[Materi 5] Mesin Pendingin

image
5.1 Definisi Mesin Pendingin

Mesin pendingin (refrigerator) 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.Sejarah awal adanya mesin pendingin ini ditemukan secara tidak sengaja, yaitu penggunaan larutan air garam untuk mendapatkan suhu yang lebih rendah.

Menurut catatan Ibnu 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 tahun1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada tahun1550. 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, Renéde 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 ethylether 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).

Jenis pendingin yang biasa dipakai di kapal adalah menggunakan media pendingin yaitu Refrigeran 22. Adapun prosesnya yaitu kompresor menghisap gas freon dari evaporator yang mempunyai tekanan rendah dan dikeluarkan dari kompresor dengan tekanan tinggi. Refrigeran yang keluar dari kompresor masih berupa gas dengan suhu tinggi, dan kemudian mengalir melalui pemisah ( oil separator ) karena berat jenis gas freon lebih ringan, maka minyak yang terbawa selalu berada di bawah, yang kemudian mengalir kembali ke dalam carter kompresor. Adanya minyak ikut di dalam peredaran disebabkan pelumasan pada kompresor seperti, pada bantalan-bantalan, ring dengan torak. Freon yang telah dipisahkan dari minyak dialirkan menuju kondensor, dan selanjutnya gas refrigeran di dalam kondensor didinginkan dengan menggunakan air laut, agar gas refrigeran berubah gas cair yang kemudian ditampung di dalam penampung ( receiver ) yang selanjutnya dialirkan ke katup ekspansi yang sebelumnya melalui pengering ( dehydrator ) dan melewati solenoid valve diteruskan ke katup ekspansi dan freon cair masuk ke evaporator. Dari katup ekspansi ke evaporator, karena evaporator mempunyai volume pipa yang lebih besar. Freon tersebut mengalami pengembangan volume dan penurunan tekanan. Di dalam evaporator, freon diuapkan kembali dengan mengambil panas yang berada di sekitar evaporator (dalam ruangan dingin) dimana evaporator ditempatkan. Setelah refrigeran berubah menjadi gas, kemudian dihisap kembali oleh evaporator dan proses berjalan seperti semula.
image
Gambar 5.1 Diagram Urutan Referigeran

.
5.2 Jenis-Jenis Mesin Pendingin
Berbagai macam mesin pendingin yang ada, serta ditinjau dari segi kegunaan dan fungsinya, yang umum dikenal ada 4 macam/jenis mesin pendingin diantaranya adalah :

a. Refrigerant
Refrijeran adalah fluida yang dipakai untuk menghisap panas dari suatu tempat atau suatu benda. Jika bertitik tolak pendinginan yang memakai siklus uap berekanan (vapor compression cycle) refrijeran merupakan media kerja yang berubah phasa secara bolak balik jadi uap setelah mengambil atau menghisap panas dan jadi fluida kembali setelah membuang panas. Beberapa faktor yang harus dipenuhi refrijeran unutl dapat dipakai sebagai refrijeran pada pendinginan siklus uap bertekanan (vapor compression cycle) adalah harus stabil susunan kimianya serta sifat-sifat lainnya sehingga refrijeran itu dapat aman digunakan dan juga ekonomis.

Hubungan Tekanan Dengan Temperatur
Pada semua benda cair terdapat hubungan amtara temperatur dengan tekanan tetapi nilainya berbeda untuk cairan yang berbeda pula. Sebagai contoh air pada kondisi normal akan mendidih pada temperatur ° F refrijeran 12 pada -21 ° F refrijeran 22 pada temperatur -40 ° F dan lain-lain.

Air Sebagai Rerijeran
Air merupakan refrijeran yanmg paling efesien karena mempunyai nilai 980 BTU/lb untuk menguapkan secara total. Air juga dapat dididihkan pada temperatur 40 ° F dan dapat juga digunakan sistem pendinginan yang besar serta juga utnuk pengkondisian udara.

Kurva Tekanan dan Temperatur
Dengan kurva ini kita dapat mencari temperatur didih 40 ° F dengan cara menerapkan pada sumbu Y (sumbu titik didih air) kemudian sampai memtong kurva temperatur dan tekanan didapat satu titik ditarik ke sumbu X dan akan didapat suatu harga yaitu 29 inch Hg vakum. Hanya saja menggunakan kurva ini akan didapat harga yang kurang teliti.
image
Gambar 5.2 Gambar Kurva Tekanan Temperatur Air

Kerugiannya Memakai Air Sebagai Refrijeran
Untuk dapat mengubah uap ais jadi air dan menggunakannya kembali pada sistem pendinginan maka perlu menaikkan temperatur pengembunan uap air yang cukup tinggi diatas temperatur media pengambil panas agar dapat terjadi perpindahan panas. Sistem pendinginan harus bekerja pada tekanan vakum atau di bawah tekanan normal, hal ini sulit dilaksanankan karena sistem ini harus anti bocor dan memerlukan perawatan yang khusus agar udara luar tidak dapat masuk dalam sistem. Jadi air tidak lagi dipilih sebagai refrijeran.

Refrijeran Secara Umum
Pemilihan suatu refrijeran untuk suatu keperluan tergantung sifat-sifat refrijeran itu sendiri bukan hanya pada kemampuan membuang panas. Adapun sifat-sifatnya adalah beracun, kecenderungan untuk terbakar, densitas, vikositas,(kekentalan) dan mudah didapat. Berjenis-jenis refrijeran sudah dipakai sejak awal usia teknik pendinginan. Percobaan-percobaan, penelitian dan berbagai tes masih tetap diadakan atas berbagai bahan kimia baik unsur tunggal maupun campuran muali dari udara, butane, chloroform, ether, propanal dan campuran organik maupun anorganik.

Adapun sifat-sifat aman yang dimiliki refrijeran :
Sifat yang aman dimiliki refrijeran merupakan syarat utama yang harus diperhatikan pada saat memilih refrijeran. Itulah sebabnya ammonia dan hydrocarbon hanya dipakai secara terbatas walau mempunyai kemampuan yang tinggi sebagi refrijeran. Sifat aman yang dituntut adalah :
• Tidak dapat/mudah terbakar
• Tidak meledak
• Tidak beracun baik dalam keadaan murni maupun setelah bercampur dengan air
• Juga tidak bereaksi dengan oli pelumas
• Tidak bereaksi dengan material dari komponen-komponen/pipa
• Tidak bereaksi dengan uap air pada temperatur rendah
• Tidak berkontanminasi dengan bahan makanan maupun produk yang disimpan jika terjadi kebocoran.

b. Freezer
Mesin pendingin ini sedikit berbeda dengan kulkas, memiliki kapasitas lebih besar, serta suhunya lebih rendah bisa mencapai 0oC.

c. Air Conditioner (AC)
Air Conditioner adalah salah satu yang dapat memenuhi kebutuhan udara untuk membuat menjadi lebih sejuk 16oC – 30oC. Ada dua hal yang menjadi poin penting dalam Air Conditioner yaitu :
• Suhu Udara
Derajat panas atau dingin dari udara yang diukur dengan thermo-meter. Udara harus didinginkan untuk membuat suhu didalam ruangan menjadi sejuk. Suhu kamar yang sejuk dan nyaman berkisar 24oC– 27oC.

• Kelembaban
Untuk mendapatkan udara yang sejuk dan nyaman didalam ruangan, kita harus mengatur kelembaban udara dengan mengambil uap air dari udara atau menambahkan uap air pada udara yang mengalir di dalam ruangan tersebut.
image
Gambar 5.3 Sistem Mesin Pendingin Ruangan (AC)

d. Kipas Angin
Mesin ini pada dasarnya peralatan yang tidak menghasilkan udara dengan suhu yang dingin sebagaimana kulkas atau AC, tetapi putaran/rpm dari kipas angin menambah dan memperbesar hembusan udara di sekeliling kipas angin tersebut.

jadi mesin pendingin adalah suatu rangkaian yang mampu bekerja untuk menghasilkan suhu atau temperature dingin.

.
5.3 Komponen Utama Mesin Pendingin
Mesin pendingin bisa bekerja dengan baik jika memiliki empat (4) komponen berikut :
a. Kompresor (pipa hisap‐tekan)
Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya dinamis atau bergerak, yakni menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilah sirkulasi (perputaran) udara yang mengalir dari pipa‐pipa mesin pendingin. Kompresor atau pompa isap, merupakan unit tenaga untuk mengalikan refrigeran ke seluruh sistem pendingin sesuai dengan perubahan volume system pendingin dengan mengisap refrigerasi bertekanan rendah sehingga terjadi perbedaan tekanan yang memungkinkan refrigeran mengalir dari sisi bertekanan rendah ke sisi bertekanan tinggi sehingga kompresor mempunyai 3 fungsi yaitu pengisapan, penekanan dan fungsi pemompaan.

b. Kondensor (pipa pengembun)
Kondensor merupakan suatu jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembun. Udara yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor. Udara yang berada dalam pipa kondensor akan mengalami pengembunan. Dari sini, udara yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.

c. Evaporator (pipa penguap)
Pipa yang berfungsi sebagai penguapan. Zat cair yang berasal dari pipa kondensor masuk ke evaporator lalu berubah wujud menjadi gas dingin karena mengalami penguapan. Selanjutnya udara tersebut mampu menyerap kondisi panas yang ada dalam ruangan mesin pendingin. Selanjutnya gas yang ada dalam evaporator akan mengalir menuju kompresor karena terkena tenaga hisapan. Demikian terus menerus sirkulasi udara dan perubahannya dalam rangkaian mesin pendingin.

d. Katub ekspansi
Katup ekspansi dipasang pada saluran masuk evaporator untuk menjaga penyerapan panas dan perubahan bentuk pendingin dari fase cair menjadi fase gas akan berlangsung dengan sempurna sebelum keluar dari evaporator, katup ekspansi serta digunakan untuk menurunkan tekanan danuntuk mengekspansikan secara cairan yang bertemperatur dan bertekanan tinggi sampai mencapai temperatur dan tekanan rendah, dan mengekspansikan refrigeran cair dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi, refrigerant cair dihembuskan keluar melalui oriffice, kemudian refrigerant berubah menjadi kabut yang temperatur dan tekanannya rendah. Katup ekspansi juga sebagai alat kontrol refrigerasi yang berfungsi :
• Mengatur besar sedikitnya jumlah refrigeran yang mengalir dari pipa cair menuju evaporator sesuai dengan laju penguapan pada evaporator.
• Penguapan pada evaporator berlangsung pada tekanan kerjanya serta mempertahankan perbedaan tekanan antara kondensor.

.
Referensi :
ppt mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi prodi teknik mesin UPN Veteran Jakarta

Diktat kuliah Teknik Refrigerasi prodi Teknik Mesin UPN Veteran Jakarta

h*ttp://repository.unimar-amni.ac.id/1985/2/Bab%20II.pdf

h*ttp://repository.untag-sby.ac.id/157/3/BAB%202.pdf