tetapi bila terdapat tiga faktor yang terjadi yaitu :
1. adanya kebocoran dari sistem
2. adanya penyulut hingga terjadi terbakar, dan
3. konsentrasi dimana Batas Nyala Atas dan Batas Nyala Bawah yang
terlampaui hingga terjadi terbakar.
b. Tidak mempunyai zat pembau sehingga bila terjadi kebocoran sulit terdeteksi
c. Ramah lingkungan dan nyaman, M-22 tidak beracun, nyaman dan
pelepasannya ke alam bebas tidak akan merusak lapisan ozon dan tidak menimbulkan efek pemanasan global d. Hemat listrik, M-22 mempunyai sifat termodinamika yang lebih baik sehingga dapat menghemat pemakaian listrik hingga 25% dibanding refrigeran fluorocarbon pada kapasitas mesin pendingin yang sama. e. Lebih irit, M-22 memiliki sifat kerapatan yang rendah sehingga hanya memerlukan sekitar 30% dari penggunaan refrigeran fluorocarbon pada kapasitas mesin pendingin yang sama f. Pengganti untuk semua, M-22 dapat menggantikan refrigeran yang digunakan selama ini tanpa mengubah atau mengganti komponen maupun pelumas g. Memenuhi
Persyaratan
International,
M-22
memenuhi
baku
mutu
internasional dalam pemakaian maupun implikasi menyertainya. Dikarenakan pemakaian refrigeran hydrocarbon hanya setengah dari refrigeran biasa membuat kerja kompresor lebih ringan hingga konsumsi listrik pun ikut lebih ringan.
2.4.4.2 Syarat Refrigeran Ideal Sifat kimia a. Stabil b. Kesehatan, keselamatan, dan lingkungan c. Tingkat keracunan rendah
22
d. Tidak mudah terbakar
e. Tidak merusak lingkungan
Sifat termofisika
a. Temperatur kritis dan titik didih yang sesuai dengan kondisi kerja
b. Kapasitas panas penguapan tinggi
c. Viskositas rendah
Lain – lain
a. Bila bercampur dengan oli tidak bereaksi
b. Titik beku rendah c. Mudah dideteksi bila terjadi kebocoran
2.5
Beban Linier dan Non Linier Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang
linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedansi dan perubahan tegangan. Contoh peralatan listrik yang termasuk ke dalam beban linier adalah lampu pijar. Beban linier berasal dari peralatan listrik yang tidak mengandung rangkaian elektronika didalamnya, sehingga menghasilkan keluaran gelombang tegangan dan arus berbentuk sinusoidal. Ini dapat dilihat pada grafik dibawah ini.
Gambar 2.13 Grafik Beban Linier.
23
Beban non linier adalah bentuk gelombang yang keluarannya tidak sebanding
dengan tegangan dalam setiap setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya
(mengalami distorsi).
I Gambar 2.14 Grafik beban non linier
Besarnya pemakaian energi listrik disebabkan karena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban) listrik yang digunakan. Sedangkan beban listrik yang digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif. Di mana beban induktif (positif) membutuhkan daya reaktif seperti air conditioner, motor induksi (AC) dan lampu TL, sedang beban kapasitif (negatif) mengeluarkan daya reaktif. Daya reaktif itu merupakan daya tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah menjadi tenaga akan tetapi diperlukan untuk proses transmisi energi listrik pada beban. Jadi yang menyebabkan pemborosan energi listrik adalah banyaknya peralatan yang bersifat induktif. Berarti dalam menggunakan energi listrik ternyata pelanggan tidak hanya dibebani oleh daya aktif (kW) saja tetapi juga daya reaktif (kVAR). Penjumlahan kedua daya itu akan menghasilkan daya nyata yang merupakan daya yang disuplai oleh PLN. Maka antara daya aktif, daya reaktif dan daya nyata dapat digambarkan dengan segitiga daya.
Gambar 2.15 Segitiga Daya
24
. Jika nilai daya itu diperbesar yang biasanya dilakukan oleh pelanggan
industri maka rugi-rugi daya menjadi besar sedang daya aktif (kW) dan tegangan
yang sampai ke konsumen berkurang. Dengan demikian produksi pada industri itu akan menurun hal ini tentunya tidak boleh terjadi untuk itu suplai daya dari PLN
harus ditambah berarti penambahan biaya. Karena daya itu P = V.I, maka dengan
bertambah besarnya daya berarti terjadi penurunan harga V dan naiknya harga I. Dengan demikian daya aktif, daya reaktif dan daya nyata merupakan suatu kesatuan.
2.6
Perhitungan Kapasitas air conditioner [1]
Kapasitas Air Conditioner dapat di tentukan dengan besarnya luas ruangan yang akan ditempati. Berikut rumus untuk menentukan kapasitas air conditioner sesuai dengan standar ASHRAE Handbook : Kebutuhan BTU = L x W x H x I x E ………………………………………. ….(1) 60 Keterangan : L
= Panjang ruang ( dalam feet )
W
= Lebar ruang ( dalam feet )
H
= Tinggi ruang ( dalam feet )
I
= Insulasi, nilai 10 jika ruang berada di lantai bawah, atau berhimpit dengan ruang lain. Beri nilai 18 jika ruang di lantai atas.
E
= Nilai 16 jika dinding terpanjang menghadap utara, nilai 17 jika menghadap timur, Beri nilai 18 jika menghadap selatan, dan nilai 20 jika menghadap barat.
1 meter = 3.28 feet
Untuk penentuan kapasitas air condioner split dengan kapasitas pendinginannya lihat pada tabel berikut :
25 Tabel 2.2 Kapasitas air conditioner
Kapasitas AC
Kapasitas Pendinginan
(PK)
(BTU/jam)
1.
½
5.000
2.
¾
7.000
3.
1
9.000
4.
11/2
12.000
5.
2
18.000
6.
21/2
24.000
No
Dalam melakukan simulasi konservasi energi pada air conditioner ini digunakan air conditioner dengan kapasitas ¾ pk bila dihitung sesuai rumus menjadi : Dik : L = 5m ( 16 feet ) W = 5m ( 16 feet ) H = 3m ( 10 feet ) I = 10 ( berada di lantai bawah ) E = 17 ( menghadap ke timur )
Kebutuhan Btu = L x W x H x I x E 60 = 16 x 16 x 10 x 10 x 17 60 = 7.253 BTU ( menggunakan AC ¾ pk sesuai pada tabel 2.2 )
Untuk melakukan simulasi konservasi energi pada air conditioner ini pada ruangan Lab. SDTL II maka dapat dihitung kapasitas air conditioner yang dibutuhkan dengan rumus menjadi : Dik : L = 9m ( 29 feet ) W = 9m ( 29 feet ) H = 4m ( 13 feet )
26
I = 10 ( berada di lantai bawah )
E = 17 ( menghadap ke timur )
Kebutuhan Btu = L x W x H x I x E
60
= 29 x 29 x 13 x 10 x 17 60
= 30.976,833 BTU
( menggunakan AC 31/2pk sesuai pada tabel 2.2 )
2.7
Energi Listrik Banyaknya energi listrik yang kita gunakan untuk alat-alat listrik yang kita
gunakan adalah sebanding dengan tegangan dan kuat arus listrik pada alat listrik tersebut. Sehingga banyaknya energi listrik yang digunakan dapat kita hitung dengan persamaan E = V . I . Cos phi .t…………….…………………………..……...(2) 1000
Dimana :
E = energi V = tegangan I = kuat arus t = waktu penggunaan
2.8
Harmonisa Sistem tenaga listrik dirancang untuk beroperasi pada frekuensi 50 atau 60Hz.
Akan tetapi pada aplikasinya beberapa beban menyebabkan munculnya arus/ tegangan yang frekuensinya merupakan kelipatan 50/60Hz. Frekuensi 50/60Hz disebut dengan frekuensi fundamental dan kelipatannya disebut frekuensi harmonisa atau harmonisa saja, seperti ditunjukkan pada tabel 2.2 (Grady,2006).
27
Frekuensi (Hz)
Istilah
50
Frek. Fundamental
100
Harmonisa pertama
150
Harmonisa kedua
200
Harmonisa ketiga
…
…
Tabel 2.3 Frekuensi fundamental dan kelipatannya (Grady, 2006).
Jadi, harmonisa adalah gejala pembentukan gelombang‐gelombang dengan
frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi
dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonisa yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonisa. Misalnya, frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50Hz, maka harmonisa keduanya adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100Hz, harmonisa ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 150Hz dan seterusnya (Grady, 2006). Gelombang‐gelombang
ini
kemudian
menumpang
pada
gelombang
murni/aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan gelombang harmonisanya. Harmonisa urutan genap biasanya memiliki rms yang lebih kecil dibandingkan harmonisa urutan ganjil. Jumlah antara frekuensi fundamental dan kelipatannya, akan menyebabkan frekuensi fundamental tidak lagi berbentuk sinus murni, tetapi mengalami distorsi. Gambar 2.15 menunjukkan sebuah gelombang sinus yang terdistorsi akibat adanya hamonisa pertama, ketiga, dan kelima. Nampak bahwa bentuk gelombang berubah sama sekali dari bentuk sebuah gelombang sinus. Hal ini akan menyebabkan perubahan pada nilai besaran‐besaran gelombang tersebut (misalnya nilai rms) (Grady, 2006)
28
Gambar 2.16 Frekuensi fundamental, harmonisa ketiga, harmonisa kelima,dan jumlahannya
2.9 Harmonisa Ganjil dan Harmonisa Genap Sesuai dengan namanya, harmonisa ganjil adalah harmonisa ke-1,3,5,7 dan seterusnya. Sedangkan harmonisa genap adalah harmonisa ke-2,4,6,8 dan seterusnya. Harmonisa ke-1 adalah komponen frekuensi fundamental dari gelombang periodik. Harmonisa ke-0 mewakili konstanta atau komponen dc dari gelombang. Sebagian besar beban non linier menghasilkan harmonisa kelipatan ganjil dari frekuensi dasanya (fundamental). (Penangsang, 1998).
2.10
Identifikasi Harmonisa Untuk mengidentifikasi kehadiran harmonisa pada suatu sistem, dapat
diketahui melalui langkah-langkah berikut (Mohan, 1994) :
1.
Identifikasi jenis beban Jenis beban yang dipasok, misalnya jenis peralatan yang dipakai oleh
konsumen. Bila banyaknya peralatan yang mempunyai komponen utama terbuat dari bahan semikonduktor seperti komputer, alat bantunya, pengatur kecepatan motor,
29
atau peralatan lain yang menggunakan arus searah maka diperkirakan masalah
harmonisa ada pada instalasi konsumen tersebut (Tribuana, 1999).
2.
Pengukuran Dengan melakukan pengukuran kadar harmonisa dengan menggunakan alat
ukur Power harmonic Analyzer Hioki 3286-20 Clamp-on Power Hitester dapat
diketahui nilai Total Harmonic Distortion (THD) arus dan tegangan pada suatu jaringan listrik serta dapat menampilkannya berupa spektrum harmonisa dari ordeorde harmonisa yang dihasilkan.
Gambar 2.16 Hioki 3286-20 Clamp-on Power Hitester (Hioko Ltd) ( Manual Book Power harmonic Analyzer Hioki 3286-20 Clamp-on Power Hitester)
Selain itu, alat ukur Power harmonic Analyzer Hioki 3286-20 Clamp-on Power Hitester termasuk klem atau analisa daya dan digunakan untuk mengukur parameter listrik utama seperti KVA, kW, PF, Hertz, KVAr, Ampere dan Volt baik berupa nilai fundamental mapupun nilai puncaknya. Pengukuran cepat dapat dilakukan dengan peralatan yang dibawa oleh tangan, sedangkan peralatan yang lebih baik dilengkapi dengan fasilitas pembacaan kumulatif dan pencetakan pada selang waktu tertentu. Alat ukur ini mengukur parameter sebagai berikut : (Manual Book Power harmonic Analyzer Hioki 3286-20 Clamp-on Power Hitester).
Tegangan: 150 V sampai dengan 600 V, 3 jarak antara.
Arus: 200 A atau 1000 A, 2 jarak antara
30
Tegangan / arus puncak Daya efektif/reaktif/nyata (satu-fase atau 3- fase); 30 kW sampai dengan 1200 kW, 14 pola kombinasi.
Faktor daya.
Sudut fasa
Frekuensi
Reaktifitas
Deteksi urutan fasa Tegangan /tingkatan arus harmonis (mencapai 20 tingkat).
Standar Harmonisa yang umumnya digunakan yaitu IHD (Individual Harmonik Distortion) dan THD (Total Harmonik Distortion). IHD adalah rasio antara nilai RMS dari harmonisa individual dan niali RMS dari fundamental. Dapat dinyatakan dengan :
2
IHD =
Ish x 100% ……………………………………………(2.1) Is1
Keterangan : IHD
= Individual Harmonic Distortion (%)
ISh
= Arus harmonisa pada orde ke-h (A)
IS1
= Arus fundamental (Irms) (A)
Sebagai contoh, nilai rms dari harmonisa ke tiga adalah 25 A, nilai rms dari harmonisa ke lima adalah 20 A, dan nilai rms dari arus fundamental adalah 60 A. Maka, IDH ke tiga adalah : 2
IHD3 =
25 x 100% = 41,67% 60
IHD5 =
20 x 100% = 33,33% 60
2
31
Sedangkan THD adalah rasio antara nilai RMS dari komponen harmonisa dan
nilai RMS dari fundamental yang biasanya dinyatakan dalam persen (%). Untuk
gelombang sinusoida sempurna, THD bernilai 0%. Berikut merupakan rumus THD tegangan dan arusnya :
V
h2
VTHD =
2 h
x 100% …………………………………………(2.2)
V1
I
ITHD =
h2
I1
2 h
x 100% ………...………………………………….(2.3)
Keterangan : VTHD = Tegangan harmonisa (%)
2.11
ITHD
= Arus harmonisa (A)
Vh
= Tegangan harmonisa pada orde ke-n
Ih
= Arus harmonisa pada orde ke-n
V1
= Tegangan fundamental (Vrms)
I1
= Arus fundamental (Irms)
Pengaruh Harmonisa Harmonisa terjadi karena pemakaian beban non linier di sisi beban atau
konsumen. Baik di kalangan industri, perkantoran maupun rumah tangga. Harmonisa tersebut dapat menyebabkan efek yang tidak baik bagi konsumen maupun bagi peralatan sistem distribusi listrik tersebut. 1. Bagi pihak konsumen
Peralatan listrik menjadi rusak dan cepat panas walaupun belum digunakan pada performa maksimumnya.
Terbakarnya kabel/ konduktor penghantar meskipun belum mencapai nilai maksimum.
32
Pada televisi, harmonisa akan mempengaruhi nilai puncak tegangan yang dapat berdampak perubahan pada ukuran gambar dan kecerahan TV (Ek Bien Liem, 2004).
Pada komputer, dapat mengganggu sistem pemrosesan data karena tegangan
supply terdistorsi (Ek Bien Liem, 2004).
Harmonisa dapat menimbulkan. tambahan torsi pada kWh meter jenis elektromekanis yang menggunakan piringan induksi berputar. Sebagai akibatnya, puratan piringan akan lebih cepat atau terjadi kesalahan ukur kWh meter karena piringan induksi tersebut dirancang hanya untuk beroperasi pada
frekuensi dasar (Tribuana, 1999).
2. Bagi peralatan sistem distribusi
Timbulnya getaran mekanis pada panel listrik yang merupakan getaran resonansi mekanis akibat harmonik arus frekuensi tinggi (Tribuana, 1999)
Pemutusan beban. Pemutus beban dapat bekerja dibawah arus pengenalnya atau mungkin tidak bekerja pada arus pengenal. Pemutus beban yang dapat terhindar dari gangguan harmonisa pada umumnya adalah pemutus beban yang mempunyai respon terhadap arus rms sebenarnya (true-rms current) atau kenaikan temperatur karena arus lebih (Tribuana, 1999)
Meningkatnya resonansi sistem penyaluran tenaga listrik
Mengurangi umur isolasi dari komponen penyaluran tenaga listrik
2.12
Konservasi Energi sistem tata udara Konservasi energi sistem tata udara adalah sistem yang dapat bekerja dengan
hemat energi tanpa mengurangi persyaratan fungsinya. Ada berbagai komponen beban yang memberikan kontribusi cukup besar terhadap beban pendinginan perlu dicermati agar dapat dicari peluang penghematan energinya. Namun ini tidak berarti bahwa komponen beban lainnya dapat diabaikan, karena upaya penghematan energi perlu dicari pada semua komponen beban (SNI 03-6390-2000).
33
Komponen-komponen tersebut antara lain:
2.12.1 Bahan bangunan a.
Identifikasi bahan bangunan akan menentukan nilai transmitansi termal yang
menjadi salah satu variabel dalam perhitungan beban pendinginan. Kesalahan dalam menentukan nilai transmitansi termal akan secara proporsional menimbulkan
kesalahan dalam perhitungan beban pendinginan.
b.
Oleh karena itu identifikasi bahan bangunan serta memperkirakan nilai
transmitansi termal harus dilakukan dengan cermat dan hati-hati. Nilai transmitansi termal yang dicantumkan dalam berbagai standar Iuar negeri tidak selalu sesuai
dengan bahan yang digunakan pada bangunan gedung di Indonesia, kecuali kalau
bahan tersebut bahan yang diimpor.
2.12.2 Beban listrik a.
Pada gedung komersial seperti perkantoran, beban pendinginan yang ditimbulkan
oleh lampu untuk pencahayaan dan peralatan listrik dalam ruangan
merupakan komponen beban tunggal yang sangat berarti (dapat berkisar antara 15% sampai 20%). b.
Oleh karena itu perkiraan beban pendinginan yang terinci dari komponen ini harus dibuat berdasarkan perencanaan sistem listrik untuk setiap ruangan, tidak boleh digunakan nilai daya listrik per satuan luas Iantai rata-rata dari seluruh gedung.
c.
Ketentuan terinci untuk sistem pencahayaan dalam gedung yang dinilai hemat energi diatur dalam SNI 03-6197-2000, Konservasi energi sistem pencahayaan pada bangunan gedung.
2.12.3 Beban penghuni a.
Besarnya beban penghuni, walaupun bukan yang terbesar dibandingkan dengan beban listrik, perlu dicermati polanya karena merupakan salah satu peluang penghematan energi. Pada gedung kantor misalnya, biasanya berkisar antara 10% sampai 15%.
34
b.
Pola gerakan penghuni dapat berpengaruh pada beban maksimum ruangan,
sehingga mempengaruhi besamya kapasitas mesin pendingin. Oleh karena itu
penentuan beban penghuni harus dilakukan pula dengan hati-hati dan kalau perlu
memperhatikan pola gerakan atau pola "kehadiran" penghuni (occupancy) di dalam ruangan.
2.13
Kelembaban
Rekomendasi dari Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-6572-2001, menyebutkan bahwa daerah kenyamanan suhu dapat dibagi menjadi :
a. Sejuk, antara temperatur efektif 20,5°C - 22,8°C dan RH 40 % – 60 %.
b. Nyaman, antara temperatur efektif 22,8°C - 25,8°C dan RH 40 % – 60 %. c. Hangat, antara temperatur efektif 25,8°C - 27,1°C dan RH 40 % – 60 %.
