REFRIGRASI

SIKLUS REFRIGRASI

Prinsip terjadinya suatu pendinginan di dalam sistem refrigerasi adalah penyerapan kalor oleh suatu zat pendingin yang dinamakan refrigeran. Karena kalor yang berada disekeliling refrigeran diserap, akibatnya refregeran akan menguap, sehingga temperatur di sekitar refrigeran akan bertambah dingin. Hal ini dapat terjadi mengingat penguapan memerlukan kalor.

Di dalam suatu alat pendingin (misal lemari es) kalor ditesarap di“ evaporator” dan dibuang ke “kondensor” Perhatikan skema dengan lemari es yang sederhana gambar 3. Uap refrigeran yang berasal dari evaporator yang bertekanan dan bertemperatur rendah masuk ke kompresor melalui saluran hisap. Di kompresor, uap refrigerant tersebut dimampatkan, sehingga ketika ke luar dari kompresor, uap refrigeran akan bertekanan dan bersuhu tinggi, jauh lebih tiggi dibanding temperatur udara sekitar. Kemudian uap menunjuk ke kondensor melalui saluran tekan. Di kondensor, uap tersebut akan melepaskan kalor, sehingga akan berubah fasa dari uap menjadi cair (terkondensasi) dan selanjutnya cairan tersebut terkumpul di penampungan cairan refrigeran. Cairan refrigerant yang bertekanan tinggi mengalir dari penampung refrigean ke aktup ekspansi. Keluar dari katup ekspansi tekanan menjadi sangat berkurang dan akibatnya cairan refrigeran bersuhu sangat rendah. Pada saat itulah cairan tersebut mulai menguap yaitu di evaporator, dengan menyeap kalor dari sekitarnya hingga cairan refrigeran habis menguap. Akibatnya evaporator menjadi dingin. Bagian inilah yang dimanfaatkan untuk mengawetkan bahan makanan atau untuk mendinginkan ruangan. Kemudian uap refrigeran akan dihisap oleh kompresor dan demikian seterusnya proses-proses tersebut berulang kembali.  

Komponen  Utama Sistem Refrigerasi  

   Mekanik mesin pendingin terdiri dari beberapa komponen yang masing-masing dihubungkan dengan menggunakan pipa-pipa tembaga atau selang pada akhirnya merupakan sebuah sistem yang bekerja secara serempak (simultan).

Komponen-komponen mesin pendingin yang digunakan adalah sebagai berikut :

A.    Kompresor

B.     Kondensor

C.     Receiver

D.    Katup Ekspansi

E.     Evaporator

A.   Kompresor

Kompresor adalah komponen refrigrasi yang berfungsi sebagai penghisap dan penekan refrigerant. Pada kompresor, energi mekanik pada motor penggerak dirubah menjadi energi pneumatic, sehingga zat pendingin beredar dalam instalasi sistem AC.

v  Kebocoran katup kompresor dan terbakarnya motor kompresor

Beberapa masalah pada kompresor adalah bocornya katup motor kompresor. Jika katup tekan bocor ketika torak menghisap uap dari saluran hisap, sebagian uap yang masih tertinggal disaluran tekan akan terhisap kembali ke dalam silinder, sehingga mengakibatkan efisiensinya berkurang. Hal yang sama juga dapat terjadi bila katup hisap bocor ketika torak menekan uap ke saluran tekan, sebagian uap di dalam silinder akan tertekan kembali ke saluran hisap. Untuk mencegah kebocoran torak terhadap dinding silinder, biasanya dipasang cincin torak. Jika cincin ini aus atau pecah, refrigerant dapat bocor sehingga “Tekanan Tekan” akan lebih rendah dan menyebabkan kekurangan efisiensi. Jika motor kompresor terbakar, terutama untuk jenis hermetik dan semi hermetik, dan jika refrigerant yang dipakai adalah CFC dan HCFC, maka akan timbul asam yang bersifat korosif.

v  Pengecekan kompresor

Beberapa tes sederhana dapat dilakukan untuk mengetahui jika ada kebocoran yang nyata dalam kompresor. Pertama jika saluran hisap disumbat, maka saluran hisap kompresor akan vakum/hampa udara. Jika katup hisap atau katup tekan atau torak bocor, refrigerant yang akan dipompa oleh kompresor tak akan sebesar yang dikehendaki. Tes kebocoran yang lain diperlihatkan jika kompresor dapat mempertahankan vakum yang dapat dicapai. Jika kompresor dimatikan, tekanan hisap diamati apakah turun dengan nyata. Jika katup hisap atau katup tekan torak bocor, tekanan bisap akan turun. Tes yang sama dapat dilakukan dengan mengamati “Tekanan Tekan”. Jika saluran tekan disumbat, kompresor akan mempertahankan tekanan tersebut. Jika katup tekan bocor tekanan tekan akan turun.

             

                Gb. Kompresor Jenis Hermetic                                         Gb. Kompresor mobil                                                     

Gambar  Kompresor

Secara umum kompresor dibagi menjadi 2 jenis:

1.      Kompresor model torak, yang terdiri dari :

a.       Tegak Lurus

b.      Memanjang

c.       Aksial

d.      Radial

e.       Menyudut (model V)

            Gerakan torak di dalam silinder kompresor akan menghisap dan menekan zat pendingin.

2.      Kompresor model rotari

Gerakan rotor di dalam stator kompresor akan menghisap dan menekan zat pendingin.

1.      Kompresor model torak.

v  Fungsi dan Cara kerja.

Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Pada saat yang sama komrpesor menghisap uap refrigeran yang bertekanan rendah dari evaporator dan mengkompresinya menjadi uap bertekanan tinggi sehingga uap akan tersirkulasi.

Kebanyakan kompresor-kompresor yang dipakai saat ini adalah dari jenis torak. Ketika torak bergerak turun dalam silinder, katup hisap terbuka dan uap refrigerant masuk dari saluran hisap ke dalam silinder. Pada saat torak bergerak ke atas, tekanan uap di dalam silinder meningkat dan katup hisap menutup, sedangkan katup tekan akan terbuka, sehingga uap refrigean akan ke luar dari silinder melalui saluran tekan menuju ke kondensor.

a.      Kompresor torak gerak tegak lurus.

 

1.             Katup hisap 2.             Katup tekan 3.             Saluran hisap / tekan 4.             Dudukan katup 5.             Torak 6.             Silinder 7.             Batang penggerak 8.             Poros engkol

Ø  Cara kerja:

Langkah hisap                                                   Langkah tekan

 

—   Katup hisap terbuka, akibat hisapan dari torak. —   Zat pendingin masuk ke dalam silinder. —   Katup tekan tertutup.

—   Katup tekan terbuka, akibat tekanan torak terhadap zat pendingin. —   Katup hisap tertutup

Ø  Konstruksi katup – katup dan dudukannya  :

 

                        Pada waktu hisap katup hisap melengkung ke bawah akibat hisapan torak saluran   hisap terbuka, sebaliknya pada langkah tekan, katup tekan akan melengkung ke atas.

b.      Kompresor Torak Gerak Memanjang.

1.      Torak 2.      Roda gigi gerak putar 3.      Piring dudukan goyang 4.      Bantalan piring 5.      Roda gigi gerak putar & goyang 6.      Poros kompresor

                        Kompresor model ini akan terlihat diameternya lebih kecil dan badan tidak terlalu panjang.

c.       Kompresor Torak Gerak Aksial (Berlawanan)

 

1.      Silinder 2.      Torak 3.      Bola baja 4.      Poros 5.      Bantalan 6.      Piring goyang

                        Dengan mekanisme piring goyang (6) gerakan torak dapat diatur berlawanan.

            Kompresor ini badannya panjang dari kompresor gerak torak memanjang, oleh karena itu   cocok dipasang pada ruangan mesin yang kecil/sempit, tapi cukup besar untuk arang yang   memanjang.

d.   Kompresor Torak Gerak Radial

.

Agar gerakan torak pada silinder dapat menuju ke arah diameter luar kompresor, maka dipasang sebuah eksentrik pada poros kompresor. Kompresor jenis ini akan lebih baik dipasang pada ruang mesin yang sempit tapi cukup luas pada arah diameter kompresor.

e.      Kompresor Gerak Torak Menyudut

            Kompresor ini hampir sama dengan kompresor gerak torak tegak lurus hanya          gerakan torak dan batang penggeraknya dibuat menyudut (V)

            Kerugian kompresor model torak  :

—  Momen putar yang dibutuhkan tidak merata, maka kejutan/getaran lebih besar.

—  Bentuk dan konstruksi lebih besar dan memakan tempat.

            Keuntungan :

—  Dapat dipakai untuk segala macam jenis AC.

—  Konstruksi lebih tahan lama.

                        Untuk mengurangi kerugian akibat getaran, maka kompresor model torak dibuat    bersilinder banyak seperti gerak memanjang, aksial, radial atau model V.

2.      Kompresor model rotari

v  Fungsi dan Cara kerja.

             Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Pada saat yang sama            komrpesor menghisap uap refrigeran yang bertekanan rendah dari evaporator dan        mengkompresinya menjadi uap bertekanan tinggi sehingga uap akan tersirkulasi.

                        Gerakan rotor di dalam stator kompresor akan menghisap dan menekan zat             pendingin. Langkah hisap terjadi saat pintu masuk (2) mulai terbuka dan berakhir setelah                     masuk tertutup, pada waktu pintu masuk sudah tertutup dimulai langkah tekan, sampai    katup pengeluaran (5) membuka, sedangkan pada pintu masuk secara bersamaan sudah              terjadi langkah hisap demikian seterusnya.

 

 

            Rotor adalah bagian yang berputar di dalam stator. Rotor terdiri dari dua baling – baling

(1)   dan (4).

            Keuntungan kompresor rotari adalah:

—   Karena setiap putaran menghasilkan langkah–langkah hisap dan tekan secara bersamaan, maka momen putar lebih merata akibatnya getaran/kejutan lebih kecil.

—   Ukuran dimensinya dapat dibuat lebih kecil & menghemat tempat.

            Adapun kerugiannya adalah :

—   Sampai saat ini hanya dipakai untuk sistem AC yang kecil saja sebab pada volume yang besar, rumah dan rotornya harus besar pula dan kipas pada rotor tidak cukup kuat menahan gesekan

.

	Gb. Kompresor rotasi-stationary blade

 

B.   Kondensor

          Kondensor merupakan salah satu komponen utama dari sebuah mesin pendingin. Pada kondensor terjadi perubahan wujud refrigerant dari uap super-heated (panas lanjut) bertekanan tinggi ke cairan sub-cooled (dingin lanjut) bertekanan tinggi. Agar terjadi perubahan wujud refrigerant (dalam hal ini adalah pengembunan/ condensing), maka kalor harus dibuang dari uap refrigerant.

Kalor/panas yang akan dibuang dari refrigeran tersebut berasal dari :

1.      Panas yang diserap dari evaporator, yaitu dari ruang yang didinginkan.

2.      Panas yang ditimbulkan oleh kompresor selama bekerja.

           

            Jelas kiranya, bahwa fungsi kondensor adalah untuk merubah refrigerant gas menjadi cair dengan jalan membuang kalor yang dikandung refrigerant tersebut ke udara sekitarnya atau air sebagai medium pendingin/condensing.

            Gas dalam kompresor yang bertekanan rendah dimampatkan/dikompresikan menjadi uap bertekanan tinggi sedemikian rupa, sehingga temperatur jenuh pengembunan (condensing saturation temperatur) lebih tinggi dari temperature medium pengemburan (condensing medium temperature). Akibatnya kalor dari uap bertekanan tinggi akan mengalir ke medium pengembunan, sehingga uap refrigerant akan terkondensasi.

Gambar  Kondensor

C.   Katup Ekspansi

            Setelah refrigerant terkondensasi di kondensor, refrigerant cair tersebut masuk ke katup ekspansi yang mengontrol jumlah refrigerant yang masuk ke evaporator. Katup ekspansi mempunyai banyak jenis, tiga diantaranya adalah :

1.      Pipa kapiler,

2.      Katup ekspansi otomatis, dan

3.      Katup ekspansi termostatik.

1.      Pipa Kapiler (capillary tube).

            Katup ekspansi yang umum digunakan untuk sistem refrigerasi rumah tangga adalah pipa kapiler. Pipa kapiler adalah pipa tembaga dengan diameter lubang kecil dan panjang tertentu. Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pada ukuran diameter lubang dan panjang pipa kapiler. Pipa kapiler diantara kondensor dan evaporator.

            Refrigerant yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigerant mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler. Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa kapiler dipasang saringan yang disebut strainer.

            Ukuran diameter dan panjang pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigerant cair harus menguap pada akhir evaporator. Jumlah refrigerant yang berada dalam sistem juga menentukan sejauh mana refrigerant di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisian refrigerant harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator. Bila pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigerant cair akan masuk ke kompresor yang akan mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.

Gambar  Pipa Kapiler

2.      Katup Ekspansi Otomatis.

            Sistem pipa kapiler sesuai digunakan pada sistem-sistem dengan beban tetap (konstan) seperti pada lemari es atau freezer, tetapi dalam beberapa keadaan, untuk beban yang berubah-ubah dengan cepat harus digunakan katup ekspansi jenis lainnya.

            Beberapa katup ekspansi yang peka terhadap perubahan beban, antara lain adalah katup ekspansi otomatis (KEO) yang menjaga agar tekanan hisap atau tekanan evaporator besarnya tetap konstan.

            Bila beban evaporator bertambah maka temperatur evaporator menjadi naik karena banyak cairan refrigeran yang menguap sehingga tekanan di dalam saluran hisap (di evaporator) akan menjadi naik pula. Akibatnya “bellow” akan bertekan ke atas hingga lubang aliran refrigeran akan menyempit dan ciran refrigeran yang masuk ke evaporator menjadi berkurang. Keadaan ini menyebabkan tekanan evaporator akan berkurang dan “bellow” akan tertekanan ke bawah sehingga katup membuka lebar dan cairan refrigeran akan masuk ke evaporator lebih banyak. Demikian seterusnya.

3.      Katup Ekspansi Termostatik (KET)

            Jika KEO bekerja untuk mempertahankan tekanan konstan di evaporator, maka katup ekspansi termostatik (KET) adalah satu katup ekspansi yang mempertahankan besarnya panas lanjut pada uap refrigeran di akhir evaporator tetap konstan, apapun kondisi beban di evaporator.

Ø  Cara kerja KET adalah sebagai berikut :

               Jika beban bertambah, maka cairan refrigrant di evaporator akan lebih banyak menguap, sehingga besarnya suhu panas lanjut di evaporator akan meningkat. Pada akhir evaporator diletakkan tabung sensor suhu (sensing bulb) dari KET tersebut. Peningkatan suhu dari evaporator akan menyebabkan uap atau cairan yang terdapat ditabung sensor suhu tersebut akan menguap (terjadi pemuaian) sehingga tekanannya meningkat.     Peningkatan tekanan tersebut akan menekan diafragma ke bawah dan membuka katup lebih lebar. Hal ini menyebabkan cairan refrigeran yang berasal dari kondensor akan lebih banyak masuk ke evaporator. Akibatnya suhu panas lanjut di evaporator kembali pada keadaan normal, dengan kata lain suhu panas lanjut di evaporator dijaga tetap konstan pada segala keadaan beban.

 

 

                                                                

                                     Gambar K. E. O                                                                                            Gambar K.E.T

D.   Evaporator

          Pada evaporator, refrigerant menyerap kalor dari ruangan yang didinginkan. Penyerapan kalor ini menyebabkan refrigerant mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten).

Panas yang dipindahkan berupa :

1.      Panas sensibel (perubahan temperatur)

          Temperatur refrigerant yang memasuki evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan, temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus pupa dinaikkan untuk mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor).

2.      Panas laten (perubahan wujud)

            Perpindahan panas terjadi penguapan refrigerant. Untuk terjadinya perubahan wujud, diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut adalah dari cair menjadi uap atau menguap (evaporasi). Refrigerant akan menyerap panas dari ruang sekelilingnya. Adanya proses perpindahan panas pada evaporator dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap.

            Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap panas dalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan temperatur evaporator (evaporator temperature difference).

            Perbedaan tempertur evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenis evaporator (evaporator saturation temperature) dengan temperatur substansi/benda yang didinginkan.

            Kemampuan memindahkan panas dan konstruksi evaporator (ketebalan, panjang dan sirip) akan sangat mempengaruhi kapaistas evaporator.

Gambar Evaporator