Prinsip Kerja AC Ditinjau dari Termodinamika

Dari sudut pandang Termodinamika, sistem AC bekerja berdasarkan siklus refrigerasi kompresi uap yang mengikuti hukum-hukum termodinamika, terutama Hukum Pertama dan Kedua Termodinamika. Berikut adalah analisisnya:

1. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap

AC beroperasi dalam siklus termodinamika tertutup, yang terdiri dari empat proses utama:

1.   Kompresi Isentropik (Proses 1 → 2)

o    Kompresor menekan refrigeran gas sehingga tekanannya naik.

o    Menurut persamaan entalpi:

W=h₂−h₁

di mana h₂​ dan h₁​ adalah entalpi sebelum dan sesudah kompresi.

o    Temperatur refrigeran meningkat akibat kerja yang dilakukan kompresor (sesuai Hukum Pertama Termodinamika).

2.   Kondensasi (Proses 2 → 3, Pelepasan Panas pada Tekanan Konstan)

o    Refrigeran bertekanan tinggi mengalir ke kondensor, di mana ia melepaskan panas ke udara luar (dengan bantuan kipas).

o    Sesuai Hukum Kedua Termodinamika, kalor berpindah dari suhu tinggi (refrigeran panas) ke suhu rendah (udara luar).

o    Refrigeran mengalami perubahan fasa dari gas menjadi cair.

3.   Ekspansi Isentropik (Proses 3 → 4, Penurunan Tekanan pada Katup Ekspansi)

o    Refrigeran yang masih dalam bentuk cair bertekanan tinggi melewati katup ekspansi, mengalami penurunan tekanan secara adiabatik.

o    Temperatur refrigeran turun drastis, sesuai dengan persamaan ekspansi:

h₃=h₄​

o    Tidak ada perubahan entalpi yang signifikan, tetapi temperatur dan tekanan turun.

4.   Evaporasi (Proses 4 → 1, Penyerapan Panas pada Tekanan Konstan)

o    Refrigeran dingin mengalir ke evaporator, menyerap panas dari udara ruangan.

o    Panas yang diserap menyebabkan refrigeran menguap kembali menjadi gas.

o    Siklus kembali ke tahap awal, dengan refrigeran dikompresi lagi oleh kompresor.

2. Hukum Termodinamika dalam AC

• Hukum Pertama Termodinamika (Konservasi Energi)

Q_masuk – W = ΔU

• AC tidak menciptakan atau menghancurkan energi; hanya memindahkan panas dari dalam ke luar ruangan dengan kerja dari kompresor.
• Hukum Kedua Termodinamika (Irreversibilitas dan COP)
• AC beroperasi dengan koefisien performa (COP) yang dihitung sebagai:

COP=Q_evaporator/W_kompresor ​​

• Semakin tinggi COP, semakin efisien AC dalam mendinginkan ruangan.

3. Efisiensi dan Optimasi Termodinamika

• Efisiensi AC dapat ditingkatkan dengan:
• Menggunakan refrigeran dengan sifat termodinamika yang baik (tekanan dan temperatur kerja optimal).
• Mengurangi kehilangan energi pada kompresor dan pipa.
• Mengoptimalkan desain heat exchanger untuk meningkatkan perpindahan panas.

Jadi, dari sudut pandang Termodinamika, AC bekerja dengan memanfaatkan siklus refrigerasi, mematuhi hukum pertama dan kedua termodinamika, dan efisiensinya dapat dihitung menggunakan COP.