31

BAB I

PENDAHULUAN1.1. Latar BelakangMesin 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 PenulisanTujuan 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.

BAB II

PEMBAHASAN2.1. 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.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.

Gambar 1. Refrigeration Cycle2.3. Jenis Mesin PendinginPada 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.

Gambar 2. Sistem Kompresi Uap

1) Proses kompresi (1-2)

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

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

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

Proses penurunan tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan. 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

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 satuSetelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigerant yang sering dipakai di Indonesia, didapat nilai COP (Coefficient of Performance) berikut :

Tabel Nilai COP dari Beberapa Jenis RefrigerantBerat 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. Theoretical piston displacement (TD) :

Dimana Vg adalah spesifik V dari ref.

Daya kompresor dapat diturunkan dengan persamaan polytropic kompresor.

Besar panas yang diberikan pada cooling water saat kompresi :

Maka pada diperoleh persamaan :

Panas yang dikeluarkan melalui kondensor :

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.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 daerah yang bersuhu tinggi. Gambar 3. Skematis peralatan dan Gambar 4. diagram T S daur refrigerasi carnot :

Keterangan proses :

1 2: kompresi adiabatik2 3: pelepasan panas isothermal

3 4: ekspansi adiabatik

4 -1: pemasukan panas isothermal

1) 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.

Gambar 5. 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.

2) 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 :

Gambar 6. 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 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

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 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 menerus2.4. 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 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.

Gambar 8. Kompresor2) 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.

Gambar 9. Kondensor3) Katup Expansi

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.

Gambar 10. Katup Ekspansi4) 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.

Gambar 11. Evaporator5) Tangki penampung, fungsinya untuk menampung cairan bahan pendingin bertekanan tinggi dari kondensor.

Gambar 12. Tangki Penampung6) 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 :

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 murahKelebihan amoniak adalah (1) mempunyai sifat termodinamika yang baik, (2) sangat efisien, (3) tidak korosif terhadap besi dan baja, (4) harganya murah, (5) 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.

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.

Gambar 13. Oil Separator2) 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.

Gambar 14. Filter Drier3) 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.

Gambar 15. Indikator4) 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.

Gambar 16. Kran Selenoid5) 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.

Gambar 17. AkumulatorC. 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.

Gambar 18. Saklar tekanan rendahb) 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 dengan tekanan yang telah diatur pada alat tersebut. Saklar ini difungsikan secara manual dengan hand reset.

Gambar 19. Saklar tekanan tinggic) Saklar tekanan minyak pelumas, merupakan saklar listrik yang kerjanya dipengaruhi oleh tekanan minyak pelumas kompresor.

Gambar 20. Saklar tekanan minyak pelumasd) 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.

Gambar 21. Saklar Temperatur2.5. Penerapan Mesin PendinginA. Mesin Pendingin pada MobilPada waktu turun hujan atau udara yang terlalu lembab akan menimbulkan kondensasi pada kaca-kaca mobil yang menghalangi pandangan.

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

Gambar 22. KompresorFungsi 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 tersendiri2. Kondensor

Gambar 23. Kondensor

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

Gambar 24. FilterUap 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 / filter4. Katup EkspansiTekanan zat pendingin yang berbentuk cair dari kondensor, saringan harus diturunkan supaya zat pendingin menguap, dengan demikian penyerapan panas 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

Gambar 25. Katup Ekspansi 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 ?

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

Gambar 26. Evaporator dan Blower terpasang pada kendaraanPada 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.

Gambar 27. 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 12R = Refrigerant

Gambar 28. Refrigerant R-12Cara Kerja Sistem AC Pada Mobil

Gambar 29. Cara kerja sistem ACa. 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

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.BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

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 PUSTAKABerman, 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 2014Youtube. 2014. Siklus Refrigerator. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014

Gambar 7. Bagan alir proses pendinginan absorbsi

_1500247153.bin