BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Pendinginan telah dilakukan oleh manusia sejak lama. Proses ini

dilakukan terutama untuk mendinginkan air atau bahan makanan.

Bangsa Cina dan Italia mengambil es atau salju dan menyimpannya

dengan jerami agar tidak mencair. Es tersebut kemudian digunakan

untuk mendinginkan, sedangkan salju digunakan saat musim panas

untuk mendapatkan kesegaran. Bangsa Mesir menampung air di

bejana yang diletakkan di atap pada malam hari untuk mendapatkan

air dingin.

Dengan berkembangnya peradaban, berkembang pula cara

pendinginan. Pendinginan yang dilakukan saat ini umumnya bertujuan

untuk pengawetan bahan makanan ataupun untuk mendinginkan

ruangan. Terdapat beberapa sistem ataupun siklus yang dapat

digunakan untuk mendapatkan pendinginan ini, antara lain sistem jet

uap, siklus absorpsi, siklus udara, pendinginan termoelektris, dan

siklus kompresi uap. Siklus kompresi uap bekerja berdasarkan siklus

Carnot. Siklus kompresi uap merupakan sistem yang paling sering

digunakan dalam proses pendinginan karena dapat beroperasi pada

suhu yang beragam dan efisiensi proses yang berlangsung mudah

diketahui. Dalam siklus ini, panas akan diserap dan dilepaskan oleh

fluida kerja sehingga didapatkan efek pendinginan. Adanya

pertukaran panas menyebabkan pendinginan siklus kompresi uap

dikategorikan sebagai pendinginan mekanis.

Pada siklus kompresi uap, terdapat empat proses yang terjadi pada

fluida pendingin, yaitu kompresi fluida pendingin berfase uap,

kondensasi fluida pendingin berfase uap, ekpansi fluida pendingin

berfase cair serta evaporasi fluida pendingin berfase cair. Dengan

demikian siklus kompresi uap membutuhkan tiga komponen utama,

yaitu heat exchanger, kompresor dan katup ekspansi. Terdapat dua

jenis heat exchanger yang digunakan, yang pertama disebut sebagai

evaporator dan berfungsi untuk mengambil panas dan yang kedua

disebut sebagai kondensor yang berfungsi untuk membuang panas.

Setiap komponen mesin pendingin kompresi uap mempunyai

parameter masing-masing untuk mengetahui efisien tidaknya proses

yang terjadi pada komponen mesin pendingin tersebut.

2. Tujuan

Dalam makalah mengenai sistem pendingin ini memiliki beberapa tujuan yaitu : 

1. Dapat mengetahui sejarah, jenis-jenis sistem pendingin, media pendingin, dan

komponen utama dari system pendingin. 

2. Dapat menganalisis kinerja dari sistem pendingin melalui grafik siklus kerja ideal

mesin pendingin.

3. Dapat mengetahui dan menghitung sumber-sumber beban pendingin.

BAB II

TEORI DASAR

1. Sejarah Mesin Pendingin

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban

manusia di wilayah sub-tropik.  Secara alamiah, manusia yang tinggal di wilayah sub-

tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih

lama dan lebih baik pada saat musim dingin dibandingkan dengan pada saat musim

panas.  Kesadaran inilah yang memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es

alam” untuk memperpanjang masa simpan bahan pangan yang mudah rusak.

Penggunaan es alam ini bahkan masih dilakukan hingga abad ke-20, dan bahkan

menurut catatan IIR (Intenational Institute of Refrigeration) hingga awal abad ke-20

penggunaan es alam masih lebih banyak dibandingkan “es buatan”. Es alam adalah es

yang dihasilkan tanpa peralatan refrigerasi, baik yang diperoleh dari sungai atau danau

yang membeku pada musim dingin atau yang sengaja dibekukan secara alamiah akibat

radiasi termal dari permukaan air ke langit.

Di wilayah dengan kelembaban udara yang rendah, seperti Timur Tengah, sejarah

pendinginan dimulai dengan pendinginan evaporatif, yaitu dengan menggantungkan

tikar basah di depan pintu yang terbuka untuk mengurangi panasnya udara dalam

ruangan.  Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci telah merancang suatu mesin pendingin

evaporatif ukuran besar.  Konon, mesin ini dipersembahkan untuk Beatrice d’Este, istri

Duke of Milan (Pita, 1981).  Mesin ini mempunyai roda besar, yang diletakkan di luar

istana, dan digerakkan oleh air (sekali-sekali dibantu oleh budak) dengan katup-katup

yang terbuka-tutup secara otomatis untuk menarik udara ke dalam drum di tengah roda. 

Udara yang telah dibersihkan di dalam roda dipaksa keluar melalui pipa kecil dan

dialirkan ke dalam ruangan.

Perkembangan teknik pendinginan selanjutnya masih terjadi secara tidak sengaja, yaitu

penggunaan larutan air-garam untuk mendapatkan suhu yang lebih rendah.  Menurut

catatan Ibn Abi Usaibia, seorang penulis Arab, penggunaan larutan air-garam ini sudah

dilakukan di India sekitar abad ke-4. Garam yang digunakan pada larutan tersebut

adalah potasium nitrat, sebagaimana dicatat oleh seorang dokter Italia bernama Zimara

pada tahun 1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada tahun 1550.

Fenomena pencampuran garam pada salju untuk mendapatkan suhu lebih rendah baru

dapat dijelaskan oleh Battista Porta pada tahun 1589 dan Trancredo pada tahun 1607.

Teknik pendinginan mulai berkembang secara ilmiah sejak abad ke-17, dimulai dari

penelitian tentang pemantulan melalui efek panas dan dingin yang dilakukan oleh

Robert Boyle (1627-1691) di Inggris dan Mikhail Lomonossov (1711-1765) di Rusia.

Selanjutnya, penelitian mengenai termometri yang dimulai oleh Galileo dikembangkan

kembali oleh Guillaume Amontons (1663-1705) di Perancis, Isaac Newton (1642-1727)

di Inggris, Daniel Fahrenheit (1686-1736) orang German yang bekerja di Inggris dan

Belanda, René de Réaumur (1683-1757) di Perancis dan Anders Celsius (1701-1744) di

Swedia. Tiga ilmuwan yang disebutkan terakhir merupakan penemu sistem skala

pengukuran suhu, dan masing-masing namanya diabadikan pada sistem skala tersebut

yaitu Fahrenheit, Reaumur dan Celsius.  Setelah Anders Celsius menemukan

termometer skala centesimal pada tahun 1742 di Swedia, disepakati bahwa sistem skala

yang digunakan pada Sistem Internasional adalah Celsius.

Pada awal abad ke-18, William Cullen (1710-1790) menemukan terjadinya penurunan

suhu pada saat ethyl ether menguap. Cullen, bahkan, pada tahun 1755 berhasil

mendapatkan sedikit es dengan cara menguapkan air di labu uap. Murid dan penerus

Cullen, yaitu seorang Scotland yang bernama Joseph Black (1728-1799) berhasil

menjelaskan pengertian panas dan suhu, sehingga sering dianggap sebagai penemu

kalorimetri. Bidang ini akhirnya dikembangkan dengan sangat baik oleh para ilmuwan

Perancis, seperti Pierre Simon de Laplace (1749-1827), Pierre Dulong (1785-1838),

Alexis Petit (1791-1820), Nicolas Clément-Desormes (1778-1841) dan Victor Regnault

(1810-1878). 

Perkembangan Mesin Pendingin Sistem Kompresi Uap

Tulisan Sadi Carnot (1796-1832), seorang Perancis, yang sangat terkenal pada tahun

1824 menjadi inspirasi bagi banyak penelitian yang dilakukan mengenai berbagai

konsep termodinamika dan sistem pendinginan, termasuk James Prescot Joule (Inggris,

1818-1889), Julios von Mayer (Jerman, 1814-1878), Herman von Helmholtz (Jerman,

1821-1894), Rudolph Clausius (Jerman, 1822-1888), Ludwig Boltzmann (Austria,

1844-1906), dan William Thomson (Lord Kelvin, Inggris, 1824-1907).

Penemuan-penemuan di atas menjadi awal yang sangat berharga dalam sejarah

penemuan mesin-mesin pendinginan dan zat-zat pendinginnya. Perkembangan ini

dimulai dengan mesin pendingin mekanis, setelah seorang Amerika bernama Oliver

Evans (1755-1819) mampu menjelaskan siklus refrigerasi kompresi uap. Pada tahun

1835, seorang Amerika lainnya yang bekerja di Inggris yaitu Jacob Perkins (1766-1849)

berhasil mendapatkan paten untuk mesin pendingin temuannya yang bekerja

berdasarkan siklus kompresi uap tersebut. 

Fluida kerja (refrigeran) yang digunakan Perkins pada mesin pendinginnya tersebut

adalah ethyl ether.  James Harrison (1816-1893), seorang Skotlandia yang pindah ke

Australia, berhasil membuat mesin pendingin yang dapat bekerja dengan baik pada skala

industrial.  Mesin tersebut dipatenkan oleh Harrison pada tahun 1855, 1856, dan 1857. 

Mesin pendingin Harrison, yang diproduksi di Inggris, masih menggunakan ethyl ether

sebagai fluida kerja, dan mampu menghasilkan es maupun larutan pendingin (refrigeran

sekunder).

Dengan ditemukannya mesin pendingin sistem kompresi uap, terjadi perkembangan

yang cepat dalam penemuan zat-zat pendingin (refrigeran).  Charles Tellier (1828-

1913), seorang Perancis, memperkenalkan penggunaan dimethyl ehter sebagai

refigeran.  Pada tahun 1862, Tellier juga meneliti penggunaan amonia (NH3) sebagai

refrigeran, meskipun penggunaannya secara luas pada skala industrial baru dapat

dilakukan oleh seorang Jerman Carl von Linde (1842-1934). Refrigeran amonia masih

banyak digunakan hingga sekarang, khususnya pada industri pembekuan pangan. 

Thaddeus Lowe (1832-1913) mulai menggunakan karbon-dioksida (CO2) sebagai

refrigeran. Meskipun sempat ditinggalkan, penggunaan karbon-dioksida belakangan ini

kembali dikembangkan sebagai refrigeran yang ramah lingkungan. Sulfur-dioksida

(SO2) pertama kali digunakan sebagai refrigeran oleh ahli fisika Swiss Raoul Pierre

Pictet (1846-1929), tetapi akhirnya tidak digunakan lagi sesaat sebelum perang dunia II. 

Metil-klorida (Ch3Cl) juga digunakan oleh orang Perancis C. Vincent  sebagai

refrigeran pada tahun 1878, meskipun akhirnya hilang dari peredaran pada tahnun 1960-

an.

Didasarkan pada hasil penelitian Swarts yang dilakukan selama kurun 1893-1907 di

Ghent, suatu tim peneliti Frigidaire Corporation di Amerika, yang dipimpin oleh

Thomas Midgley berhasil mengembangkan refrigeran fluoro-carbon pertama pada tahun

1930.  Refrigeran fluoro-carbon dianggap sebagai refrigeran yang aman karena tidak

bersifat toksik dan tidak mudah terbakar.  Refrigeran CFC (chloro-fluoro-carbon)

pertama, yaitu R12 (CF2Cl2) mulai dilepas ke pasar pada tahun 1931, diikuti dengan

refrigeran HCFC (hidro-chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R22 (CHF2Cl) pada tahun

1934.  Pada tahun 1961, campuran azeotropik pertama, yaitu R502 (R22/R115),

diperkenalkan ke pasar sebagai refrigeran.  

Refrigeran CFC, khususnya R12, dianggap sebagai zat yang sangat istimewa sebagai

fluida kerja mesin pendingin sistem kompresi uap, hingga pemenang Nobel dari

Amerika (F.S. Rowland dan M.J. Molina) mempublikasikan hasil penelitiannya pada

tahun 1974.  Rowland dan Molina menyimpulkan bahwa klorin yang dilepaskan oleh zat

halogenasi hidrokarbon menyebabkan terjadinya perusakan lapisan ozon di angkasa. 

Untuk menganggapi temuan ini, pada tahun 1987 telah disepakati Protokol Montreal

mengenai pelarangan penggunaan zat-zat yang bersifat merusak lapisan ozon.

Refrigeran CFC dan HCFC termasuk pada kategori zat perusak ozon, sehingga

penggunaannya sebagai refrigeran juga dilarang.  Sebagai gantinya, disarankan

penggunaan HFC (hidro-fluoro-carbon), yaitu refrigeran yang dihalogenasi tapi tidak

diklorinasi.  Akan tetapi, refrigeran HFC, baik yang murni (R134a) maupun

campurannya (R410A, R407A, R404A, dll), juga menimbulkan efek lingkungan yaitu

pemanasan global.  Pada Protokol Kyoto, yang ditanda-tangani pada 11 Desember 1997,

refrigeran HFC termasuk zat yang dilarang peredarannya karena menyebabkan

pemanasan global.  Indonesia, sebagai negara yang ikut meratifikasi Protokol Montreal

maupun Protokol Kyoto, berkewajiban untuk melaksanakan setiap fasal dalam protokol

yang disepakati tersebut.

Perkembangan lain dalam sistem kompresi uap adalah pada komponen peralatannya. 

Pada awalnya mesin pendingin sistem kompresi uap menggunakan kompresor dengan

piston yang besar dan lambat, tetapi sejak akhir abad ke-19 berubah menjadi lebih

ringan dan cepat.  Pada tahun 1934 A. Lysholm berhasil mengembangkan kompresor

ulir dengan rotor ganda di Swedia, sedangkan pada tahun 1967 B. Zimmern

mengembangkan kompresor ulir rotor tunggal di Perancis. 

Kompresor scroll sebenarnya telah dipatenkan oleh seorang Perancis bernama Leon

Creux pada tahun 1905, tetapi baru dapat dikembangkan pada tahun 1970-an. 

Kompresor sentrifugal dikembangkan atas dasar penelitian seorang Perancis bernama

Auguste Rateau tahun 1890 dan orang Amerika bernama Willis Carrier tahun 1911. 

Kompresor hermetik dikembangkan untuk mengatasi kebocoran refrigeran oleh Father

Audiffren pada tahun 1905 di Perancis, dan digunakan sangat banyak saat ini.

2. Sistem Pendingin

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu benda/ruangan ke

lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur

lingkungannya. Kinerja mesin refrigerasi kompresi uap ditentukan oleh beberapa

parameter, diantaranya adalah kapasitas pendinginan kapasitas pemanasan,daya

kompresi, koefisien kinerja dan faktor kinerja.Sesuai dengan konsep kekekalan energi,

panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan.Sehingga refrigerasi selalu

berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan perpindahan panas.

Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Sistem refrigerasi mekanik

Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan alat

mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem

refrigerasi mekanik di antaranya adalah:

a. Siklus Kompresi Uap (SKU)

b. Refrigerasi siklus udara

c. Kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah

d. Siklus sterling

2. Sistem refrigerasi non mekanik

Berbeda dengan sistem refrigerasi mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-

mesin penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang

termasuk dalam sistem refrigerasi non mekanik di antaranya:

a. Refrigerasi termoelektrik

b. Refrigerasi siklus absorbsi

c. Refrigerasi steam jet

d. Refrigerasi magnetic dan Heat pipe

Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refigerasi, namun yang paling umum

digunakan adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap.Komponen utama dari

sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup

expansi.

3. Media Pendingin

Refrigerant adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair, ataupun

sebaliknya. Jenis bahan pendingin sangat beragam. Setiap jenis bahan pendingin

memiliki karakteristik yang berbeda. Bahan pendingin diantaranya yang dewasa ini

banyak dan secara umum digunakan Refrigerant-11 (R-11), R-12, R-13, R-22, freon

R12 dan R134A. Pada sistem mesin pendingin berfungsi sebagai media pendingin yang

mengalami proses penguapan sekaligus menyerap panas.

3.1 Syarat Refrigerant (bahan pendingin)

Suatu bahan pendingin mempunyai syarat–syarat untuk keperluan proses

pendinginan antara lain :

a. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan.

b. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak

pelumas dan sebagainya

c. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem

pendingin.

d. Bila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat–alat yang sederhana

maupun dengan alat detector kobocoran

e. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah

f. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap

evaporator sebesar–besarnya.

g. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar aliran refrigeran

dalam pipa sekecil mungkin.

h. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh.

i. Konduktifitas thermal yang tinggi.

j. Konstanta dieletrika dari refrigeran yang kecil, tahanan lisrtrik yan besar,

serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik.

k. Tidak merusak tubuh manusia.

3.2 Jenis-Jenis Refrigerant

a. Refrigeran Primer

Refrigeran adalah zat yang berfungsi sebagai media pendingin dengan menyerap

kalor dari benda atau bahan lain seperti air atau udara ruangan, sehingga

refrigeran tersebut dapat dengan mudah merubah phasanya dari cair menjadi gas.

Sedangkan pada saat terjadinya pelepasan kalor oleh refrigeran terjadi perubahan

phasa dari gas bertekanan tinggi jenuh menjadi cair.Refrigeran primer yang biasa

digunakan dapat digolongkan sebagai berikut :

Senyawa Halokarbon

Refrigeran yang memiliki satu atau lebih atom dari salah satu halogen yang tiga

(klirin, fluorin, bromin). Ketentuan bilangan, nama kimia, dan rumus kimia

sejumlah anggota kelompok ini yang ditemukan diperdagangan

Tabel 1. Senyawa Halokarbon

Ketentuan

Panorama

Nama Kimia Rumus Kimia

R-11R-12R-13R-22R-40R-113R-114

Trikloromonofluorometana

DiklorodifluorometanaMonoklorotrifluorometanaMonoklorodifluorometana

MenikloridaTriklorotrifluoroetan

Diklorotetrafluoroetana

CCl3FCCl2F2CClF3

CHClF2CCH3Cl

CCl2FCClF2CClF2CClF2

Senyawa Anorganik

Senyawa anorganik sering digunakan pada masa awal perkembangan bidang

refrigerasi dan pengkondisian udara.

Tabel 2. Senyawa Anorganik 

Ketentuan

Panorama

Nama Kimia Rumus Kimia

717718729744764

AmoniakAir

UdaraKarbondioksidaSulfur dioksida

NH3H2OO2

CO2SO2

Senyawa Hidrokarbon

Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrigeran,

khususnya dipakai untuk industri perminyakan dan petrokimia.

Azeotrop

Campuran Azeotrop dua substansi adalah campuran yang tidakdapat dipisahkan

menjadi komponen-komponennya dengan caradestilasi. Azeotrop menguap dan

mengembun sebagai substansitunggal yang sifatnya berbeda dengan sifat

pembentukannya. Azeotrop yang paling banyak dikenal adalah R-502 yang

merupakan campuran 48,8% R-22 dan 51,2% R-115.

b. Refrigeran Sekunder

Refrigeran sekunder adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang

sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrigerasi. Refrigeran sekunder

mengalami perubahan temperatur bila menyerap kalor dan membebaskannya

pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan phasa. Anti beku yang

banyak digunakan adalah larutan air dan glikol etalin, glikol propelin, ataupun

kalsium kloida. Salah satu sifat larutan anti beku yang penting adalah titik

pembekuannya.

Berikut ini adalah jenis-jenis refrigran dan penggunaannya.

Udara

Penggunaan umum refrigran udara sebagai refrigran adalah di pesawat terbang,

sistem udara yang ringan menjadi kompensasi bagi COP-nya yang rendah.

Ammonia

Jenis ini digunakan pada instalasi suhu rendah pada industri besar. Banyak

sistem ammonia yang baru, mulai yang digunakan pada setiap tahun.

Karbondioksida

Refrigran ini kadang-kadang digunakan untuk pembekuan dengan cara sentuhan

langsung dengan bahan makanan. Tekanan pengembunannya yang tinggi

biasanya membatasi penggunaannya hanya pada bagian suhu yang rendah dalam

sistem kaskada (Cascade), yang untuk bagian suhu tingginya digunakan refrigran

lain.

Refrigran 11

Bersama dengan refrigran 113, refrigran ini populer untuk sistem-sistem

kompresor tunggal.

Refrigran 12

Refrigran ini terutama digunakan dengan kompressor torak untuk melayani

refrigerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif.

Refrigran 22

Karena biaya kompressor dapat lebih murah jika menggunakan refrigran 22

dibandingkan dengan refrigran 12, maka refrigran ini telah banyak mengambil

peranan refrigran 12 untuk keperluan pengkondisian udara.

Refrigran 502

Refrigran ini adalah jenis refrigran yang terbaru, dengan sejumlah keuntungan

seperti yang dimiliki refrigran 22, tetapi mempunyai kelebihan dari sifatnya

terhadap minyak, dan suhu buang (discharge temperature) yang lebih rendah

dibanding refrigran 22.

Tabel 3. Sifat-sifat refrigerant yang biasa digunakan

4. Komponen Utama Mesin Pendingin

Gambar 1. System pendingin kompresi uap

4.1 Kompressor

Kompresor memompa bahan pendingin ke seluruh sistem. Gunanya adalah untuk

menghisap gas tekanan rendah dan suhu terendah dari evaporator dan kemudian

menekan/ memampatkan gas tersebut, sehingga menjadi gas dengan tekanan dan suhu

tinggi, lalu dialirkan ke kondensor. Jadi kerja kompresor adalah untuk

Menurunkan tekanan di evaporator, sehingga bahan pendingin

cair di evaporator dapat menguap pada suhu yang lebih

rendah dan menyerap lebih banyak panas dari sekitarnya.

Menghisap gas bahan pendingin dari evaporator, lalu

menaikkan tekanan dan suhu gas bahan pendingin tersebut,

dan mengalirkannya ke kondensor sehingga gas tersebut

dapat mengembun dan memberikan panasnya pada medium

yang mendinginkan kondensor.

Ada tiga macam kompresor yang banyak dipakai pada mesin-mesin

pendingin yaitu :

Kompresor Torak, kompresinya dikerjakan oleh torak.

Kompresor Rotasi, kompresinya dikerjakan oleh blade atau

vane dan roller

Kompresor Centrifugal, kompresor centrifugal tidak

mempunyai alat-alat tersebut, kompresi timbul akibat gaya

centrifugal yang terjadi karena gas diputar oleh putaran yang

tinggi kecepatannya dan impeller.

Ketiga macam kompresor mempunyai keunggulan masing-masing.

Pemakaiannya ditentukan oleh besarnya kapasitas, penggunaannya,

instalasinya dan jenis bahan pendingin yang dipakai.

4.2 Kondensor

Kondensor adalah suatu alat untuk merubah bahan pendingin dari

bentuk gas menjadi cair. Bahan pendingin dari kompresor dengan

suhu dan tekanan tinggi, panasnya keluar melalui permukaan rusuk-

rusuk kondensor ke udara. Sebagai akibat dari kehilangan panas,

bahan pendingin gas mula-mula didinginkan menjadi gas jenuh,

kemudian mengembun berubah menjadi cair.

4.3 Evaporator

Evaporator adalah jaringan atau bentuk pipa yang dikonstruksi sedemikian rupa.

Fungsinya sebagai alat pendingin. Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan

tembaga, besi, alumanium atau dari kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari

alumanium dan besi. Kerusakan yang sering dijumpai pada evaporator adalah

kebocoran pipa. Hamper semua kerusakan terjadi karena kebocoran sehingga mesin

pendingin tidak mampu mendinginkan ruangan (pada kulkas adalah ruang pendingin).

Adapun cara kerja evaporator adalah menguapkan gas yang masuk dari pipa

condenser. Gas refrigerant dari kompresor masih dalam temperatur yang sangat

tinggi. Artinya kalorinya (panasnya) dinaikkan. Setelah itu karena dorongan dari

kompresor, ia mengalir masuk ke pipa pipa kondensor. Di dalam pipa condenser ini,‐

gas mengalami perubahan menjadi dingin. Selanjutnya mengalir

4.4 Katup Expansi

Expantion valve berguna untuk mengekspansikan cairan refrigeran yang mempunyai

tekanan tinggi sampai tekanan rendah. Alat ini mgenatur supaya evaporator selalu

mendapat suplai refrigeran sehingga diperleh efisiensi siklus yang optimal. Katup

ekspansi yang digunakan pada AC split adalah pipa kapiler. Pipa kapiler dipasang

sebagai pengganti katup ekspansi. Tahanan dari pipa kapiler inilah yang dipergunakan

untuk mentrotel dan menurunkan tekanan. Diameter dan panjang pipa kapiler

ditetapkan berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi operasi dan jumlah refrigeran

dari mesin refrigerasi. Konstruksi pipa kapiler sangat sederhana, sehingga jarang

terjadi gangguan. Pada waktu kompresor berhenti bekerja, pipa kapiler

menghubungkan baguan tekanan inggi dengan bagian tekanan rendah, sehingga

menyamakan tekanannya dan memudahkan start berikutnya.

5. Analisis Sistem Pendingin

Gambar 2. Skema komponen utama mesin pendingin siklus kompresi uap dengan P-h diagram

Pada proses 1-2, kompresor menaikkan tekanan uap refrigeran. Kenaikan tekanan ini

diikuti dengan kenaikan temperatur uap refrigeran. Pada tingkat keadaan (TK) 2, uap

refrigeran berada pada kondisi uap super-panas.

qw= h1– h2

dimana : qw = besarnya kerja kompresor (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

h2= entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

Pada proses 2-3, uap refrigeran sebelum memasuki kondensor untuk mendapatkan

pendinginan. Pendinginan pada kondenor terjadi akibat pertukaran panas antara uap

refrigeran dengan udara lingkungan.

qc = h2 – h3 (2)

dimana :

qc = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

h2= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

Pada Proses 3-4 Refrigeran keluar dari kondensor pada TK 3 dalam kondisi cair jenuh,

atau bisa juga pada kondisi cair sub-dingin. Refrigeran kemudian memasuki katup

ekspansi. Katup ekspansi ini pada prinsipnya berupa penyempitan daerah aliran yang

berakibat pada penurunan tekanan fluida secara drastis. Idealnya, refrigeran melalui

katup ekspansi secara iso-enthalpi (isenthalpi).

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.

Pada Proses 4-1, refrigeran berada dalam kondisi campuran cair dan uap. Karena

refrigeran berada pada tekanan jenuhnya (tekanan penguapan), maka dia akan

mengalami penguapan; hukum alam menyatakan bahwa penguapan membutuhkan

energi, terjadilah penyerapan energi termal dari luar evaporator yang menyebabkan efek

refrigerasi oleh mesin pendingin.

Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:

Qe = h1 – h4 (4)

dimana : qe= besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)

h2= entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

6. Beban Pendingin

6.1 Defenisi Beban Pendingin

Beban pendinginan adalah aliran energi dalam bentuk panas. Perlu diulang kembali

bahwa tugas unit pendingin adalah menjaga kondisi suatu ruangan agar berada pada

suhu dan kelembaban tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur dan

kelembaban lingkungan luar. Jenis beban pendingin, dapat dibagi menjadi dua, yaitu

panas sensible dan panas laten. Panas sensible adalah panas yang diterima atau

dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya.

Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan

fasanya. Untuk lebih menjelaskan arti masing-masing panas ini, misalkan kita

mendinginkan air dari 100oC sampai mejadi es 0oC. Panas yang diserap dari air mulai

dari 100oC menjadi 0oC (masih tetap air) disebut beban sensible. Jika air yang suhunya

sudah 0oC didinginkan lagi hingga akhirnya menjadi es, di sini tidak terjadi perubahan

suhu, tetapi perubahan fasa. Panas yang diserap di sini disebut panas laten.

Gambar 2 Jenis beban pendingin pada udara luar (Himsar Ambarita,2010)

6.2 Sumber-Sumber Beban Pendingin

Beban pendingin bagi suatu ruangan yang dikondisikan bisa berasal dari beberapa

sumber. Sumber-sumber ini umumnya dibagi 2 bagian besar, yaitu beban yang berasal

dari luar ruangan dan beban yang berasal dari dalam ruangan. Panas yang berasal dari

luar ruangan antara lain: panas yang berpindah secara konduksi dari dinding, dari kaca,

dari atap, dan dari jendela. Panas radiasi sinar matahari yang masuk dari material yang

tembus pandang seperti bahan kaca dan plastic. Panas dari masuknya udara luar, yaitu

udara ventilasi dan udara infiltrasi. Sementara sumber panas yang berasal dari dalam

dapat berupa panas akibat lampu penerangan, panas dari mesin yang ada di ruangan,

panas akibat peralatan memasak yang ada di ruangan, komputer, dll. Dan juga panas

dari mahluk hidup yang ada di ruangan (manusia). Semua sumber-sumber panas ini

akan dihitung beban yang diakibatkannya pada unit pendingin.

6.3 Analisa Beban Pendingin

Menghitung beban pendingin pada prinsipnya adalah menghitung laju perpindahan

panas yang melibatkan semua jenis perpindahan panas, yaitu: konduksi, konveksi,

radiasi, penguapan, dan pengembunan. Adalah sangat sulit jika harus menghitungnya

satu persatu pada waktu tertentu. Oleh karena itu dikenal banyak metode perhitungan

beban pendingin. Metode yang umum digunakan antara lain Transfer function method

(TFM), Cooling Load Temperatur Difference (CLTD), dan Time-averaging

(TETD/TA). Dari ketiga cara ini, hanya CLTD yang menggunakan perhitungan

sederhana sehingga dapat dilakukan secara manual. Sementara TFM dan TETD/TA

adalah perhitungan yang dirancang untuk diselesaikan dengan menggunakan komputer.

Sebelum melakukan perhitungan beban pendinginan pada suatu ruangan yang akan

dikondisikan, data-data pendukung harus dikumpulkan. Data yang harus dimiliki

sebelum melakukan perhitungan adalah sebagai berikut:

1. Lokasi bangunan dan arahnya

2. Konstruksi dari bangunan

Informasi ini dibutuhkan untuk mendapatkan koefisien perpindahan panas

menyeluruh dari konstruksi bangunan.

3. Kondisi di luar gedung, misalnya apakah ada pelindung misalnya pohon atau

bangunan tinggi yang menghindari gedung dari paparan sinar matahari.

4. Kondisi design di dalam gedung, misalnya pada temperatur dan RH berapa

gedung akan dikondisikan.

5. Jadwal penghuni di dalam gedung, misalnya jika pusat perbelanjaan pada

pukul berapa terjadi kunjungan terbanyak, dll.

6. Jumlah lampu dan peralatan listrik yang dipasang di dalam gedung

7. Jadwal masuknya/beroperasinya peralatan-peralatan di dalam gedung

8. 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.

Prosedur perhitungan beban pendingin dengan menggunakan metode CLTD adalah

sebagai berikut:

6.4 Beban Pendingin dari Luar

a. Panas konduksi dari dingin, atap, dan konduksi dari dinding yang berbahan

kaca.

Dimana adalah beban pendingin (Watt) dan merupakan beban sensible. Sebagai catatan

panas konduksi tidak mempunyai beban latent. U koefisien perpindahan panas untuk

bahan dinding, atap dan kaca (Lihat Lampiran1 dan Lampiran 2 pada bagian ketiga

catatan ini).

CLTD adalah cooling load temperatur difference ditampilkan pada Tabel 30 dan Tabel

32 Bab 28 ASHARE (Bahan ini akan saya bagi beserta tulisan ini, disebut sebagai bahan

kedua). Data pada table tersebut adalah untuk kondisi di USA pada 400LU di bulan July,

sementara untuk yang bukan lintang itu harus dikoreksi dengan menggunakan

persamaan berikut:

Nilai LM dapat dilihat pada Lampiran 3 (catatan bagian 3). Dan k adalah koreksi karena

pengaruh warna = 1 (Gelap), =0,83 (medium), dan =0,65 (cerah). Tr = temperatur

ruangan yang direncanakan,. Tm = temperatur udara luar maksimum – (beda temperatur

harian/2).

b. Panas transmisi dari dinding kaca

Dimana A adalah luas penampang, dan SC adalah koefisien bayang (shading

coefficient), gunakan tabel 4 pada lampiran. SCL adalah solar cooling load factor

ditampilkan pada table 36 ASHARE Bab 28. Panas ini adalah panas sensible.

c. Panas dari atap, partisi, dan lantai

Dimana U dihitung berdasarkan bahan atap dan lantai. To temperatur di luar ruangan yang dijaga pada temperatur.

6.5 Beban Panas dari Dalam Ruangan

a. Panas dari tubuh manusia di dalam ruangan

Tubuh manusia dalam beraktivitas, selalu mengeluarkan panas ke udara sekelilingnya.

Panas yang dilepaskan oleh tubuh manusia ini terdiri dari 2 jenis, yaitu panas sensible

dan panas laten. Masing-masing panas ini dapat dihitung sebagai berikut:

Sensible heat gain dan Laten heat gain adalah perkiraan panas sensible dan panas laten

yang dikeluarkan manusia dan sesuai umur dan aktivitasnya. Datanya ditampilkan pada

Tabel 3. Dan N adalah jumlah manusia yang ada di ruangan. CLF adalah cooling load

factor datanya ditampilkan pada Table 37.

b. Panas dari Lampu/Penerangan

Lampu atau alat penerangan mengubah energi listrik menjadi cahaya, dan sebagian

energi ini akan berubah menjadi panas. Sebagai catatan bola lampu akan terasa panas

setelah dihidupkan beberapa lama. Besar panas yang dilepaskan bola lampu/penerangan

ke lingkungan adalah panas sensible dan dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan:

Dimana W adalah daya total lampu, lighting use (dibuat pada table), special allowance

factor, dan CLF adalah cooling load factor untuk lampu

c. Panas dari motor listrik

Di dalam ruangan yang dikondisikan juga umumnya terdapat motor listrik, misalnya

motor listrik yang membuat perputaran udara melalui evaporator. Contoh lain misalnya

motor penggerak pompa air. Data pata Tabel 4 dapat digunakan langsung atau dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

P adalah total daya motor, factor efisiensi, dan CLF adalah cooling load factor untuk

motor

d. Panas dari peralatan dapur dan memasak (Appliances)

Sudah dapat dipastikan kegiatan memasak di dapur akan memberikan beban pendingin

ke dalam ruangan yang akan didinginkan. Besar beban ini dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut :

e. Panas dari udara ventilasi dan udara infiltrasi

Arti dari udara ventilasi dan infiltrasi telah dijelaskan di bagian atas, saat menjelaskan

jenis beban pendingin di persamaan (1) dan persamaan (2). Persamaan yang lebih

praktis yang dapat digunakan untuk menghitung panas sensible dan panas laten dari

tambahan udara ventilasi ini adalah persamaan berikut ini :

Dan beban total adalah:

Dimana Q adalah laju aliran udara ventilasi.

BAB III

PENUTUP

1. Kesimpulan

Dari hasil penyusunan makalah tentang mesin pendingin, maka dapat disimpulkan :

Komponen utama dari mesin pendingin :

1. Kompresor

yaitu : alat yang digunakan untuk memampatkan uap bahan pendingin

2. Kondensor

yaitu : alat yang digunakan untuk mengembunkan atau merubah uap bahan

pendingin bertekanan tinggi menjadi cairan bahan pendingin bertekanan tinggi

3. Katup ekspansi

Yaitu : alat yang digunakan untuk mengembangkan atau menurunkan tekanan

cairan bahan pendingin

4. Evaporator

yaitu alat yang digunakan untuk menguapkan atau merubah cairan bahan pendingin

bertekanan rendah menjadi uap bahan pendingin bertekanan rendah

Prinsip Kerja siklus mesin pendingin secara keseluruhan adalah

sebagai berikut :

1 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.

2     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.

3     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.

4 Tekanan tinggi refrigeran cair diturunkan dengan menggunakan

katup cekik (katup ekspansi) dan dihasilkan refrigeran cair

bertekanan dan bersuhu rendah yang selanjutnya dialirkan ke

evaporator.

5      Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas dari lingkungan

yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap

refrigeran bertekanan rendah.

6 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.

7     Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah dari absorber,

meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya ke generator

sehingga proses berulang secara terus menerus

DAFTAR PUSTAKA

Surdia, Tata Dan Saito Shinkoru. 1984. Pengetahuan Bahan Teknik.Jakarta : Pradnya

Paramita.

Nainggolan, Werlin. 1977. Termodinamika Teori dan Soal-Penyelesaian. Bandung :

Armico.

Holman, J.P. 1988. Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga

Sumanto.1989. Dasar-Dasar Mesin Pendingin. Yogjakarta : Andi Offset

K, Handoko.1987. Alat Kontrol Mesin Pendingin. Jakarta : P.T. Ichtiar Baru

Cooper, William D. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Jakarta :

Erlangga

Stoecker, W.F dan Jones, J.W. 1994. Refrigasi Dan Pengkondisian Udara. Jakarta :

Erlangga

Wuryani, Sri. 1995. Perpindahan Panas. Bandung. Penerbit Pusat Pengembang

Pendidikan Politeknik.