makalah mesin pendingin
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir
sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran.
Siklus refrigerasi yang paling banyak dipakai adalah daur refrigerasi kompresi
uap yang melibatkan empat komponen dasar yaitu : kompresor, kondensor, katup
ekspansi dan evaporator. Tujuan dari mesin pendingin adalah untuk menjaga
ruangan tetap dingin dengan menyerap panas dari ruang tersebut.Salah satu
aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah AC.
Sedangkan pompa kalor adalah suatu alat yang dapat mentransfer panas dari
media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi yang bertujuan untuk
menjaga ruangan tetap bertemperatur tinggi. Proses pemberian panas tersebut
disertai dengan menyerap panas dari sumber bertemperatur rendah. Kedua alat
penukar kalor tersebut menggunakan siklus kompresi uap.
Sehingga pengetahuan tentang prinsip kerja mesin pendingin dan
karakteristik yang dimiliki oleh mesin pendingin sangat penting untuk diketahui
oleh para mahasiswa karena penerapannya sangatlah luas dalam kehidupan sehari-
hari maupun dalam dunia industri
1.2. Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan makalah ini adalah :
1. Untuk mengetahui fungsi mesin pendingin.
2. Untuk mengetahui proses kerja mesin pendingin.
3. Untuk mengetahui jenis mesin pendingin.
4. Untuk mengetahui komponen mesin pendingin.
5. Untuk mengetahui penerapan mesin pendingin.
1
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Fungsi Mesin Pendingin
Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan
panas dari dalam ruangan ke luar ruangan untuk menjadikan temperatur
benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya sehingga
menghasilkan suhu/temperatur dingin. Sesuai dengan konsep kekekalan energi,
panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan. Sehingga proses kerja
mesin pendingin selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan
perpindahan panas.
Sebelum menentukan mesin pendingin, terlebih dahulu ditentukan
perhitungan beban pendinginan. Sebelum melakukan perhitungan beban
pendinginan pada suatu ruangan yang akan dikondisikan, data-data pendukung
harus dikumpulkan. Data yang harus dimiliki sebelum melakukan perhitungan
adalah lokasi bangunan dan arahnya, konstruksi dari bangunan, kondisi di luar
gedung, kondisi design di dalam gedung, jadwal penghuni di dalam gedung,
jumlah lampu dan peralatan listrik yang dipasang di dalam gedung, jadwal
masuknya/beroperasinya peralatan-peralatan di dalam gedung, serta kebocoran
udara (infiltrasi) dan penambahan udara (ventilasi). Informasi-informasi ini akan
digunakan sebagai parameter pada perhitungan dan atau untuk mencari parameter-
parameter tambahan yang akan digunakan dalam perhitungan beban pendingin.
2.2. Proses Kerja Mesin Pendingin
Proses kerjanya adalah penguapan dan pengembunan. Untuk mendapatkan
penguapan diperlukan gas (udara) yang mencapai temperatur tertentu (panas).
Setelah udara tersebut panas diubah agar kehilangan panas, sehingga terjadi
penguapan lalu terjadi pengembunan sehingga udara membentuk titik – titik
embun dan akhirnya mencari, maka timbulah suhu di dalam temperatur rendah
(dingin).
Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu benda /
ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah
dari temperatur lingkungannya.
2
Proses kerja mesin pendingin memperlihatkan apa yang terjadi atas panas
setelah dikeluarkan dari udara oleh refrigeran di dalam koil (evaporator). Siklus
ini didasari oleh dua prinsip, yaitu saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka
refrigeran cair itu mengambil atau menyerap sejumlah panas dan saat titik didih
suatu cairan dapat diubah dengan jalan mengubah tekanan yang bekerja padanya.
Hal ini sama artinya bahwa temperatur suatu cairan dapat ditingkatkan dengan
jalan menaikan tekanannya, begitu juga sebaliknya.
Proses kerja mesin pendingin secara umum adalah sebagai berikut : kompressor
melepaskan refrigerant berbentuk gas bertemperatur tinggi dan bertekanan tinggi
karena hasil kompresi pada kompressor saat langkah pengeluaran (Discharge
stroke). Refrigerant ini mengalir ke kondensor. Di kondensor, uap
refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi diembunkan, Panas
dilepas ke lingkungan, dan terjadi perubahan fase refrigeran dari
uap ke cair. Dari kondensor dihasilkan refrigeran cair bertekanan
tinggi dan bersuhu rendah. Tekanan tinggi refrigeran cair
diturunkan dengan menggunakan katup cekik (katup ekspansi)
dan dihasilkan refrigeran cair bertekanan dan bersuhu rendah
dengan bentuk spray (kabut) yang selanjutnya dialirkan ke evaporator.
Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas dari lingkungan
yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap
refrigeran bertekanan rendah.
3
Refrigeration Cycle
2.3. Jenis Mesin Pendingin
Pada dasarnya mesin pendingin dibagi menjadi dua, yaitu mesin pendingin
dengan sistem refrigerasi mekanik dan non mekanik. Sistem refrigerasi mekanik
merupakan sistem refrigerasi yang menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan
alat mekanik lain dalam menjalankan siklusnya, sedangkan sistem refigerasi non
mekanik adalah sistem refigerasi yang tidak memerlukan mesin-mesin penggerak
seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Sistem refrigerasi non mekanik
digolongkan menjadi Siklus Kompresi Uap (SKU), refrigerasi siklus udara,
kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah, dan siklus sterling. Sedangkan
sistem refrigerasi mekanik digolongkan menjadi refrigerasi termoelektrik,
refrigerasi siklus absorbsi, refrigerasi steam jet, refrigerasi magnetik, dan heat pip.
A. Sistem Kompresi Uap (Work Operated)
Dari sekian banyak jenis-jenis mesin pendingin, yang paling umum
digunakan adalah mesin pendingin dengan sistem kompresi uap. Komponen
utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor
dan katup expansi.
1) Proses kompresi (1-2)
4
Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik.
Kondisi awal refrigerant pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap
jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigerant akan
menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara
isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Besarnya
kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
WK = h1 – h2 ………..(2.1)
Dimana WK = besarnya kerja kompresor (kJ/kg), h1 = entalpi refrigeran
saat masuk kompresor (kJ/kg), dan h2 = entalpi refrigeran saat keluar
kompresor (kJ/kg).
2) Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan
tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan
membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti
bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan
lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara
pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair.
Besar panas per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor
dinyatakan sebagai:
QC = h2 – h3 ……..(2.2)
dimana QC = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg), h2 = entalpi
refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg), dan h3 = entalpi refrigeran saat
keluar kondensor (kJ/kg).
3) Proses expansi (3-4)
Proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak
terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan
temperatur, atau dapat dituliskan dengan:
h3 = h4 …….(2.3)
Proses penurunan tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk
pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran
refrigeran dan menurunkan tekanan.
5
4) Proses evaporasi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan,
temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan
diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran
berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk
evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap, seperti pada titik 4
dari gambar di atas. Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:
QE = h1 – h4 ……(2.4)
dimana : QE = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg), h1=
entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg), dan h4 = entalpi refrigeran
saat masuk evaporator (kJ/kg).
Selanjutnya, refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan bersirkulasi
lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. Untuk
menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel sifat-
sifat refrigerant.
Efisiensi refrigerator disebut dengan istilah coefficient of performance
(COP), dinotasikan dengan COPR. Harga dari COPR dapat berharga lebih dari
satu, karena jumlah panas yang diserap dari ruang refrigerasi dapat lebih besar
dari jumlah input kerja. Hal tersebut kontras dengan efisiensi termal yang selalu
kurang dari satu. Salah satu alasan penggunaan istilah-coefficient of performance-
lebih disukai untuk menghindari kerancuan dengan istilah efisiensi , karena COP
dari mesin pendingin lebih besar dari satu
Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigerant yang sering
dipakai di Indonesia, didapat nilai COP (Coefficient of Performance) berikut :
Nilai COP dari Beberapa Jenis Refrigerant
6
Berat refrigent yang disirkulasikan permanen (con of
refrigerant) didapat dari jumlah panas yang diabsorbsi per menit
ton of refrigerant dibagi oleh refrigerant effect. Mreff evaporasi
lebih besar dari Mreff kondensasi.
mreff evaporasi=200
h1−h4
>mref kondensasi=200
h2−h3 ( lb
tonmm )Theoretical piston displacement (TD) :
V=mref (Vg )( ft 3
ton.mm )V= 200
h2−h3
x Vg( ft3
ton.mm (C . ft . m ) )Dimana Vg adalah spesifik V dari ref.
W k=h1−h2
mref=200
h2−h3
lbtonmm
Daya=wk . mref
Daya kompresor=200 ( h2−h3 )
h1−h2
X1
33.000
¿ 200 X 77833.000
X(h2−h3 )(h1−h2) (
hpton )
¿4717 x(h2−h3 )(h1−h2) (
hpton )
Daya kompresor dapat diturunkan dengan persamaan
polytropic kompresor.
wk=n
n−1P2 V 2(P1 x
nn−1
P2
x 1)mref=
200h2−h3
jadi , Daya=wk . mref
¿( nn−1
P2 V 2(P1 xn
n−1P2
x 1))X200
h2−h3
7
¿144 ( 200h2−h3
)( nn−1
P3 V 3(P1 xn
n−1P2
x1))¿0,873 (n X P3 V 3 )( P1 x
nn−1
P2
x1)HP / ton
Besar panas yang diberikan pada cooling water saat
kompresi :
Qcooling=( nn−1 )( P1V 1−P2 V 2 )−( h1−h2 ) BTU /lb
COP=(h2−h3 )(h1−h2)
→heat absorbtion∈evaporationheat equev alent of network
Maka pada diperoleh persamaan :
dP ref=4717
horsepower / ton
Panas yang dikeluarkan melalui kondensor :
Qkond=qcond . mref
Untuk memahami proses – proses yang terjadi pada mesin
pendingin kompresi uap, diperlukan pembahasan siklus
termodinamika yang digunakan. Pembahasan diawali dengan
daur carnot yang merupakan daur ideal hingga daur kompresi
uap nyata.
1) Daur Carnot
Daur carnot adalah daur reversible yang didefinisikan
oleh dua proses isothermal dan dua proses isentropic.
Karena proses reversible dan adiabatik, maka perpindahan
panas hanya terjadi selama proses isothermal. Dari kajian
thermodinamika, daur carnot dikenal dengan sebagai mesin
kalor carnot yang menerima energi kalor pada suhu tinggi,
sebagian diubah menjadi kerja dan sisanya dikeluarkan
sebagai kalor pada suhu rendah.
Apabila daur mesin kalor carnor dibalik, yaitu proses
pengembalian panas dari daerah yang bersuhu rendah ke
8
daerah yang bersuhu tinggi. Skematis peralatan dan
diagram T – S daur refrigerasi carnot :
Keterangan proses :
1 – 2 : kompresi adiabatik
2 – 3 : pelepasan panas
isothermal
3 – 4 : ekspansi adiabatik
4 -1 : pemasukan panas
isothermal
2) Daur Kompresi Uap Ideal
Apabila daur carnot diterapakan pada kompresi uap,
maka seluruh proses akan terjadi dalam fasa campuran.
Untuk itu fluida kerja yang masuk kompresor diusahakan
tidak berupa campuran, yang tujuannya mencegah
kerusakan.
Pada daur carnot ekspansi isentropic terjadi pada turbin,
daya yang dihasilkan digunakan untuk mengerakkan
kompresor. Dalam hal ini mengalami suatu kesulitan teknis,
maka untuk memperbaikinya digunakan katup ekspansi
atau pipa kapiler dengan demikian proses berlangsung pada
entalpi konstan.
9
Gambar daur kompresi uap ideal
Dimana :
1 – 2 : kompresi adiabatik dan reversible, dari uap jenuh
menuju tekanan konstan
2 - 3 : pelepasan kalor reverseibel pada tekanan konstan,
menyebabkan penurunan panas lanjut dan
pengembunan refrigerant.
3 – 4 : ekspansi irreversible pada entalpi konstan,dari
cairan jenuh menuju tekanan evaporator.
4 – 1 : penambahan kalor reversible pada tekanan tetap
yang menyebabkan penguapan menuju uap jenuh.
3) Daur Kompresi Uap Nyata
Daur kompresi uap nyata mengalami pengurangan
efisiensi dibandingkan dengan daur uap standart. Pada daur
kompresi uap nyata proses kompresi berlangsung tidak
isentropic, selam fluida berkerja melewati evaporator dan
kondensor akan mengalami penurunan tekanan. Fluida kerja
mendinginkan kondensor dalam keadaan sub dingin dan
meninggalkan evaporator dalam keadaan panas lanjut.
Penyimpangan daur kompresi uap nyata dari daur uap ideal
dapat diperhatikan gambar dibawah ini :
10
Gambar perbandingan antara siklus kompresi uap
standart dan nyata.
Pada daur kompresi uap nyata preses kompresi
berlangsung tidak isentropic, hal ini disebabakan adanya
kerugian mekanis dan pengaruh suhu lingkungan selama
prose kompresi. Gesekan dan belokan pipa menyebabkan
penurunan tekanan di dalam alat penukar panas sebagai
akibatnya kompresi pada titik 1 menuju titik 2 memerlukan
lebih banyak kerja dibandingkan dengan daur ideal
(standart). Untuk menjamin seluruh refrigerant dalam
keadaan cair dalam sewaktu memasuki alat ekspansi
diusahakan refrigerant meniggalkan kondensor dalam
keadaan sub dingin. Kondisi panas lanjut yang
meninggalkan evaporator disarankan untuk mencegah
kerusakan kompresor akibat terisap cairan.
B. Sistem Absorbsi (Heat Operated)
Pada sistem mesin pendingin mekanik, yang sering digunakan
adalah sistem absorbsi. Sejarah mesin pendingin absorbsi
dimulai pada abad ke-19 mendahului jenis kompresi uap
dan telah mengalami masa kejayaannya sendiri. Siklus
pendinginan absorbsi mirip dengan siklus pendinginan
kompresi uap. Perbedaan utama kedua siklus tersebut
11
adalah gaya yang menyebabkan terjadinya perbedaan
tekanan antara tekanan penguapan dan tekanan
kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah
bertekanan rendah ke wilayah bertekanan tinggi.
Pada mesin pendingin kompresi uap digunakan kompresor,
sedangkan pada mesin pendingin absorbsi digunakan absorber dan
generator. Uap bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan
ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di generator
sehingga absorber dan generator dapat menggantikan fungsi
kompresor secara mutlak.
Salah satu keunggulan sistem absorbsi adalah
karena menggunakan panas sebagai energi penggerak.
Panas sering disebut sebagai energi tingkat rendah (low
level energy) karena panas merupakan hasil akhir dari
perubahan energi dan sering kali tidak didaur ulang.
Pemberian panas dapat dilakukan dengan berbagai cara,
seperti menggunakan kolektor surya, biomassa, limbah,
atau dengan boiler yang menggunakan energi komersial.
Pada gambar ditunjukkan adanya dua tingkat
tekanan yang bekerja pada sistem, yaitu tekanan rendah
yang meliputi proses penguapan (di evaporator) dan
penyerapan (di absorber), dan tekanan tinggi yang meliputi
proses pembentukan uap (di generator) dan pengembunan
(di kondensor).
Siklus absorbsi juga menggunakan dua jenis zat yang
umumnya berbeda, zat pertama disebut penyerap
sedangkan yang kedua disebut refrigeran. Selanjutnya,
efek pendinginan yang terjadi merupakan akibat dari
kombinasi proses pengembunan dan penguapan kedua zat
pada kedua tingkat tekanan tersebut. Proses yang terjadi
di evaporator dan kondensor sama dengan pada siklus
kompresi uap
12
Kerja siklus secara keseluruhan adalah sebagai berikut :
Proses 1-2/1-3 : Larutan encer campuran zat penyerap dengan
refrigeran (konsentrasi zat penyerap rendah)
masuk ke generator pada tekanan tinggi. Di
generator panas dari sumber bersuhu tinggi
ditambahkan untuk menguapkan dan
memisahkan refrigeran dari zat penyerap,
sehingga terdapat uap refrigeran dan larutan
pekat zat penyerap. Larutan pekat campuran zat
penyerap mengalir ke absorber dan uap
refrigeran mengalir ke kondensor.
Proses 2-7 : Larutan pekat campuran zat penyerap dengan
refrigeran (konsentrasi zat penyerap tinggi)
kembali ke absorber melalui katup cekik.
Penggunaan katup cekik bertujuan untuk
mempertahankan perbedaan tekanan antara
generator dan absorber.
Proses 3-4 : Di kondensor, uap refrigeran bertekanan dan
bersuhu tinggi diembunkan, panas dilepas ke
lingkungan, dan terjadi perubahan fase refrigeran
dari uap ke cair. Dari kondensor dihasilkan
13
refrigeran cair bertekanan tinggi dan bersuhu
rendah.
Proses 4-5 : Tekanan tinggi refrigeran cair diturunkan
dengan menggunakan katup cekik (katup
ekspansi) dan dihasilkan refrigeran cair
bertekanan dan bersuhu rendah yang selanjutnya
dialirkan ke evaporator.
Proses 5-6 : Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas
dari lingkungan yang akan didinginkan dan
menguap sehingga terjadi uap refrigeran
bertekanan rendah.
Proses 6-8/7-8 : Uap refrigeran dari evaporator diserap oleh
larutan pekat zat penyerap di absorber dan
membentuk larutan encer zat penyerap. Jika
proses penyerapan tersebut terjadi secara
adiabatik, terjadi peningkatan suhu campuran
larutan yang pada gilirannya akan menyebabkan
proses penyerapan uap terhenti. Agar proses
penyerapan berlangsung terus-menerus, absorber
didinginkan dengan air yang mengambil dan
melepaskan panas tersebut ke lingkungan.
Proses 8-1: Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah
dari absorber, meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya
ke generator sehingga proses berulang secara terus menerus
2.4. Komponen Mesin Pendingin
A. Komponen Utama
1) Kompressor
Fungsi kompresor pada sistem pendinginan uap (vapor compression
system) ada dua macam, yaitu untuk mengalirkan uap refrigeran yang
mengandung sejumlah panas dari evaporator, mengkompres, dan
“mendorongnya” ke kondensor serta untuk menaikan temperatur uap
14
refrigeran sampai mencapai titik saturasinya (jenuh), titik tersebut lebih
tinggi daripada temperatur medium pendinginnya.
Kompresor mengambil uap panas pada temperatur rendah di dalam
evaporator dan memompakannya ke tingkat temperatur yang lebih tinggi di
dalam kondensor, oleh karena itu biasa juga kompresor itu disebut heat
pump. Kompressor ini harus menjaga tekanan evaporator tetap rendah agar
refrigerant bisa menguap dan tekanan kondensor tetap. Untuk melakukan
tugas ini kepada kompressor kita berikan energi listrik yang akan diubahnya
menjadi mekanik untuk melakukan kompresi.
2) Kondensor
Kondensor adalah komponen penukar panas yang berfungsi untuk
mengkondensasikan gas refrigeran dari kompresor. Gas refrigeran yang
bertekanan dan bertemperatur tinggi dari kompresor dialirkan ke kondensor
selanjutnya phasa refrigeran berubah dari gas menjadi cair dengan cara
membuang panas yang di bawa oleh refrigeran ke media pendingin
kondensor.
3) Katup Expansi
15
Fungsi dari katup expansi ada dua, yaitu (1) menurunkan refrigeran
dari tekanan kondensor sampai tekanan evaporator dan (2) mengatur jumlah
aliran refrigeran yang mengalir masuk ke evaporator.
Jumlah aliran refrigerant yang melewati expansion valve ditentukan
oleh gerakan turun naik valve. Gerakan valve ini diatur oleh perbedaan
tekanan antara Pf (tekanan di dalam sensing tube) dan jumlah Ps (tekanan
spring) dan Pe (tekanan di dalam evaporator). Pada beban pendinginan
tinggi (suhu ruangan tinggi), tekanan gas keluaran evaporator tinggi,
akibatnya suhu dan tekanan pada sensing tube juga tinggi. Selanjutnya akan
menekan valve ke bawah sehingga valve terbuka lebar, jumlah aliran
refrigerant besar. Sebaliknya saat beban pendinginan rendah, valve akan
membuka sedikit sehingga aliran refrigerant akan kecil.
Pembukaan valve sangat bergantung dari besar kecilnya tekanan Pf
dari Heat sensitizing tube. Bila temperatur lubang keluar (out let) evaporator
dimana alat ini ditempelkan meningkat, maka tekanan Pf > Ps + Pe, maka
refrigerant yang disemprotkan akan lebih banyak. Sebaliknya bila
temperatur lubang keluar (out let) evaporator menurun maka tekanan Pf <
Ps + Pe, maka refrigerant yang disemprotkan akan lebih sedikit.
Pada kondisi pengaturan yang ideal, sangat dipantangkan jika cairan
referigeran dari evaporator sampai masuk ke kompressor. Hal ini bisa saja
terjadi, misalnya, karena beban pendinginan berkurang, refrigeran yang
menguap di evaporator akan berkurang. Jika pasokan refrigeran cair dari
kondensor tetap mengalir maka hal ini akan memaksa cairan refrigeran
masuk ke kompressor. Untuk menghindari hal inilah katup ekspansi
difungsikan. Jika beban berkurang, maka pasokan refrigeran akan
berkurang, sehingga menjamin hanya uap refrigeran yang masuk ke
kompressor.
16
4) Evaporator
Evaporator adalah penukar kalor yang di dalamnya mengalir cairan
refrigeran yang berfungsi sebagai penyerap panas dari produk yang
didinginkannya sambil berubah phasa. Setelah refrigeran turun dari
kondensor melalui katup expansi masuk ke evaporator dan diuapkan, dan
dikirim ke kompressor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan
kondensor, yaitu sama-sama APK yang fungsinya mengubah fasa
refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigerant berubah dari uap
menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap.
Perbedaan berikutnya adalah, sebagai siklus refrigerasi, pada evaporatorlah
sebenarnya tujuan itu ingin dicapai. Artinya, jika kondensor fungsinya
hanya membuang panas ke lingkungan, maka pada evaporator panas harus
diserap untuk menyesuaikan dengan beban pendingin di
ruangan.Temperatur refrigerant di dalam evaporator selalu lebih rendah
daripada temperatur sekelilingnya, sehingga dengan demikian panas dapat
mengalir ke refrigeran.
17
5) Tangki penampung, fungsinya untuk menampung cairan bahan
pendingin bertekanan tinggi dari kondensor.
6) Saringan
Saringan untuk AC dibuat dari pipa tembaga berguna untuk
menyaring kotoran-kotoran di dalam sistem, seperti potongan timah,
lumpur, karat, dan kotoran lainnya agar tidak masuk ke dalam pipa kapiler
atau kran ekspansi. Saringan harus menyaring semua kotoran di dalam
sistem, tetapi tidak boleh menyebabkan penurunan tekanan atau membuat
sistem menjadi buntu.
7) Pipa Kapiler
Pipa kapiler berguna untuk (1) menurunkan tekanan bahan pendingin
cair yang mengalir di dalam pipa tersebut, dan (2) mengontrol atau
mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir dari sisi tekanan
tinggi ke sisi tekanan rendah.
8) Refrigeran
Refrigeran adalah bahan pendingin berupa fluida yang digunakan
untuk menyerap panas melalui perubahan phasa cair ke gas (menguap) dan
membuang panas melalui perubahan phasa gas ke cair (mengembun).
Refrigeran yang baik harus memenuhi syarat sebagai berikut :
18
a) Tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau dalam semua keadaan.
b) Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri, juga bila bercampur dengan
udara, minyak pelumas dan sebagainya.
c) Tidak korosif terhadap logam yang banyak dipakai pada sistem
refrigerasi dan air conditiioning.
d) Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor, tetapi tidak
mempengaruhi atau merusak minyak pelumas tersebut.
e) Mempunyai struktur kimia yang stabil, tidak boleh terurai setiap kali di
mampatkan, diembunkan dan diuapkan.
f) Mempunyai titik didih yang rendah. Harus lebih rendah daripada suhu
evaporator yang direncanakan.
g) Mempunyai tekanan kondensasi yang rendah. Tekanan kondensasi
yang tinggi memerlukan kompresor yang besar dan kuat, juga pipanya
harus kuat dan kemungkinan bocor besar.
h) Mempunyai tekanan penguapan yang sedikit lebih tinggi dari 1
atmosfir. Apabila terjadi kebocoran, udara luar tidak dapat masuk ke
dalam sistem.
i) Mempunyai kalor latyen uap yang besar, agar jumlah panas yang
diambil oleh evaporator dari ruangan jadi besar.
j) Apabila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat-alat yang
sederhana.
k) Harganya murah
Kelebihan amoniak adalah (1) mempunyai sifat termodinamika yang
baik, (2) sangat efisien, (3) tidak korosif terhadap besi dan baja, (3)
harganya murah, (4) dapat digunakan dalam sistem absorbs maupun
kompresi. Sedangkan kerugiannya adalah (1) memerlukan tekanan sistem
(uap panas), (2) korosif terhadap macam logam paduan, (3) efisiensi
kurang karena adanya oferheating (kelebihan panas), (4) sangat berbahaya
(beracun), (5) memiliki efektif terhadap bahan makanan, air, dan
tumbuhan, serta (6) menyebabkan mual-mual bila tercium bau yang
ditimbulkan oleh amoniak.
19
Amoniak (NH3) dalam tabung awalnya bertekanan standar (19 Psi),
tekanan dalam tabung tidak boleh melebihi standar tekanannya karena
akan menyebabkan kompresor cepat rusak.
Amoniak dialirkan ke tangki yang berada pada mesin kompresor,
mengalir ke kondensor untuk diembunkan. Setelah membentuk cairan,
amoniak mengalir ke receiver, sehingga amoniak berubah wujud menjadi
cair di dalam receiver. Amoniak lalu mengalir ke piranti ekspansi,
amoniak mengalami ekspansi dan berubah wujud menjadi uap basah yang
bersuhu dan bertekanan rendah, dan mengalir ke evaporator yang
merupakan pusat terjadinya proses pendinginan. Dari proses yang terjadi
pada evaporator amoniak mengalami perubahan fase yakni dari cair
menjadi uap. Uap yang dihasilkan dalam proses evaporasi kemudian
dihisap oleh kompresor untuk dikompresi lagi menuju kondensor, akan
tetapi tidak semua amoniak di dalam kompresor mengalami ekspansi
karena di dalam kompresor sebagian kecil amoniak akan disalurkan ke
tangki penuangan karena mengalami proses yang tidak sempurna,
sehingga tidak dapat dipakai lagi oleh sistem.
Sedangkan untuk mengganti amoniak yang telah berkurang dalam
refrigerator, perlu dilakukan pengisian awal amoniak ke dalam kompresor,
dan cara pengisiannya sama seperti pada saat awal pengisian amoniak,
hanya saja perlu diperhatikan pada tekanan kompresor.
B. Komponen Bantu
1) Oil Separator
Yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan minyak pelumas
dengan uap bahan pendingin bertekanan tinggi, alat ini ditempatkan pada
saluran uap bahan pendingin bertekanan tinggi atau pada saluran kompresor
sampai kondensor.
20
2) Filter drier
Yaitu alat yang digunakan untuk mengeringkan cairan bahan
pendingin dari kandungan air, alat ini dipasang pada saluran cairan bahan
pendingin bertekanan tinggi atau pada saluran antara tangki penampung
sampai katup ekspansi. Di dalam filter drier terdapat bahan pengering
dissicant, salah satu jenisnya adalah silica gel. Filter drier ini digunakan
khusus untuk mesin pendingin dengan bahan pendingin halogen.
3) Indikator
Yaitu alat yang digunakan untuk melihat ada tidaknya cairan bahan
pendingin bertekanan tinggi yang mengalir ke katup ekspansi. Alat ini
ditempatkan pada saluran cairan bahan pendingin bertekanan tinggi atau
antara tangki penampung sampai katup ekspansi dapat juga pada saluran
setelah filter drier, oleh karena itu alat ini juga dapat untuk mendeteksi
masih baik tidaknya filter drier.
21
4) Kran Selenoid
Yaitu alat yang digerakan dengan ada atau tidaknya aliran listrik.
Kran ini pada umumnya dipasang pada saluran cairan bahan pendingin
bertekanan tinggi atau sebelum katup ekspansi dan selain itu dapat pula
dipasang pada bagian mesin pendingin lainnya seperti saluran by pass,
saluran unload, dll.
5) Akumulator
Yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan uap cairan bahan
pendingin bertekanan rendah. Alat ini dipasang pada saluran uap bahan
pendingin bertekanan randah atau pada saluran evaporator sampai
kompresor, terutama pada mesin pendingin sistem evaporator kering.
22
C. Komponen Pengontrol
1) Alat Ukur (manometer tekanan tinggi, manometer tekanan rendah,
manometer tekanan pelumasan, thermometer ruang pendingin,
thermometer media pendingin kondensor)
2) Alat Pengaman
a) Saklar tekanan rendah, merupakan saklar listrik yang kerjanya
dipengaruhi oleh keadaan refrigerant dalam mesin pendingin
bertekanan rendah. Saklar pada alat ini akan terbuka dan
memutuskan aliran arus listrik secara otomatis apabila tekanan
penghisapan kompresor lebih rendah dari batas tekanan yang
telah diatur pada alat tersebut.
b) Saklar tekanan tinggi, merupakan saklar listrik yang kerjanya
dipengaruhi oleh keadaan refrigerant dalam mesin pendingin
bertekanan tinggi. Saklar pada alat ini akan terbuka apabila
tekanan pengeluaran kompresor lebih tinggi dibandingkan
23
dengan tekanan yang telah diatur pada alat tersebut. Saklar ini
difungsikan secara manual dengan hand reset.
c) Saklar tekanan minyak pelumas, merupakan saklar listrik yang
kerjanya dipengaruhi oleh tekanan minyak pelumas kompresor.
d) Saklar temperature, (thermostat), kerjanya dipengaruhi oleh
temperature ruang pendingin. Saklar ini akan terbuka jika
temperature pada ruang pendingin telah mencapai batas
temperature yang telah diatur dan akan tertutup secara otomatis
apabila temperature ruang pendingin naik kembali.
2.5. Penerapan Mesin Pendingin
A. Mesin Pendingin pada Mobil
Pada waktu turun hujan atau udara yang terlalu lembab akan
menimbulkan kondensasi pada kaca-kaca mobil yang menghalangi pandangan.
24
Dengan menghidupkan sistem AC, kondensasi itu segera dapat
dihilangkan,karena udara yang keluar pada sistem AC cukup kering, dan udara
lembab cepat akan dihilangkan.
Udara kotor dari luar juga dibersihkan oleh evaporator, karena sebelum
udara kotor masuk ke dalam ruang terlebih dulu disaring oleh evaporator.
Agar pendinginan lebih merata maka saluran-saluran udara dingin dibuat
lebih banyak dan sirkulasinya diarahkan ke atas, karena sifat udara dingin akan
turun dengan sendirinya. Hal ini akan terbalik kalau menggunakan sistem
pemanas.
Pada bagian samping dekat kaca belakang dibuat ventilasi ke luar udara
dari dalam ruangan, hal ini juga dimaksudkan agar sirkulasi udara terjadi
dengan baik pada bagian ruangan dekat kaca belakang.
Komponen AC Pada Mobil
1. Kompresor
Fungsi kompresor pada sistem AC adalah :
Memberi tekanan pada zat pendingin, agar mengalir (bersirkulasi) dalam sistem.
Secara garis besar kompresor ada dua jenis yaitu :
a. Kompresor torak
b. Kompresor rotari
Untuk menggerakkan kompresor dipakai tenaga motor dari mobil itu sendiri atau
memakai motor penggerak tersendiri
2. Kondensor
25
Fungsi kondensor mendinginkan zat pendingin yang telah diberi tekanan
oleh kompresor.
Zat pendingin yang bertekanan tinggi dari kompresor suhunya panas
melalui kondensor panas itu dihilangkan (diperkecil) dan zat pendingin
berubah bentuk menjadi cair.
3. Filter
Uap air adalah gangguan yang paling utama dalam sistem AC, karena uap air
menyebabkan terjadi pembekuan (es) pada saluran-saluran dalam sistem,
terutama pada katub ekspansi mengakibatkan sistem AC tidak berfungsi dengan
baik.
Untuk menyerap uap air dan kotoran kecil pada sistem digunakan saringan /
filter
4. Katup Ekspansi
Tekanan zat pendingin yang berbentuk cair dari kondensor, saringan harus
diturunkan supaya zat pendingin menguap, dengan demikian penyerapan panas
26
dan perubahan bentuk zat pendingin dari cair menjadi gas akan berlangsung
dengan sempurna sebelum keluar evaporator.
Untuk itulah pada saluran masuk evaporator dipasang katub ekspansi.
Bekerjanya katup ekspansi diatur sedemikian rupa agar membuka dan
menutupnya katup sesuai dengan temperatur evaporatur atau tekanan di dalam
sistem. konstruksi & cara kerja
Kontrol temperatur tetap seperti sebelumnya, tekanan di atas membran
tergantung dari suhu pipa keluar evaporator.
Pada waktu tekanan pipa keluar evaporator turun, tekanan di atas membran
akan mendorong batang dan katup sampai membuka saluran.
Zat pendingin mengalir ke evaporator.
Bila tekanan evaporator naik, Pe juga naik, Pt turun (lihat persamaan), Pp
akan mendorong katup ke atas kembali sampai menutup saluran. Zat
pendingin tidak mengalir ke evaporator ----- Suhu evaporator naik kembali
dan tekanannya akan turun katup akan bekerja seperti semula, demikian
seterusnya.
Kesimpulan : Katub membuka dan menutup sesuai/tergantung dari suhu dan
tekanan pada pipa keluar evaporator.
Apakah akibatnya saluran keluar evaporator tertutup ?
27
Katup akan selalu membuka karena tekanan diatas membran selalu lebih besar
dari tekanan pegas
Pada waktu AC tidak dipakai katup juga akan tetap membuka
5. Evaporator
Evaporator dan Blower terpasang pada kendaraan
Pada evaporator zat pendingin akan mengambil panas dan berubah bentuk
menjadi gas.
Supaya pengambilan panas pada evaporator dapat berlangsung sempurna,
maka evaporator dilengkapi dengan motor blower yang juga berfungsi
untuk menghembuskan udara dingin ke dalam ruang kendaraan.
Evaporator bentuk universal lengkap dengan Blower dan motornya
6. Zat pendingin
- Saat ini zat pendingin yang dipakai pada AC mobil adalah Freon (CF2
Cl2) dengan nomor kode R – 12
R = Refrigerant
28
Refrigerant R-12
Cara Kerja Sistem AC Pada Mobil
a. Zat pendingin bertekanan tinggi dari kompresor berupa gas
b. Zat pendingin yang sudah didinginkan oleh kondensor berubah bentuk dari
gas menjadi cair
c. Zat pendingin yang telah diturunkan tekanannya oleh katup ekspansi, berubah
bentuk menjadi uap
29
d. Zat pendingin telah menyerap panas pada evaporator berubah bentuk menjadi
gas
e. Zat pendingin yang berbentuk gas diberi tekanan oleh kompresor (1) sehingga
beredar dalam sistem AC, karena adanya tekanan maka zat pendingin menjadi
panas.
f. Kondensor (2) akan mendinginkan zat pendingin tersebut (kondensasi),
sementara tekanan zat pendingin masih tetap tinggi dan berubah bentuk
menjadi cair.
g. Saringan / filter (3) akan mengisap uap air dan menyaring kotoran dalam zat
pendingin agar tidak beredar pada sistem.
h. Tekanan zat pendingin pada sistem akan diturunkan oleh katup ekspansi (4)
berubah bentuk dari cair menjadi uap.
i. Evaporator akan mengambil panas di sekelilingnya, menyebabkan zat
pendingin menguap menjadi gas dan kembali ke kompresor.
j. Proses ini berlanjut seperti semula.
Kesimpulan : - Penurunan tekanan akan mempercepat proses penguapan
- Penguapan akan menyebabkan penyerapan panas
B. Mesin Pendingin untuk Makanan (Freezer)
C. Air Conditioner
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
30
Mesin Pendingin merupakan sebuah alat siklus yang prinsip
kerjanya hampir sama dengan pompa kalor yang menggunakan fluida
kerja berupa refrigeran.
Daur refrigerasi yang dipakai dalam siklus adalah tipe kompresi uap
yang menggunakan freon 22 (R22) sebagai refrigeran. Dan komponen
utamanya adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator.
Siklus kompresi uap dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:
entalpi, kapasitas kompresor, laju aliran masa refrigeran dan laju kalor
pendingin.
Laju aliran massa refrigeran ditentukan oleh daya listrik, dimana
daya listrik tersebut besarnya sama dengan kapasitas kompresor. Semakin
besar daya listrik semakin besar pula laju aliran massa refrigerannya.
Kapasitas kondensor dan kapasitas laju lairan kalor pendingin
(kapasitas evaporator) ditentukan oleh laju aliran massa refrigeran.
Semakin besar laju aliran massa refrigeran maka semakin besar pula
kapasitas kondensor dan evaporator.
COP merupakan hasil bagi antara perubahan entalpi di evaporator
dengan perubahan entalpi di kompresor. COP akan semakin besar jika
perubahan entalpi di evaporator semakin besar.
DAFTAR RUJUKAN
31
Berman, E.T. 2013. Modul PLPG : Teknik Pendingin. Jakarta : Konsorsium Sertifikasi Guru.
Dirja. 2004. Dasar-Dasar Mesin Pendingin. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan.
Martiningsih, A. 2013. Mesin Konversi Energi I. Malang : Universitas Negeri Malang.
Youtube. 2014. Sistem Kerja AC. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014.
Youtube. 2014. Sistem Kerja Kulkas. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014
Youtube. 2014. Siklus Refrigerator. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014
32