BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem refrigerasi tela memainkan peranan yang sangat penting saat ini. Hal ini terliat dari semakin banyaknya penggunaan sistem ini baik di industri maupun ruma tangga. Sebagai conto adala pada pemrosesan maupun pengawetan makanan, penyerapan kalor dari baan-baan kimia, pengkondisian udara dan sebagainya. Sistem refrigerasi sangat menunjang peningkatan kualitas idup manusia. Kemajuan dalam bidang refrigerasi akir-akir ini adala akibat dari perkembangan sistem kontrol yang menunjang kinerja dari sistem refrigerasi. Apalikasi dari sistem refrigerasi tidak terbatas, tetapi yang paling banyak digunakan adala untuk pengawetan makanan dan pendingin suu, misalnya lemasi es gambar 1 freezer, cold strorage, air conditioner/ac Window, AC split dan AC mobil. Dengan perkembangan teknologi saat ini, refrigeran (baan pendingin) yang di pasarkan dituntut untuk rama lingkungan, disamping aspek teknis lainnya yang diperlukan. Apapun refrigeran yang dipakai, semua memiliki kelebian dan kekurangan masingmasing ole karena itu, diperlukan kebijakan dalam memili refrigerant yang paling aman berdasarkan kepentingan saat ini dan masa yang akan datang. Pada sistem refrigerasi terdapat beberapa komponen utama yaitu kompresor untuk menaikkan tekanan refrigeran, kondenser untuk membuang panas dari refrigeran, alat ekspansi untuk menurunkan tekanan refrigeran, dan evaporator untuk menyerap panas dari luar kedalam refrigeran. Pada makala ini akan dibaas lebi dalam mengenai sistem refrigerasi, baik itu siklus siklus pada refrigerasi, macam macam refrigerant yang digunakan dalam proses refrigerasi, dll. 1

2 1. Tujuan a. Sebagai syarat untuk memenui tugas mata kulia Termodinamika II b. Memaami prinsip kerja dari berbagai jenis siklus refrigerasi c. Memaami konsep dasar perubaan bentuk energi di siklus siklus refrigerasi d. Mampu mengidentifikasi, menguraikan, dan menganalisa persoalan keseimbangan energi yang terjadi pada siklus siklus refrigerasi e. Mengetaui jenis jenis dari refrigeran serta memili refrigeran yang sesuai 1.3 Rumusan Masala a. Apaka yang dimaksud dengan Refrigerasi? b. Apaka yang dimaksud dengan siklus Refrigerasi? c. Apa sajaka macam macam dari siklus Refrigerasi? d. Apa sajaka yang termasuk kedalam refrigeran? e. Bagaimanaka menentukan refrigeran yang tepat dan sesuai? 1.4 Manfaat a. Maasiswa dapat memaami prinsip kerja dari berbagai jenis siklus refrigerasi b. Maasiswa dapat memaami konsep dasar perubaan bentuk energi di siklus refrigerasi c. Maasiswa mampu mengidentifikasi, menguraikan, dan menganalisa persoalan keseimbangan energi yang terjadi pada siklus refrigerasi d. Maasiswa dapat mengetaui jenis jenis dari refrigeran serta dapat memili refrigeran yang sesuai

3 BAB II PEMBAHASAN.1 PENGERTIAN REFRIGERASI Refrigeran merupakan baan pendingin atau fluida yang digunakan untuk menyerap panas melalui perubaan fase dari cair ke gas (evaporasi) dan membuang panas melalui perubaan fase dari gas ke cair (kondensasi), seingga refrigeran dapat dikatakan sebagai peminda panas dalam sistem pendingin. Adapun pengertian lainnya adala Refrigerasi atau pendinginan merupakan proses pengambilan atau pengeluaran kalor dari suatu materi atau ruangan dan mempertaankan keadaannya sedemikian rupa seingga temperaturnya lebi renda dari pada lingkungan sekitarnya. Pada prinsipnya refrigerasi adala terapan dari mata kulia Perpindaan Panas dan Termodinamika, dimana kalor akan mengalir atau berpinda dari suatu keadaan yang mempunyai temperatur tinggi ke suatu keadaan yang bertemperatur renda. Sedangkan pengkondisian udara atau penyegaran udara adala merupakan satu dari teknik-teknik refrigerasi. Penyegaran udara itu sendiri adala suatu proses pendinginan udara seingga dapat dicapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan teradap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu serta mengatur aliran udara dan kebersian udaranya. Untuk mencapai tujuan dari penyegaran udara tersebut, dibutukan suatu fluida kerja yang disebut refrigeran. Dimana refrigeran akan dialirkan melalui sistem. Dalam sistem tersebut, refrigeran mengalami beberapa proses atau perubaan fase (cair dan uap), yaitu refrigeran yang mula-mula pada keadaan awal (cair), setela melalui beberapa proses akan kembali ke keadaan awalnya. 3

4 . PERALATAN - PERALATAN POKOK REFRIGERASI Operasi refrigerasi butu suatu mesin yang disebut dengan refrigerator. Refrigerator merupakan kumpulan serangkaian peralatan, seperti: 1. Kompressor.. Kondensor. 3 Akumulator. 4. Mesin ekspansi / katup ekspansi. 5. Evaporator...1 Kompresor Kompressor adala alat yang digunakan untuk mengisap uap refrigerant dan mengkompresinya seingga tekanan uap refrigerant naik sampai ke tekanan yang diperlukan untuk pengembunan (kondensasi) uap regrigerant di dalam kondensor. Kompressor ini digerakkan ole sumber tenaga dari mesin penggerak, seperti: Motor listrik Motor bakar Diesel Mesin uap Turbin gas Pada kompressor, berlaku persamaan neraca energi; W = H H kompressor 1 Karena kompressi, fluida kerja (uap refrigerant) terkompressi menjadi naik entalpinya (H > H J, seingga dapat dikatakan energi dari sumber digunakan untuk menaikkan entalpi fluida kerja. - W = ΔH kompressor 4

5 .. Kondensor Kondensor merupakan alat penukar panas yang berguna untuk mendinginkan uap refrigerant dari kompressor agar dapat mengembun menjadi cairan. Pada saat pengembunan ini, refrigerant mengeluarkan sejumla kalori (panas pengembunan) yang mana panas ini diterima ole media pendingin di dalam kondensor...3 Akumulator Merupakan alat yang berguna untuk mengumpulkan cairan refrigerant yang berasal dari kondensor. Dengan adanya alat ini akan memudakan pengaturan stock dari total refrigerant...4 Mesin Ekspansi atau Katup Ekspansi Mesin atau katup ekspansi ini berfungsi untuk menurunkan tekanan dari cairan refrigerant sebelum masuk ke evaporator, seingga akan memudakan refrigerant menguap di evaporator dan menyerap kalori (panas) dari media yang didinginkan...5 Evaporator Juga merupakan alat penukar panas. Refrigerant cair dengan tekanan renda setela proses ekspansi, diuapkan dalam alat ini. Untuk penguapan refrigerant cair ini tentunya diperlukan sejumla kalori, yang mana diambil dari media yang akan didinginkan ole sistem refrigerasi. Misalnya pada mesin Air Conditioning (AC), media yang didinginkan adala udara di dalam ruangan (kamar). Begitu pula pada kulkas, media yang didinginkan adala ruangan dalam kulkas dan segala sesuatu yang berada dalam kulkas. Uap refrigerant yang terbentuk di evaporator langsung diisap ole kompressor, demikian seterusnya mengulangi langka pertama tadi seingga membentuk suatu siklus, yang disebut dengan siklus refrigerasi. 5

6 .3 SIKLUS REFRIGERASI Siklus refrigerasi adala siklus kerja yang mentransfer kalor dari media bertemperatur renda ke media bertemperatur tinggi dengan menggunakan kerja dari luar sistem. Secara prinsip merupakan kebalikan dari siklus mesin kalor (eat engine). Diliat dari tujuannya maka alat dengan siklus refrigerasi dibagi menjadi dua yaitu refrigerator yang berfungsi untuk mendinginkan media dan eat pump yang berfungsi untuk memanaskan media. Ilustrasi tentang refrigerator dan eat pump dapat diliat pada gambar di bawa. Prinsip terjadinya suatu pendinginan di dalam sistem refrigerasi adala penyerapan kalor ole suatu zat pendingin yang dinamakan refrigeran. Karena kalor yang berada disekeliling refrigeran diserap, akibatnya refrigeran akan menguap, seingga temperatur di sekitar refrigeran akan bertamba dingin. Hal ini dapat terjadi mengingat penguapan memerlukan kalor. Di dalam suatu alat pendingin (misal lemari es) kalor diserap di evaporator dan dibuang ke kondensor. Uap refrigeran yang berasal dari evaporator yang bertekanan dan bertemperatur renda masuk ke kompresor melalui saluran isap. Di kompresor, uap refrigerant tersebut dimampatkan, seingga ketika ke luar dari kompresor, uap refrigeran akan bertekanan dan bersuu tinggi, jau lebi tinggi dibanding temperatur udara sekitar. 6

7 Kemudian uap menunjuk ke kondensor melalui saluran tekan. Di kondensor, uap tersebut akan melepaskan kalor, seingga akan beruba fasa dari uap menjadi cair (terkondensasi) dan selanjutnya cairan tersebut terkumpul di penampungan cairan refrigeran. Cairan refrigeran yang bertekanan tinggi mengalir dari penampung refrigeran ke katup ekspansi. Keluar dari katup ekspansi tekanan menjadi sangat berkurang dan akibatnya cairan refrigeran bersuu sangat renda. Pada saat itula cairan tersebut mulai menguap yaitu di evaporator, dengan menyerap kalor dari sekitarnya ingga cairan refrigeran abis menguap. Akibatnya evaporator menjadi dingin. Bagian inila yang dimanfaatkan untuk mengawetkan baan makanan atau untuk mendinginkan ruangan. Kemudian uap refrigeran akan diisap ole kompresor dan demikian seterusnya proses-proses tersebut berulang kembali. Siklus refrigerasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut, 1. Siklus kompresi uap (vapor compression refrigeration cycle) dimana refrigeran mengalami proses penguapan dan kondensasi, dan dikompresi dalam fasa uap.. Siklus gas (gas refrigeration cycle), dimana refrigeran tetap dalam kondisi gas. 3. Siklus bertingkat (cascade refrigeration cycle), dimana merupakan gabungan lebi dari satu siklus refrigerasi. 4. Siklus absorpsi (absorption refrigeration cylce), dimana refrigeran dilarutkan dalam sebua cairan sebelum dikompresi. 5. Siklus termoelektrik (termoelectric refrigeration cycle), dimana proses refrigerasi diasilkan dari mengalirkan arus listrik melalui bua material yang berbeda. Kinerja suatu refrigerator dan eat pump dinilai dari besarnya koefisien kinerja (coefficient of performance COP) yang didefinisikan sebagai berikut, COP COP R HP output tujuan kerja yang dibutukan output tujuan kerja yang dibutukan efek pendinginan input kerja efek pemanasan input kerja Q W Q W net,in H L net,in 7

8 Harga COP R dan COP HP umumnya lebi besar dari satu dimana COP HP = COP R + 1 untuk suatu rentang tekanan kerja yang sama..3.1 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Gambar di bawa menunjukkan siklus refrigerasi kompresi uap ideal secara skematis. Di sini refrigeran dalam kondisi uap jenu masuk ke kompresor dan keluar sebagai uap panas lanjut. Refrigeran kemudian masuk ke kondenser untuk melepas kalor seingga terjadi kondensasi sampai ke kondisi cairan jenu. Keluar kondenser refrigeran masuk ke katup ekspansi untuk menjalani proses pencekikan (trottling) seingga mengalami penurunan tekanan dan beruba menjadi campuran jenu. Proses terakir ini bisa juga diganti dengan sebua turbin isentropis untuk menaikkan kapasitas pendinginan dan menurunkan kerja input (dengan kompensasi kompleksnya sistem). Selanjutnya refrigeran masuk ke evaporator untuk menyerap kalor seingga terjadi proses evaporasi dan siap untuk dilakukan langka kompresi berikutnya. Siklus refrigerasi kompresi uap ideal dapat digambarkan dalam diagram T-s seperti gambar di atas-kanan. Proses-proses yang terjadi adala, 1- : Kompresi isentropis dalam kompresor -3 : Pembuangan kalor secara isobaris dalam kondenser 3-4 : Trottling dalam katup ekspansi atau tabung kapiler 4-1 : Penyerapan kalor secara isobaris dalam evaporator 8

9 Persamaan energi untuk komponen-komponen refrigerator bisa dituliskan sebagai berikut: q w e i dimana diasumsikan perubaan energi kinetik dan potensial bisa diabaikan. Dari notasi-notasi pada gambar di atas maka COPs dapat dituliskan sebagai berikut: di mana 1 dan 1 COP COP R HP 3 3. q w q w L net,in H net,in Conto Soal Refrigerator menggunakan refrigeran R-1 dan beroperasi dengan siklus kompresi uap ideal antara 0,14 dan 0,8 MPa. Apabila laju massa refrigeran 0,05kg/s, tentukan (a) laju kalor dari ruangan yang didinginkan dan kerja kompresor, (b) laju kalor yang dibuang ke lingkungan, (c) COP Solusi Dari tabel Refrigeran-1 (Tabel A-11A13) Kondisi 1 (uap jenu) : 1 p 1 0,14MPa s1 s Kondisi (uap panas lanjut) : p 0,8MPa s s1 08,65 kj/kg 177,87 kj/kg 0,710 kj/kg Kondisi 3 (cairan jenu) : p 3 0,8MPa 3 MPa 67,3 kj/kg Kondisi 4 (campuran jenu) : ,3 kj/kg 9

10 (a) Laju kalor yang diserap dari media yang didinginkan: Q L m ( 4 ) 1 0,05 (117,87 67,3) 5,53 kw Kerja kompresor: W in m ( 1) 0,05 (08,65 177,87) 1,54 kw (b) Kalor yang dibuang ke lingkungan: Q H m ( 3) 0,05 (08,65 67,3) 7,07 kw (c) Coefficient of Performance: COP R w q L net,in 5,53 3,59 1,53.3. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Aktual Pada kenyataannya refrigerator atau eat pump akan bekerja dengan suatu proses yang menyimpang dari siklus idealnya akibat ireversibilitas dalam tiap komponennya. Ireversibilitas ini pada umumnya disebabkan ole gesekan fluida dan perpindaan kalor dari atau ke lingkungan sekitar. Siklus refrigerasi kompresi uap aktual dapat digambarkan secara skematis seperti gambar di bawa. 10

11 Hal-al yang terjadi dalam siklus aktual: 1. Refrigeran suda dalam kondisi uap panas lanjut sebelum masuk ke kompresor.. Akibat cukup panjangnya pipa pengubung kompresor-evaporator akan mengakibatkan rugi tekanan. Rugi tekanan yang disertai peningkatan volume spesifik dari refrigeran membutukan power input yang lebi besar. 3. Dalam proses kompresi ada rugi gesekan dan perpindaan kalor yang akan meningkatkan entropi (1-) atau menurunkan entropi (1-') dari refrigeran tergantung kepada ara perpindaan kalornya. Proses (1-') lebi disukai karena volume spesifiknya turun seingga power input bisa lebi kecil. Hal ini bisa dilakukan apabila dilakukan pendinginan dalam langka kompresi. 4. Di dalam kondenser akan terjadi juga rugi tekanan. 5. Refrigeran dalam kondisi cairan terkompresi ketika masuk dalam katup ekspansi. Conto Soal Dalam sebua refrigerator aktual, R-1 masuk ke kompresor sebagai uap panas lanjut pada 0,14MPa, 0C, laju massa 0,05kg/s, dan keluar pada 0,8MPa, 50C. Refrigeran didinginkan dalam kondenser sampai 6C, 0,7MPa dan di-trottling sampai 0,15MPa. Dengan mengabaikan rugi kalor dan rugi tekanan dalam pipa-pipa sambungan tentukan (a) laju kalor dari media yang didinginkan dan kerja kompresor, (b) efisiensi adaibatik kompresor, (c) COP. 11

12 Solusi Dari Tabel refrigeran Kondisi 1 (uap panas lanjut) : p1 0,14 MPa T1 0C Kondisi (uap panas lanjut) : p 0,8 MPa T 50C Kondisi 3 (cairan terkompresi) p3 0,7 MPa T3 6C Kondisi 4 (campuran jenu) : ,58 kj/kg 179,01kJ/kg 13,45 kj/kg 3 6C 60,68 kj/kg (a) Laju kalor yang diserap dari media yang didinginkan: Q L Kerja kompresor: W in m ( 4 ) 1 0,05 (179,01-60,68) 5,9kW m ( 1 ) (b) Efisiensi adiabatis: di sini 0,05 (13,45-179,01) 1,7kW s C s Seingga, C s 1 1 ps 0,8MPa s kj/(kg.k) 10,08-179,01 90,% 13,45-179,01 s 10,08 kj/kg 1

13 (c) Coefficient of Performance: COP R w q L net,in 5,8 3,44 1,7.3.3 Inovasi Siklus Refrigerasi Kompresi Uap Dalam aplikasi sistem refrigerasi di industri, gedung bertingkat dan lain-lain, sistem dengan siklus sederana seperti dijelaskan sebelumnya tidak mencukupi. Untuk itula diperlukan modifikasi supaya memenui kriteria penggunaan. Sistem Cascade Di industri sering dibutukan kondisi refrigerasi dengan temperatur yang cukup renda dan sekaligus dalam rentang temperatur yang lebar. Rentang temperatur yang lebar berarti bawa sistem refrigerasi arus bisa beroperasi dalam beda tekanan yang besar dimana al ini anya bisa dipenui apabila tingkat refrigerasi dibuat lebi dari satu. Di sini prinsipnya adala menggabungkan dua bua siklus kompresi uap di mana kondenser dari siklus dengan tekanan kerja lebi renda akan membuang panas ke evaporator dari siklus dengan tekanan kerja lebi tinggi dalam sebua alat penukar kalor (eat excanger). Secara skematis dapat digambarkan sebagai berikut. 13

14 14 Dalam eat excanger antara siklus bawa dan siklus atas terjadi ubungan: B A 3 B 8 5 A ) ( ) ( m m m m Juga, ) ( ) ( ) ( COP 1 B 5 6 A 4 1 B net,in L R,cascade m m m W Q Dalam sistem cascade maka jenis refrigeran untuk siklus tekanan tinggi (A) dan siklus tekanan renda (B) tidak perlu sama seingga pemilian refrigeran akan bisa lebi fleksibel karena bisa disesuaikan dengan batas bawa dan atasnya. Conto Soal Sistem refrigerasi cascade tingkat beroperasi antara 0,8 dan 0,14 MPa. Setiap tingkat beroperasi dengan siklus kompresi uap ideal dengan R-1 sebagai fluida kerja. Kalor dibuang dari siklus tekanan renda ke tekanan tinggi dilewatkan alat penukar kalor adiabatik dimana masing-masing fluida kerja bertekanan 0,3MPa. Apabila laju fluida kerja pada siklus tekanan tinggi adala 0,05 kg/s, tentukan (a) laju fluida kerja pada siklus tekanan renda, (b) laju kalor dari media yang didinginkan dan kerja kompresor, (c) COP Solusi Misal siklus tekanan tinggi diberi indeks A, siklus tekanan renda dengan indeks B (a) Dari keseimbangan energi di alat penukar kalor ) ( ) ( 3 B 8 5 A m m Dari Tabel R-1 didapatkan: 191,97 kj/kg; ; 37,08 kj/kg 67,3 kj/kg ; 188,00 f 3 8 5

15 seingga m B m A ,0 67,3 0,05 0,039 kg/s 191,97 37,08 (b) Laju kalor yang diserap dari media yang akan didinginkan: Q L m B ( 4 ) Dari Tabel R-1 diketaui: seingga ,87 kj/kg ; 6 04,18 kj/kg Q L 5,49 kw Kerja kompresor: W in W m comp A A W (c) Coefficient of Performance COP R Q W comp B ( 6 5 ) m B( 1 ) 1,36kW L in 4,04 Sistem Banyak Tingkat (Multistage System) Pada prinsipnya adala tidak berbeda dengan sistem cascade. Perbedaannya adala digantinya eat excanger dengan mixing camber dan flas camber di mana di sini akan terjadi pencampuran refrigeran yang melewati siklus tekanan atas dan siklus tekanan bawa. Secara skematis sistem banyak tingkat dapat digambarkan seperti gambar dibawa. 15

16 Disini yang perlu diperatikan adala dalam tiap proses akan mempunyai jumla laju yang berbeda walaupun dalam satu siklus yang sama. Sistem Multi Purpose Dengan Kompresor Tunggal Seperti dalam sebua lemari es di ruma tinggal, beberapa jenis refrigerator membutukan beberapa ruang dengan temperatur yang berbeda. Untuk sistem seperti ini maka penggunaan beberapa katup ekspansi adala solusinya, dimana pada proses trottling pertama akan didapatkan temperatur moderat (misal bagian refrigerator 5C) dan pada trottling selanjutnya akan didapatkan temperatur yang lebi renda (bagian freezer - 10C). Gambar di bawa menunjukkan prinsip kerja secara skematis. 16

17 Pencairan Gas (Liquefaction of Gases) Di lapangan sering dibutukan kondisi dengan temperatur yang sangat renda (di bawa -100C), seperti pada proses pemisaan gas oksigen dan nitrogen dari udara, pembuatan idrogen cair untuk baan bakar mesin roket, riset tentang superkonduksi dan lain-lain. Pada sebua proses pencairan gas, gas arus didinginkan sampai pada temperatur di bawa temperatur kritisnya. Misal temperatur kritis untuk elium, idrogen, dan nitrogen adala masing-masing 68, -40, dan -147C. Sala satu metode refrigerasi yang memungkinkan untuk mendapatkan temperatur sangat renda ini adala metode Linde- Hampson seperti pada gambar di bawa. 17

18 Di sini gas baru yang akan dicairkan (1) dicampur dengan gas yang tidak berasil dicairkan pada taap sebelumnya (9) seingga temperaturnya turun sampai titik () dan kemudian bersama-sama masuk ke kompresor bertingkat. Pengkompresian dilakukan bertingkat sampai titik (3) dengan dilengkapi intercooling. Gas tekanan tinggi kemudian didinginkan sampai titik (4) dalam after-cooler dengan menggunakan media pendingin dan didinginkan lebi lanjut sampai titik (5) dalam alat penukar kalor regenerative dengan membuang kalornya ke gas yang tidak berasil dicairkan pada taap sebelumnya dan akirnya di-trottled ke titik (6) seingga beruba menjadi campuran jenu. Uap dipisakan dari gas yang tela beruba menjadi cair untuk kemudian dilewatkan melalui alat penukar kalor regenerative untuk menjalani taap berikutnya..3.4 Siklus Refrigerasi Gas Dalam pembaasan mengenai siklus Carnot diketaui bawa apabila ara siklus dibalik akan didapatkan siklus Carnot terbalik (reversed Carnot cycle) yang merupakan sebua refrigerator ideal. Hal ini menimbulkan ide bawa siklus mesin kalor (eat engine) dan siklus refrigerator sebenarnya adala mempunyai prinsip kerja sama anya aranya saja yang berlawanan (peratikan bawa siklus refrigerasi yang dibaas di atas adala sangat mirip dengan siklus Rankine dengan ara terbalik). Ole karena itu maka apabila siklus Brayton dibalik aranya akan didapatkan apa yang disebut siklus refrigerasi gas (reversed Brayton cycle). 18

19 Disini akan berlaku bawa, COP R q w L net,in w comp ql w turb dimana, q L ; w ; w 1 4 turb 3 4 comp 1 Siklus refrigerasi gas ini akan mempunyai COP yang lebi renda dibandingkan dengan siklus kompresi uap. Tetapi karena konstruksi yang sederana dan komponen yang ringan maka siklus ini banyak dipakai di pesawat terbang dan dapat dikombinasikan dengan proses regenerasi..3.5 Siklus Refrigerasi Absorpsi Peningkatan COP dari mesin refrigerasi dapat dilakukan dengan menurunkan kerja yang dibutukan ole kompresor. Dibanding dengan sebua kompresor, pompa dapat melakukan proses kompresi fluida cair dengan kerja input yang jau lebi kecil untuk laju 19

20 massa yang sama. Ole karena itu dalam sistem refrigerasi absorpsi, refrigeran akan dilarutkan dalam fluida cair sebagai media transport seingga refrigeran dapat dikompresi dengan kerja yang lebi kecil. Refrigeran yang sering dipakai adala amoniak dengan media transport berupa air. Refrigeran lain yang juga dipakai adala air dengan media transport berupa litium bromide atau litium cloride. Keunggulan sistem ini lebi terasa apabila ada sumber panas dengan temperatur 10000C yang mura seperti misalnya energi surya, geotermal dan lain-lain. Skema sistem refrigerasi absorpsi bisa diliat pada gambar di atas. Amoniak murni keluar dari evaporator dan masuk ke absorber. Di dalam absorber, amoniak larut dalam air seingga terbentuk larutan air-amoniak. Karena pelarutan amoniak akan berlangsung dengan lebi baik pada temperatur yang lebi renda maka larutan dalam absorber didinginkan dengan cooling water. Larutan air-amoniak kemudian masuk ke pompa untuk mengalami proses kompresi dan masuk ke regenerator untuk menerima panas. Pemanasan larutan air-amoniak lebi lanjut dilakukan dalam generator dengan sumber panas, misalnya dari energi surya, seingga terjadi proses penguapan larutan. Larutan yang menguap kemudian masuk ke rectifier untuk dilakukan pemisaan amoniak dan air. Amoniak murni masuk ke kondenser dan melanjutkan siklus refrigerasi, sedangkan air kembali masuk generator untuk dipakai kembali sebagai media transport. Dari gambar di atas dapat diliat bawa prinsip sistem absorpsi adala sama dengan dengan sistem kompresi uap, anya berbeda pada bagian dalam garis putus-putus..3.6 Sistem Refrigerasi Termoelektrik Tela diketaui dari apa yang disebut efek Seebeck bawa dua bua logam yang berbeda apabila ujung-ujungnya diubungkan kemudian dipanaskan sala satu ujungnya maka akan timbul arus listrik dalam rangkaian logam tersebut. 0

21 Efek Seebeck ini kemudian bisa dimanfaatkan untuk sebua generator listrik yang biasa disebut sebagai termoelectric power generator. Seperti pada bagian sebelumnya bawa siklus daya dan siklus refrigerasi adala mempunyai prinsip kerja yang sama anya dengan ara yang berlawanan, maka siklus daya termoelektrik ini bisa juga dipakai untuk siklus refrigerasi. Siklus refrigerasi termoelektrik akan memanfaatkan efek Peltier dimana apabila dialirkan arus listrik dalam rangkaian yang terbuat dari dua bua logam yang berbeda, maka pada ujung yang satu terjadi penyerapan kalor dan pada ujung yang satunya terjadi pembuangan kalor. Prinsip kerja dan susunan sistem secara skematis dapat diliat di gambar di bawa. Pada aplikasinya refrigerasi termoelektrik akan menggunakan semikonduktor sebagai media untuk menyerap dan membuang kalor. Walaupun sistem ini mempunyai kelemaan yaitu rendanya efisiensi, tetapi karena ringan, sederana, dan tidak berisik maka dipandang sebagai teknologi refrigerasi masa depan..3.7 Sistem Heat Pump Karena eat pump biasanya dipakai di daera dengan iklim yang dingin maka persoalan dari manaka panas dapat diambil menjadi persoalan. Sumber panas yang sering dipakai dalam sebua eat pump adala: 1

22 1. Udara atmosfer (paling umum). Sumber panas ini paling praktis tetapi ada problem frosting pada koil evaporator seingga akan menurunkan laju perpindaan kalor.. Air tana. Pada kedalaman tertentu air tana mempunyai temperatur berkisar 518C seingga didapatkan eat pump dengan COP tinggi, tidak ada frosting tetapi konstruksi rumit. 3. Tana Untuk tujuan pemanasan suatu media, pemanasan dengan proses pembakaran dari sumber energi primer (baan bakar) secara ekonomis lebi menguntungkan dibandingkan dengan eat pump. Ole karena itu jarang ditemui sebua eat pump yang bekerja sendiri. Tetapi karena prinsip kerja yang sama antara refrigerator dan eat pump maka sekarang ini banyak diproduksi sistem refrigerasi yang bekerja secara dual yaitu sebagai pendingin dalam musim panas dan sebagai pemanas dalam musim dingin. Di sini pada prinsipnya koil (eat excanger) di dalam dan di luar ruangan akan beruba fungsinya sebagai evaporator dan kondenser sesuai dengan mode kerjanya dengan bantuan katup pembalik ara. Prinsip kerja sistem dual dapat diliat pada gambar di bawa..4 PEMILIHAN REFRIGERAN Jenis refrigeran adala sangat banyak dimana pemilian refrigeran secara tidak tepat akan bisa membuat kerja refrigerator menjadi tidak optimal. Refrigeran ada dua macam yaitu refrigeran primer dan sekunder. Adapun pengertian refrigeran primer adala

23 refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap. Dan refrigeran sekunder adala cairan-cairan yang digunakan untuk membawa energi kalor bersuu renda dari satu lokasi ke tempat lain. Nama lain dari refrigersai sekunder adala cairan anti beku atau brines (larutan garam). Tabel Penggunaan Refrigeran REFRIGERAN KOMPRESOR KETERANGAN PENGGUNAAN R11 Sentrifugal Pendinginan air sentrifugal R1 Torak putar Sentrifugal Penyegar udara, refrigerasi, dan pendinginan Pendinginan air sentrifugal ukuran besar R13 Torak putar Refrigerasi temperatur sangat renda R1 - Pendingin kabin alat pengangkat R - Sentrifugal Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendinginan beberapa unit refrigerasi, unit temperatur renda Pendingin air sentrifugal temperatur renda ukuran besar R113 Sentrifugal Pendingin air sentrifugal ukuran kecil R114 Torak putar sentrifugal Pendingin kabin alat pengangkat Pendingin air sentrifugal R500 Torak putar Sentrifugal Refrigerasi pada umumnya dan pendinginan, misal penyegar udara Pendingin air sentrifugal temperatur renda R50 Torak putar Lemari pamer, unit temperatur renda, refrigerasi dan pendinginan pada umumnya 3

24 R717 Torak Sentrifugal Unit pembuat es, ruang dingin, pendinginan larutan garam, peti es, pendinginan pabrik (prose) kimia Ring es, pendingin larutan garam, pendingin pabrik (proses) kimia Dibawa ini ada beberapa jenis refrigeran yang biasa dipergunakan, antara lain : 1. Udara Refrigeran ini sangat mura, tidak beracun dan tidak muda terbakar. Koefisien prestasi renda. Biasanya digunakan pada pesawat terbang.. Carbon Dioksida (CO ) Senyawa ini tidak berwarna, tidak berbau dan lebi berat dari udara. Titik didinya -78,5 C, berat jenisnya 1,56 dan anya dapat beroperasi pada tekanan tinggi seingga pemakaiannya terbatas dan biasanya dipakai pada proses refrigerasi dengan tekanan per ton yang besar. 3. Metil Clorida (CH 3 Cl) Berupa cairan tidak berwarna dan tidak berbau merangsang. Titik didinya 3,7 0 F. 4. Freon atau Cloro Fluoro Carbon (CFC) Freon merupakan refrigeran yang paling banyak digunakan dalam sistem pendingin. Baan dasarnya etane dan metane yang berisi fluor dan clor dalam komposisinya. Karena mengandung unsur clor refrigeran jenis ini mempunyai dampak penipisan ozon dimana akan berpengaru negatif teradap keidupan makluk idup di bumi. Selain itu, juga berdampak negatif teradap iklim, yaitu meningkatkan suu rata-rata dan perubaan iklim global serta pencemaran udara. Spesifikasi freon yang biasa digunakan dalam pendinginan Nama Rumus Kimia Titik Didi ( C) 4

25 Freon 11 CCl 3 F 3,8 Freon 1 CCl 3 F - 9,8 Freon 13 CClF 3-81,4 Freon 1 CHCL F 8,9 Freon CHClF - 40,8 5. Uap Air Refrigeran ini paling mura dan paling aman. Pemakaiannya terbatas untuk pendingin suu tinggi karena mempunyai titik beku yang tinggi, yaitu 0 C. pemakaian utamanya untuk comfort air cionditioning dan water cooling. 6. Hidrocarbon Dipakai pada industri karena arganya mura. Jenisnya butana, iso butana, propana, propylana, etana dan etylana. Semuanya muda terbakar dan meledak. Berikut ini macam-macam nama kimia dari idrokarbon : Ketentuan penomoran + Nama kimia Rumus kimia 50 Metana CH Etana C H 6 90 Propana C 3 H 8 7. Amonia (NH 3 ) Amonia ini digunakan secara luas pada mesin refrigerasi industri atau refrigerasi kapasitas besar. Titik didinya kurang lebi - 33 C. zat ini mempunyai karakteristik bau meskipun pada konsentrasi kecil di udara. Tidak dapat terbakar, tetapi meledak jika bereaksi dengan udara dengan prosentase 13,8 %. Ole karena itu efek korosi amonia, tembaga atau campuran tembaga tidak bole digunakan pada mesin dengan refrigeran amonia. 5

26 8. Azetropes Merupakan campuran dari beberapa refrigeran yang mempunyai sifat berbeda. Jenis yang banyak dipakai : Correne-7 Yang terdiri dari campuran 73,8 % freon-1 dan 6,% genetron 100. Refrigeran-50 Merupakan campuran dari 98,8 % freon-1 dan 51, % freon Larutan Garam (brine) Larutan garam (brine) juga digunakan untuk refrigeran misalnya untuk pendinginan lokasi lapangan es (ice skating rinks). 10. Sulfur Dioksida (SO ) Berupa gas atau cairan yang tidak berwarna, sangat beracun dan berbau merangsang. Senyawa ini tidak muda terbakar dan tidak muda meledak. Dengan titik didi 10,1 C. 11. Hydro Fluoro Carbon (HFC) HFC merupakan refrigeran baru sebagai alternatif untuk menggantikan posisi freon. Hal ini disebabkan karena refrigeran freon mengandung zat clor (Cl) yang dapat merusak lapisan ozon. Sedangkan HFC terdiri dari atom-atom idrogen, fluorine dan karbon tanpa adanya zat clor (Cl). Macam-macam HFC dan pemakaiannya : HFC 15 (CHF CF 3 ) Sebagai pengganti freon 115 / R115 untuk pendingin air. HFC 134a (CH 3 CH F) Merupakan alternatif pengganti freon-1 / R-1. tidak muda meledak dan tingkat kandungan racun renda, digunakan untuk pengkondisian udara, lemari es dan pendingin air. HFC 15a (CH 3 CHF ) 6

27 Sebagai pengganti freon-1 / R-1 digunakan untuk penyegaran udara, pendingin air. Karakteristik Refrigeran Karena refrigeran merupakan baan yang penting dalam proses refrigerasi, agar dapat menyerap panas (evaporasi) dan mengeluarkan panas (kondensasi) dengan baik. Karakteristik termodinamikanya antara lain meliputi temperatur penguapan serta temperatur pengembunan dan tekanan pengembunan. Persyaratan refrigeran untuk unit refrigerasi adala sebagai berikut : Tekanan penguapan arus tinggi Tekanan pengembunan yang tidak terlalu tinggi Kalor laten penguapan arus tinggi Volume spesifik (refrigeran) yang cukup kecil Koefisisen prestasinya arus tinggi Konduktifitas termal yang tinggi Viskositas yang renda dalam fase cair maupun fase gas Konstanta dielektrika dari refriegerasi yang kecil, taanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material Refrigerasi tidak bole beracun dan berbau merangsang Refrigerasi tidak bole muda terbakar dan meledak Refrigerasi arus muda didieteksi, jika terjadi kebocoran Harganya tidak maal dan muda diperole Hal-al yang perlu diperatikan dalam pemilian refrigeran: 1. Temperatur media yang akan didinginkan. Disini perlu perbedaan temperatur yang cukup antara media dan refrigeran (yang optimal 510C). Misal, untuk mendinginkan media pada temperatur -10C maka temperatur refrigeran adala sekitar -0C. 7

28 Hal lain yang perlu diperatikan adala tekanan minimum (tekanan dalam evaporator) dalam sistem arus sedikit lebi besar dari tekanan atmosfer untuk mencega masuknya udara masuk dalam sistem perpipaan. Dengan kata lain refrigeran arus mempunyai tekanan jenu sedikit lebi besar dari 1 atm pada -0C (dalam conto di atas).. Temperatur media dimana panas dibuang Temperatur ini akan menentukan temperatur minimum refrigeran. Misal, untuk refrigerator ruma tangga maka refrigeran tidak bole dibawa 40C (kondisi Indonesia). Juga tekanan jenu dari refrigeran di kondenser arus dibawa tekanan kritisnya. Dari semua uraian diatas, dapat diambil beberapa kesimpulan : 1. Setiap refrigeran mempunyai sifat dan karakter yang berbeda-beda, dan juga mempunyai kelebian dan kekurangan. Titik didi refrigeran sangat mempengarui dalam penyerapan kalor pada suatu ruangan. Apabila titik didi refrigeran tinggi maka kalor ruangan akan sulit diserap ole refrigeran dan titik didi refrigeran yang renda maka kalor ruangan dapat diserap ole refrigeran. 3. Kemampuan penyerapan kalor pada ruangan semakin besar apabila titik didi suatu fluida refrigeran semakin renda. 4. Dalam memili refrigeran arusla selektif mungkin agar tidak terjadi dampak yang merugikan pada lingkungan sekitar. 5. Freon atau HFC mempunyai sifat yang dapat merusak lapisan ozon, ole karena itu diciptakanla HFC yang lebi rama lingkungan dan tidak merusak lapisan ozon. 8