Peran Elektronika Daya dalam Penghematan Energi di Sistem Tata Udara

Muhammad Bahrul Ulum, Reynaldi Tanta Paribo,

Dini Farida Noviyanti, Eduardus Pandik

Mahasiswa Teknik Tenaga Listrik Institut Teknologi Bandung

Saat ini konsumsi energi terbesar pada bangunan komersial seperti perkantoran adalah pada penyejuk ruangan (air conditioner). Penyejuk udara ruangan bekerja dengan prinsip transfer kalor dari dalam ruangan ke udara luar. Transfer kalo tersebut menggunakan refrigerant yang mempunyai sifat melepaskan panas saat refrigerant berada dalam fasa cair dan menyerap kalor saat berada dalam fasa uap. Cairan pendingin ini biasanya berupa CFC (Chlorofluorocarbon). Senyawa ini akan menjadi cair bila diberi tekanan udara yang tinggi, dan akan menjadi gas kembali saat dilepaskan ke dalam tekanan atmosfer. Selain menyerap kalor, cairan coolant tersebut juga menyerap uap air di dalam ruangan.

 

Cairan pendingin akan menguap saat menyerap kalor dari udara panas yang bersentuhan dengan . Setelah masuk dalam fasa gas, refrigerant akan masuk ke kompresor untuk meningkatkan tekanannya. Setelah itu refrigerant bertekanan tinggi akan diteruskan ke kondensor untuk diturunkan kembali suhunya. Penurunan suhu tersebut akan mengembunkan refrigerant dan membuatnya menjadi cairan bertekanan tinggi. Setelah itu fluida pendingin akan diteruskan ke evaporator dengan bantuan katup ekspansi (expansion device). Pada evaporator, refrigerant akan menyerap kalor dari udara didalam ruangan. Pada saat yang bersamaan, udara yang telah diturunkan suhunya oleh refrigerant akan dihembuskan ke ruangan dengan kipas pada evaporator. Karena proses penyerapan kalor yang terjadi, refrigerant akan menguap dan tekanannya akan turun. Setelah itu, refrigerant akan dialirkan kembali ke kompresor untuk mengulangi siklus pendinginan kembali.

Komponen yang berperan untuk memberi tekanan tinggi pada fluida pendingin adalah kompresor. Kompresor tersebut menggunakan motor listrik untuk memutar kipas kompresornya. Motor yang digunakan adalah motor AC (alternating current). Karakteristik motor tersebut adalah, daya yang dibutuhkan sebanding dengan kecepatan putaran dan torka yang dihasilkan oleh motor.

Pada pendingin ruangan konvensional, kecepatan motor tidak dapat diatur. Hanya ada dua mode pada motor yaitu ON dan OFF. Saat suhu ruangan belum mencapai suhu yang diinginkan, motor selalu menyala. Sedangkan saat suhu ruangan telah mencapai suhu yang diinginkan, motor mati. Namun saat terjadi perubahan suhu kembali pada ruangan, contohnya akibat dibukanya pintu ruangan yang menyebabkan udara dari luar ruangan yang suhunya berbeda masuk, motor pun hidup kembali walaupun hanya untuk merubah sedikit suhu ruangan tersebut. Hal itu menyebabkan sering terjadinya ON/OFF motor yang berakibat tingginya konsumsi energi listrik oleh pendingin ruangan. Selain itu seringnya ON/OFF motor dapat berakibat motor cepat rusak.

Dengan elektronika daya, saat ini kecepatan motor dapat diatur dengan variable speed drive (VSD). Prinsip kerja dari variable speed drive ini adalah dengan mengubah input AC dari sumber (PLN) dengan frekuensi 50 Hz menjadi DC kemudian menjadi AC lagi dengan frekuensi yang diinginkan. Dengan prinsip kerja seperti ini kecepatan motor dapat diatur sesuai dengan persamaan berikut

Dimana RPM adalah kecepatan motor, f adalah frekuensi, dan P adalah jumlah pole pada motor. Dapat dilihat bahwa dengan mengatur frekuensi, kecepatan motor akan berubah. Pada persamaan ini, kecepatan motor berbanding lurus dengan frekuensi. Artinya dengan mengatur frekuensi, kecepatan motor dapat diatur.

Dapat dilihat pada gambar di atas, keunggulan penggunaan VSD ini adalah pendingin ruangan dapat lebih cepat mencapai suhu yang diinginkan karena kecepatan motor dapat diatur sehingga cukup tinggi seperti dapat dilihat pada kurva hijau. Lalu saat suhu yang diinginkan sudah dicapai, maka kecepatan putaran atau daya yang disuplai ke kompresor akan dikurangi sampai titik minimal sehingga kompresor akan menjaga suhu tetap dingin pada suhu konstan dengan konsumsi daya seminimal mungkin, sehingga saat terjadi perubahan suhu tidak perlu dilakukan starting yang banyak mengkonsumsi listrik.

Dengan menyesuaikan kecepatan putaran motor kompresor dengan kebutuhan, maka kompresor akan dinyalakan sekali saja, pada saat AC pertama kali dinyalakan. Cukup dengan mengatur kecepatan motor sedemikian rupa sehingga suhu ruangan kembali sesuai pengaturan. Berbeda dengan penyejuk ruangan konvensional seperti ditunjukkan pada kurva berwarna merah. Hal ini sangat membantu penghematan terutama di bangunan-bangunan komersial seperti perkantoran dimana mayoritas konsumsi energi mereka adalah untuk pendingin ruangan.

VSD sendiri terdiri dari rectifier, DC Link, dan inverter. Prinsip kerja VSD sebenarnya sederhana, alat ini mengubah tegangan AC yang masuk, menjadi DC, kemudian mengubahnya kembali menjadi AC dengan frekuensi yang diinginkan. Tegangan masuk dari jala-jala yang memiliki frekuensi 50 Hz dialirkan ke rectifier (penyearah DC) untuk kemudian ditampung di DC Link (kapasitor). Sehingga pada proses ini, dari AC menjadi DC.

Tegangan DC yang ditampung pada kapasitor kemudian diumpankan ke board inverter untuk dijadikan AC kembali dengan frekuensi yang diinginkan. Komponen utama pada inverter adalah semiconductor aktif, seperti misalnya IGBT. Tegangan DC dicacah dan dimodulasi sehingga keluar tegangan dengan frekuensi yang diinginkan (bisa hingga 20 kHz).

 

Sumber

http://www.energyland.emsd.gov.hk/en/appAndEquip/equipment/air_conditioning/vsd.html

http://www.penguinaircon.com/index.php/Algarve-Air-Conditioning/inverter.html

http://tw.renesas.com/media/edge_ol/features/02/img_03.jpg

http://hermawayne.blogspot.com/2009/02/cara-kerja-air-conditioner-ac.html

http://facespooks.blogspot.com/2010/12/penerapan-elektronika-daya-pada-air.html

http://mengerjakantugas.blogspot.com/2009/07/prinsip-cara-kerja-air-conditioner.html