Apa itu AC dan bagaimana sejarahnya

•     PENGENALAN AIR CONDITIONER

Di masa modern saat ini, dengan semakin meningkatnya populasi manusia disertai dengan kendaraan bermotor yang mengeluarkan polusi tanpa kita sadari membuat bumi yang kita tinggali menjadi semakin panas. Namun dengan berkembangnya teknologi yang sangat pesat manusia menciptakan suatu alat yang dibuat untuk dapat menurunkan suhu panas atau bahkan mendinginkan suhu yang kini kita mengenalnya sebagai AC atau singkatan dari Air Conditioner, yang berarti alat untuk mengkondisikan udara agar dapat diataur suhunya sesuai kebutuhan.

•      SEJARAH ADANYA AIR CONDITIONER

Meskipun AC dikenal sebagai alat yang modern namun sesungguhnya AC sudah digunakan sejak jaman dahulu pada zaman Romawi kuno dan Persia meskipun dengan prinsip yang sederhana yakni dengan membuat penampungan air yang dialirkan ke permukaan dinding melalui saluran air dan ditambahkan menara angin agar menurunkan suhu ruangan mejadi lebih dingin .Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci telah merancang suatu mesin pendingin evaporatif ukuran besar. Mesin ini mempunyai roda besar, yang diletakkan di luar istana, dan digerakkan oleh air (sekali-sekali dibantu oleh budak) dengan katup-katup yang terbuka-tutup secara otomatis untuk menarik udara ke dalam drum di tengah roda.  Udara yang telah dibersihkan di dalam roda dipaksa keluar melalui pipa kecil dan dialirkan ke dalam ruangan.setelah itu banyak bermunculan ilmuan dan ahli fisika yang meneliti tentang prinsip pedinginan suhu, akhirnya dengan mesin pendingin mekanis seorang Amerika bernama Oliver Evans (1755-1819) mampu menjelaskan siklus refrigerasi kompresi uap. Pada tahun 1835, seorang Amerika lainnya yang bekerja di Inggris yaitu Jacob Perkins (1766-1849) berhasil mendapatkan paten untuk mesin pendingin temuannya yang bekerja berdasarkan siklus kompresi uap tersebut. Pada abad ke-18 sekitar tahun 1820 seorang ilmuwan asal inggris, Michael Faraday berhasil menemukan sebuah cara untuk dapat mendinginkan suhu ruangan dengan menggunakan gas Amonia dan setelah itu pada tahun 1844 muncul seorang dokter yang berasal dari Amerika bernama Dr. Jhon Gorrie berhasil menciptakan mesin untuk mendinginkan suhu ruangan di rumah sakit tempatnya bekerja. Dr. Jhon menggunakan hukum fisika dalam menciptakan alat ini. Dengan berprinsip pada hukum panas yang selalu mengalir dari gas atau cairan yang panas menuju gas atau cairan yang lebih dingin. Cara kerja mesin tersebut dengan cara memadatkan gas yang disebut kompres sehingga menjadi panas. Setelah itu gas dialirkan ke koil-koil untuk diturunkan tekanannya, sehingga suhunya menjadi udara yang dingin.setelah terus melakukan pengembangan pada mesin pendinginnya, pada tahun 1845 Dr Jhon mendapatkan hak paten atas mesin pendingin yang ia buat. Hak paten ini untuk pertama kalinya diberikan untuk sebuah mesin pendingin. Namun sayangnya Dr Jhon Gorrie meninggal pada tahun 1855 sebelum ia dapat menyempurnakan mesin pendinginnya tersebut.kemudian tak berselang lama muncul seorang Insinyur berasal dari New York yang bernama Wilis Haviland Carrier melakukan pengembangan dan penyempurnaan terhadap mesin pendingin yang telah diciptakan Dr. Jhon namun penggunaan mesin pendingin ini ditujukan untuk kepentingan industri dan percetakan pada masa itu.selain itu didasarkan pada hasil penelitian Swarts yang dilakukan selama kurun 1893-1907 di Ghent, suatu tim peneliti Frigidaire Corporation di Amerika, yang dipimpin oleh Thomas Midgley berhasil mengembangkan refrigeran fluoro-carbon pertama pada tahun 1930.  Refrigeran fluoro-carbon dianggap sebagai refrigeran yang aman karena tidak bersifat toksik dan tidak mudah terbakar.  Refrigeran CFC (chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R12 (CF2Cl2) mulai dilepas ke pasar pada tahun 1931, diikuti dengan refrigeran HCFC (hidro-chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R22 (CHF2Cl) pada tahun 1934.  Pada tahun 1961, campuran azeotropik pertama, yaitu R502 (R22/R115), diperkenalkan ke pasar sebagai refrigeran.dan masih banyak lagi penemuan-penemuan oleh ilmuan cerdas lainnya yang tdak saya sebutkan. Hingga saat ini mesin pendingin yang dikenal sebagai Air Conditioner atau AC ini telah berkembang hingga dapat dinikmati saat ini dengan desain dan teknologi yang terus berkembang dari masa ke masa.

•      PRINSIP KERJA AIR CONDITIONER

Pada dasarnya AC berkerja menggunakan prinsip yaitu saat cairan menguap diperlukan adanya kalor dan pada saat proses penghilangan kalor sistem juga melakukan penghilangan uap air dan ditambahkan sebuah penyaring udara untuk menghilangkan polutan dan kotoran yang menuju ke sistem AC.dan juga kompone tambahan yang sangat penting adalah gas refrigerant yang umumnya digunakan yaitu fluorocarbon yang dialirkan kedalam sistem kemudian menjadi cairan dan melepaskan panas saat di beri tekanan, menjadi gas sekaligus menyerap panas saat tekanan dikurangi.untuk lebih jelasnya, berikut adalah uraian lebih mendetail sehubungan dengan mekanisme atau sistem kerja AC agar siklus kompresi uap menjadi ideal:

Pada Kompresor terjadi proses kompresi uap menjadi uap yang bertekanan tinggi, jadi sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent) yang masih berupa uap agar memiliki tekanan yang tinggi kemudian dialirkan menuju ke kondensor yang kemudian di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan dan terjadi pengembunan uap yang bertekanan tinggi dari kompresor menjadi berupa cairan yang bertekanam tinggi juga, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondensor 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 kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipa evaporator.setelah refrigent lewat kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi(expansion valve), pada katup ekspansi ini refrigerant yang bertekanan tinggi diturunkan tekanannya menjadi bertekanan rendah sehingga refrigerant berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigerant akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigerant dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun dan terjadi penguapan.Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada di evaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondensor.

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.
apabila ada yang belum tau apa itu refrigerant dari fluorocarbon, 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 menjadi 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 AC bekerja.

Seperti yang telah disinggung diatas pada sejarah Air Conditioner, mesin pendingin (refrigerasi) menggunakan prinsip siklus kompresi uap. Namun selain menggunkan siklus kerja tersebut terdapat juga beberapa jenis siklus kerja mesin refrigrerasi yakni:

a)      Mesin refrigerasi Siklus Kompresi Uap (SKU)

b)      Mesin refrigerasi Siklus Absorbsi (SA)

c)      Mesin refrigerasi Siklus Jet Uap (SJU)

d)     Mesin refrigerasi Siklus Udara (SU)

e)      Mesin refrigerasi Tabung Vorteks (TV).

Pada pembahasan kali ini saya hanya akan menjelaskan mesin refrigerasi dengan sistem kompresi uap karena jenis mesin refrigerasi ini yang paling banyak di gunakan saat ini

•   Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap

Kompresor mesin pendingin dengan rpm yang tinggi mengkompresi uap refrigerant dengan sangat cepat. Refrigerant bersinggungan dengan dinding silinder kompresor dalam waktu sangat singkat. Karena waktu kompresi dan singgungan dengan dinding silinder yang sangat singkat maka perbedaan suhu antara uap refrigerant dengan dinding silinder sangat kecil, bisa diasumsikan bahwa perpindahan dari refrigerant atau ke dinding silinder bisa diabaikan. Oleh karena itu proses kompresi pada sistem kompresi uap terjadi dengan proses adiabatik (tidak ada panas yang masuk atau keluar). Walaupun tidak terjadi perpindahan panas diantara keduanya selama proses kompresi, suhu dan enthalpy uap refrigerant bertambah karena mendapat energi mekanik dari piston. Walaupun uap yang dikompresi didinginkan, energi kinetik dari refrigerant akan bertambah sebanding dengan besarnya energi mekanik yang dihasilkan oleh piston. Energi yang dihasilkan disebut dengan panas kompresi. Energi yang dihasilkan oleh kerja mekanik piston ditransfer ke uap refrigerant selama proses kompresi. 

Mesin refrigerasi siklus kompresi uap terdiri dari empat komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Susunan empat komponen tersebut secara skematik ditunjukkan pada Gambar dibawah ini:

                                             Gambar  Diagram Proses Siklus Kompresi Uap

Dalam gambar tersebut terjadi proses:

1 – 2 Proses Kompresi (Adiabatic)

2 – 3 Pelepasan Kalor (Isothermal)

3 – 4 Ekspansi (Adiabatic)

4 -1 Pemasukan Kalor (Isothermal)

Cara Kerja Siklus Kompresi Uap;
1. Proses 1-2 ; refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap super panas dengan temperatur yang tinggi, lebih tinggi dari temperature lengkungan sehingga pembuangan panas bisa berlangsung.

2. Proses 2-3 ; setelah mengalami proses kompresi, refrigeran berada dalam fase panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk merubah wujudnya menjadi cair (kondensasi), kalor harus dilepaskan ke lingkungan melalui alat yang disebut dengan kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor pada sisi lain dialirkan fluida pendingin (udara atau air) dengan temperatur lebih rendah dari pada temperatur refrigeran. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigeran ke fluida pendingin dan refrigeran akan mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh, selanjutnya mengalami proses pengembunan menjadi refrigeran cair. Refrigeran keluar kondensor sudah berupa refrigeran cair. Proses kondensasi berlangsung pada temperature dan tekanan yang konstan.

3. Proses 3-4 ; refrigeran dalam keadaan wujud cair jenuh (tingkat keadaan 3) kemudian mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara tak reversibel sehingga tekanan refrigeran menjadi rendah (tekanan evaporator). Refrigeran keluar alat ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur rendah.

4. Proses 4-1 ; Refrigeran dalam fase campuran uap-cair, mengalir melalui evaporator. Di dalam evaporator refrigeran mengalami proses penguapan sebagai akibat dari panas yang diserap dari sekeliling evaporator. Dengan adanya penyerapan panas ini, maka disekeliling evaporator (ruangan yang dikondisikan) menjadi dingin atau temperaturnya turun. Selanjutnya refrigeran yang meninggalkan evaporator dalam fase uap jenuh. Proses penguapan tersebut berlangsung pada temperatur dan tekanan yang konstan.