Penggunaan Refrigeran R22 dan R134a pada Mesin Pendingin

Galuh Renggani Wilis, ST.,MT

ABSTRAKSI

Pengkondisian udara disebut juga system refrigerasi yang mengatur

temperature & kelembaban udara. Dalam beroperasi system refrigerasi membutuhkan

fluida yang mudah menyerap dan melepas kalor, yang disebut refrigeran. Setiap

refrigerant memiliki sifat karakteristik yang berbeda yang mempengaruhi efek

refrigerasi dan koefeisien prestasi yang dihasilkan. R 22 adalah refrigerant yang

memiliki karakteristik yang baik pada mesin pendingin, sedangkan R134 a adalah

refrigerant yang lebih ramah terhadap lingkungan. Kedua refrigerant tersebut banyak

dijumpai pada penggunaan mesin pendingin baik refrigerator (lemari es) maupun AC

(air conditioner) . Kedua refrigerant tersebut banyak digunakan karena dapat

menghasilkan efek refrigerasi dan COP (koefisien prestasi) yang cukup baik.

Dengan dilakukan percobaan pada kedua jenis refrigerant ini, diharapkan dapat

menentukan refrigerant yang lebih baik digunakan baik karena efek refrigerasi dan

COP (koefisien prestasi) juga ramah terhadap lingkungan.

Kata kunci : refrigerant, efek refrigerasi, COP

Pendahuluan

Teknik refrigerasi saat ini berkembang

semakin maju dan digunakan dalam

berbagai bidang kehidupan manusia, baik

untuk kenyamanan maupun untuk

pengawetan makanan. Pengkondisian

udara untuk kenyamanan merupakan

proses terhadap udara dan mengatur

temperature, kelembaban, kebersihan

sekaligus distribusinya secara serentak

untuk mendapatkan kondisi nyaman yang

dbutuhkan oleh penghuni didalamnya.

Perkembangan dan penerapan system

refrigerasi pada otomobil mengalami

peningkatan yang sangat pesat.

Banyaknya mobil yang dilengkapi dengan

AC (air conditioner) bertujuan untuk

menyegarkan udara ruangan.

Sistem refrigerasi yang paling

sederhana memiliki komponen yaitu

kompresor, kondensor, katup ekspansi dan

evaporator.

Dalam beroperasi, system refrigerasi

membutuhkan fluida yang mudah

menyerap dan melepas kalor. Refrigeran

atau bahan pendingin adalah fluida yang

digunakan untuk menyerap panas melalui

perubahan fase dari cair menjadi gas

(evaporasi) dan membuang panas melalui

perubahan fase dari gas ke cair

(kondensasi) sehingga secara umum dapat

dikatakan sebagai pemindah panas dalam

sistem pendingin. Setiap refrigerant

memiliki sifat karakteristik

termodinamika yang berbeda, yang akan

mempengaruhi efek refrigerasi dan

koefisien prestasi (COP) dari refrigerant

itu sendiri.

R22 merupakan refrigerant jenis CFC (

cloro fluoro carbon) yang memiliki sifat

yang baik dari segi teknik seperti punya

kestabilan yang tinggi, tidak mudah

terbakar dan mudah diperoleh, sedangkan

R134a adalah jenis refrigerant HFC (hidro

fluoro carbon) yang lebih ramah terhadap

lingkungan.

Permasalahan

Refrigeran R22 memiliki sifat yang baik,

demikian juga R134a memiliki sifat lebih

ramah terhadap lingkungan. Bagaimana

koefisien prestasi kedua refrigerant

tersebut jikan digunakan pada mesin

pendingin dengan variasi beban

pendinginannya?

Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Prinsip kerja mesin pendingin adalah

refrigerant keluar dari katup ekspansi,

masuk ke dalam pipa – pipa evaporator.

Di dalam evaporator refrigerant mulai

menguap, hal ini disebabkan karena

terjadi penurunan tekanan yang

mengakibatkan titik didih refrigerant

menjadi lebih rendah. Sehingga

refrigerant menguap. Dalam evaporator

terjadi perubahan fase refrigerant dari cair

menjadi gas. Kemudian refrigerant dalam

bentuk gas tersebut dialirkan ke

kondensor. Refrigeran yang mengalir ke

kondensor mempunyai tekanan dan

temperature tinggi. Di kondensor

refrigerant didinginkan oleh udara luar

yang mengelilingi kondensor sehingga

refrigerant menjadi cair kembali. Siklus

ini berlangsung terus menerus berulang –

ulang sehingga didapat temperature yang

diinginkan.

Gambar Siklus Kerja Mesin Pendingin

Sistem Kompresi Uap

Pada sebuah siklus kompresi uap ideal

refrigerant dalam kondisi uap jenuh

sebelum masuk ke dalam kondensor untuk

melepas kalor sehingga terjadi kondensasi

sampai kondisi cairan jenuh dan masuk ke

katup ekspansi untuk proses throttling

sampai ke tekanan evaporator. Refrigeran

yang dalam kondisi cairan jenuh ini

kemudian masuk ke evaporator untuk

menyerap kalor dari lingkungan sehingga

terjadi proses evaporasi.

Gambar Siklus Kompresi

Uap dengan Diagram P-h

Gambar Siklus Kompresi Uap dengan

Diagram T-s

Faktor dan besaran yang mempengaruhi

proses mendinginkan udara untuk

mencapai temperature dan kelembaban

yang sesuai dengan yang dipersyaratkan:

1. Laju aliran massa refrigerant (m ref)

2. Kapasitas Kompresor ( Q kom)

3. Kapasitas Kondensor ( Q kon)

4. Efek Refrigerasi (href)

5. Laju aliran kalor pendingin

6. Coefficient of performance (COP)

Dimana :

Sifat Refrigeran Ideal

Syarat karakteristik refrigerant yang perlu

diperhatikan adalah sebagai berikut :

1. Tekanan Penguapan

Karakteristik refrigerant sebaiknya

menguap pada tekanan lebih tinggi

dari tekanan atmosfir, sehingga dapat

dicegah terjadinya kebocoran udara

luar masuk pada system refrigerant.

2. Tekanan Pengembunan

Refrigeran sebaiknya memiliki

tekanan pengembunan rendah karena

perbandingan kompresinya menjadi

lebih rendah sehingga penurunan

prestasi kompresor dapat dihindarkan.

3. Kalor Laten Penguapan

Refrigeran yang memiliki kalor laten

penguapan lebih tinggi akan lebih

menguntungkan karena untuk

kapasitas refrigerant yang sama dapat

menghasilkan efek refrigerasi yang

lebih besar.

4. Volume spesifik

Volume spesifik gas refrigerant yang

kecil akan memungkinkan

penggunaan kompresor dengan

volume langkah torak yang lebih kecil

sehingga untuk kapasitas refrigerant

yang sama ukuran unit refrigerasi

yang digunakan menjadi semakin

kecil.

5. Konduktifitas Thermal

Refrigeran yang baik memiliki

konduktivitas yang besar sehingga

bisa lebih efisien dalam pemakaian

kondensor dan evaporator.

6. Viskositas

Viskositas refrigerant dalam fase gas

maupun cair sebaiknya rendah agar

tahanan aliran refrigerasi dalam pipa

menjadi sekecil mungkin.

7. Susunan Kimia

Refrigeran yang memiliki susunan

kimia yang stabil, tidak terurai setiap

kali diembunkan dan diuapkan.

8. Tidak mudah terbakar atau meledak

bila bercampur dengan udara.

9. Tidak berbau merangsang dan tidak

beracun.

10. Tidak menyebabkan korosi pada

mesin dan mudah terdeteksi bila

terjadi kebocoran.

11. Mempunyai titik beku rendah.

12. Perbedaan antara tekanan penguapan

dan tekanan pengembunan harus

sekecil mungkin.

13. Harganya tidak mahal dan mudah

diperoleh.

Perbandingan Sifat Refrigeran R22 dan

R134a

R22 merupakan refrigerant jenis CFC

(cloro fluoro carbon). Sedangkan R134a

adalah refrigerant jenis HFC(Hidro Fluoro

Carbon) yang lebih ramah terhadap

lingkungan.

Perbandingan karakteristik R22 dan R134a dapat dilihat pada table berikut:

Metodologi Penelitian

Penelitian ini menggunakan peralatan

uji berupa mesin pengkondisian udara

dengan motor penggerak kompresor

berkapasitas 2 HP

A. Bagian – bagian utama dari peralatan

ini adalah :

1. Kompresor :

Kompresor AC mobil merk

Sanden

2. Kondensor :

Kondensor koil bersirip

3. Evaporator :

Evaporator merk sanden

4. Alat ekspansi : Katup ekspansi

termostatik

5. Saringan (filter dryer)

6. Kipas Udara

7. Orifice : Tembaga

berlubang berdiameter kecil 4,95

dan diameter besar 19 mm.

Lubang sisi masuk dan sisi

keluar 4 mm untuk pengukuran

beda tekanan. Jarak lubang ke

plat orifice masing – masing 2,5

mm.

B. Alat Ukur yang digunakan :

1. Termometerl Digital

2. Alat Pengukur Tekanan

3. Higrometer Digital

4. Alat Pengukur kecepatan udara

(anemometer)

5. Tachometer

6. Stopwatch

C. Parameter yang diukur

Gambar seksi uji

1. Tekanan dan temperature masuk

kompresor (P1T1), Tekanan dan

temperature masuk kondensor

(P2T2), Tekanan dan temperature

keluar kondensor (P3T3), Tekanan

dan temperature masuk evaporator

(P4T4)

2. Beda Tekanan yang terjadi di orifice

(∆P=P3-P5)

D. Ruangan yang didinginkan

Gambar Dimensi ruang

Langkah – langkah Pengambilan Data :

1. Mencatat kondisi awal yang meliputi

kelembaban dan temperature dan

tekanan, disemua titik sebelum

mesin dihidupkan.

2. Setting thermostart dan fan dahulu

pada evaporator sesuai dengan yang

dikehendaki.

3. Menyalakan lampu dalam ruang

sesuai dengan pembebanan yang

telah ditentukan untuk beberapa

percobaan.

4. Motor listrik dihidupkan, cek ada

tidaknya kebocoran pada pipa – pipa

dan sambungan – sambungan.

5. Jika tidak terjadi kebocoran,

menunggu sampai kondisi mesin

stabil

6. Setelah kondisi mesin stabil ambil

data dari parameter – parameter

yang telah ditentukan, yaitu :

tekanan dan suhu pada sisi masuk

dan keluar evaporator, kompresor,

kondensor, katup ekspansi dan

orifice.

7. Mengulangi langkah – langkah

diatas untuk pembebanan lampu

berikutnya dan diganti dengan jenis

refrigerant yang berbeda.

Hasil Penelitian dan Pembahasan

Pada penelitian yang telah dilakukan,

didapatkan data- data yang

menunjukkan temperature dan tekanan

ditiap titik dalam system pendingin.

Data – data tersebut kemudian diplotkan

ke dalam diagram entalphi dari masing –

masing refrigerant. Harga entalphi

digunakan pada perhitungan laju aliran

massa refrigerant untuk mencari

kapasitas evaporator, kerja kompresor,

koefisien prestasi mesin (COP).

1. Perhitungan Hasil Penelitian Refrigeran R22

Gambar Grafik tekanan – entalphi R22

Perbedaan Siklus nyata dan ideal

terletak pada penurunan tekanan

didalam kondensor dan evaporator

dalam pembawah dinginan

(subcooling).Pemanasan lanjut

(superheated) terjadi setelah melewati

evaporator.

2. Perhitungan Hasil Penelitian

Refrigeran R134a

Gambar : Grafik tekanan – entalphi R134a

Menunjukkan bahwa siklus uap nyata

mengalami subcooling dan superheated.

3. Pembahasan Hasil Perhitungan

(diambil data pada suhu 31-o,pembebanan 500 watt)

Tabel Data R22 pada suhu 31o C

Grafik Perbandingan Kapasitas Evaporasi(Q evap) R22 dan R134a

Grafik Perbandingan Koefisien Prestasi (COP) R22 dan R134a

Tabel Data R134a pada Suhu 31oC

1. Perbandingan Kapasitas Evaporator

R22 dan R134a.

Diambil Kapasitas Evaporator R22

dan R134a pada suhu 31oC 500 watt.

Kapasitas Evaporator R22 yaitu

40,097kW,lebih besar daripada

kapasitas evaporator R134a(28,58

kW)

2. Perbandingan Kerja Kompresor

Diambil pada suhu 31oC dan

Pembebanan lampu 500 watt.

Menunjukkan W kom R22 = 11,26

kW, lebih besar disbanding W komp

R134a=8,75 kW.

3. Perbandingkan koefisien Prestasi

Mesin (COP).

Diambil pada suhu 31oC dan

pembebanan 500 watt.Didapat

bahwa koefisien prestasi dari R22

(3,45) lebih besar daripada R 134a

(2,85)

Kesimpulan

Dari hasil Penelitian yang dilakukan

pada kedua jenis refrigerant (R22 dan

R134a), didapatkan:

1. Siklus Uap nyata dari kedua

refrigerant berbeda dengan teori

karena pada saat harga entalphi

masing – masing titik diplotkan

dalam grafik, dapat dilihat bahwa

daur kompresi uap nyata mengalami

uap panas lanjut.

2. Pertambahan beban berpengaruh

pada naiknya kerja kompresi tetapi

tidak diiringi kenaikan kapasitas

evaporasi yang signifikan sehingga

COP yang dihasilkan tiap

penambahan beban mengalami

penurunan.

3. Karakteristik dari R22 dan R134a

yang berbeda berpengaruh pada

prestasi kerja masing- masing

refrigerant. R22 dari segi prestasi

kerjanya lebih baik daripada R134a,

tetapi R22 tidak ramah lingkungan,

sebaliknya, R134a lebih ramah

lingkungan tetapi prestasi kerjanya

lebih rendah dari R22

Referensi ;

ASHRAE, Hand Book Fundamentals

Cahyo, 2003, Analisa Sistem Pendingin Water Chiller dengan membandingkan Fluida

Kerja R12 dan R22, Semarang

Djoyodihardjo, 1994,1994, Dasar – dasar Thermodinamika Teknik, PT.Gramedia,

Jakarta

Kreith F, 1994, Prinsip- prinsip Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta.

Stoecker, W.F. and Jerold,W.J,1996, Refrigerasi dan Penyegaran Udara, terjemahan

Supratman Hara,Erlangga, Jakarta.

Sumanto, 1996, Dasar – dasar Mesin Pendingin, Perc, Andi, Yogyakarta.

Wiranto, A.,1995, Penyegaran Udara. Pradnya Paramita, Jakarta.