BAB II MESIN PENDINGIN 2.1. Pengertian Mesin Pendingin Mesin Pendingin adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendinginkan air, atau peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas dari suatu tempat yang temperaturnya lebih tinggi. Didalan sistem pendinginan dalam menjaga temperatur rendah memerlukan pembuangan kalor dari produk pada temperatur rendah ke tempat pembuangan kalor yang lebih tinggi. Prinsip kerja mesin pendingin adalah jika motor penggerak berputar maka akan memutar kompresor. Dengan berputar kompresor, refrigeran akan naik suhu maupun tekanannya. Hal ini disebabkan molekul-molekul dari refrigeran bergerak lebih cepat akibat proses kompresi. Gas dari refrigeran akan merambat pada pipa pipa kondensor dan media pendinginan. Pada bagian kondensor diusahakan adanya media pendinginan yang baik, sebab dengan adanya pendinginan yang baik pada bagian kondensor akan membantu memperlancar terjadinya proses kondensasi. Temperatur dan tekanan gas refrigeran akan naik sampai keseimbangan dicapai. Setelah terjadi keseimbangan proses kondensasi (pengembunan) gas refrigeran mengalir menerusi saluran cairan tekanan tinggi menuju refrigeran control setelah melewati drier strainer (saringan). 2.2. Siklus Pendinginan (Refrigeration Cycle) Waktu kompresor sedang bekerja suhu dan tekanan refrigeran yang mengalir ke kondensor, pipa kapiler, dryer, evaporator akan menjadi tinggi. Klep tekan (discharge valve) menjadi terbuka dan klep hisap (sunction tube) menutup, dengan
terbukanya klep tekan uap yang dipompa oleh kompresor keluar melalui celah-celah klep tersebut dan masuk kedalam saluran tekan. Refrigeran yang masuk kedalam pipa kondensor panasnya akan diserap oleh udara yang mengalir melalui sela-sela pipa. Kondensor akan melepaskan panas dan mengubah refrigeran yang bersuhu tinggi menjadi cairan bertekanan tinggi. Pada gambar 2.1 dibawah ini ditunjukkan siklus pendinginan pada mesin pendingin. Gambar 2.1. Siklus Pendinginan Mesin Pendingin Uap yang berada dalam kondensor akan turun suhunya dengan tekanan yang tinggi dan menjadi cairan. Cairan tersebut mengalir kedalam dryer dan capillary tube yang mempunyai lubang diameter yang kecil sehingga tekanan diturunkan menjadi rendah sesuai temperatur pada evaporator. 2.3. Bahan Pendingin (Refrigeran) Bahan pendingin atau refrigeran adalah suatu zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan penndingin atau refrigeran yang digunakan untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya dalam kondensor.
Bahan pendingin (refrigeran) banyak sekali macamnya, tetapi tidak satupun yang dapat dipakai untuk semua keperluan pendinginan. Suatu bahan pendingin mempunyai syarat syarat untuk keperluan proses pendinginan antara lain : 1. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan. 2. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak pelumas dan sebagainya. 3. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin. 4. Bila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat alat yang sederhana maupun dengan alat detector kobocoran. 5. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah. 6. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap evaporator sebesar besarnya. 7. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar aliran refrigeran dalam pipa sekecil mungkin. 8. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh. 9. Konduktifitas thermal yang tinggi. 10. Konstanta dieletrika dari refrigeran yang kecil, tahanan lisrtrik yan besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. 11. Tidak merusak tubuh manusia. 2.3. Kompresor Kompresor adalah unit mesin pendingin yang berfungsi untuk mengsirkulasi refrigeran yang mengalir dalam unit mesin pendingin. Jika dilihat dari cara kerja mensirkulasikan refrigeran, maka kompresor dapat diklasifikasikan menjadi :
1. Kompresor Open Unit (Open Type Cmpressor) Jenis kompresor ini terpisah dari tenaga penggeraknya masing-masing bergerak sendiri dalam keadaan terpisah. Tenaga penggerak kompresor umumnya motor listrik. Salah satu ujung poros engkol dari kompresor menonjol keluar, sebuah puli dari luar dipasang pada ujung poros tersebut. Melalui tali kipas puli dihubungkan dengan tenaga penggeraknya. Pada gambar 2.2 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kompresor open type. Gambar 2.2. Konstruksi Kompresor Open Type Puli pada kompresor berfungsi sebagai roda gaya yang digunakan sebagai daun kipas untuk mendinginkan kondensor dan kompresor sendiri. Karena ujung poros engkol keluar dari rumah kompresor, maka harus diberi pelapis agar refigeran tidak bocor keluar.
2. Kompresor Sentrifugal Prinsip dari kompresor sentrifugal adalah menggunakan gaya sentrifugal untuk mendapatkan energi kinetik pada impeller sudu dan energi kinetik ini diubah menjadi tekanan potensial. Pada gambar 2.3 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kompresor sentrifugal. Gambar 2.3. Konstruksi Kompresor Sentrifugal Tekanan dan kecepatan uap yang rendah dari saluran sunction dihisap kedalam lubang masuk atau mata roda impeller oleh aksi dari shaft rotor, dan kemudian diarahkan dari ujung-ujung pisau kerumah kompresor untuk diubah menjadi tekanan yang bertambah. 3. Kompresor Scroll Prinsip kerja dari komprespr scroll adalah mengunakan dua buah scroll (pusaran). Satu scroll dipasang tetap dan salah satu scroll lainnya berputar pada orbit. Refrigeran dengan tekanan rendah dihisap dari saluran hisap oleh scroll dan dikeluarkan melalui saluaran tekan yang letaknya pada pusat orbit dari scroll tersebut.
Pada gambar 2.4 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kompresor scroll. Gambar 2.4. Konstruksi Kompresor Scroll 4. Kompresor Sekrup Uap refrigeran memasuki satu ujung kompresor dan meninggalkan kompresor dari ujung yang lain. Pada posisi langkah hisap terbentuk ruang hampa sehingga uap mengalir kedalamnya. Bila putaran terus berlanjut, refrigeran yang terkurung digerakkan mengelilingi rumah kompresor. Pada gambar 2.5 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kompresor sekrup. Gambar 2.5. Konstruksi Kompresor Sekrup Pada putaran selanjutnya terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil volume rongga dan menekan refrigeran tersebut keluar melalui saluran buang.
5. Kompresor Semi Hermetik Pada konstruksi semi hermetik bagian kompresor dan elektro motor masing-masing berdiri sendiri dalam keadaan terpisah. Untuk menggerakkan kompresor poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya langsung. Pada gambar 2.6 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kompresor semi hermetik. Gambar 2.6. Konstruksi Kompresor Semi Hermetik 2.4. Kondensor Kondensor mempunyai fungsi melepaskan panas yang diserap refrigeran di evaporator dan panas yang terjadi selama proses kompresi. Dilihat dari sisi media yang digunakan kondensor dapat dibedakan 2 macam : 1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser) Yaitu kondensor yang menggunakan udara sebagai media pendinginnya. Air cooled condenser mempunyai dua tipe diantaranya :
Natural Draught Condenser Dimana pelaksana perpindahan panasnya dilakukan dengan aliran udara secara alami. Force Draught Condenser Dimana pelaksanaan perpindahan panasnya dilakukan dengan aliran udara yang dipaksakan biasanya dilakukan dengan kipas udara dan blower. condenser. Pada gambar 2.7 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kondensor tipe air cooled Gambar 2.7. Konstruksi Kondensor Tipe Air Cooled Condenser 2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser) Water cooled condensor adalah kondensor yang menggunakan air sebagai media pendinginnya. Menurut proses aliran yang ada pada kondensor ini terbagi menjadi dua jenis yaitu :
Wate Water System Suatu sistem dimana air yang disuplai untuk kondensor diambil dari pusat pusat air kemudian dialirkan melewati kondensor setelah itu dibuang. Recirculating Water System Suatu sistem dimana air yang telah meninggalkan kondensor disalurkan kedalam cooling tower, untuk diturunkan temperaturnya pada temperatur yang dikehendaki. Sistem Pipa Air Dari Menara Pendingin Supaya mesin pendingin dapat bekerja dengan aman, maka harus dijamin adanya aliran air pendingin sesuai dengan yang diperlukan. Apabila kondensor terletak diatas permukaan air didalam bak menara pendingin, atau apabila kondensor terletak di bawah permukaan air dan pompa terletak diatas permukaan air dalam bak air, maka sebuah katup satu arah (check valve) harus dipasang diantara sisi keluar air pendingin dan pompa.
Pada gambar 2.8 dibawah ini ditunjukkan konstruksi kondensor tipe water cooled condenser. Gambar 2.8. Konstruksi Kondensor Tipe Water Cooled Condenser 2.5. Evaporator Evaporator adalah penukar kalor yang memegang peranan yang paling penting didalam siklus pendinginan, yaitu mendinginkan media sekitarnya. Evaporator berfungsi untuk mendinginkan udara ruangan atau cairan. Selain itu fungsi eavaporator pada sistem pendinginan adalah sebagai pipa penguapan. Dilihat dari betuknya, evaporator memiliki konstruksi yang sama dengan bagian kondensor yang hanya menggunakan diameter pipa lebih besar dibandingkan pipa untuk kondensor. Didalam tabung dipasang plat plat penyekat. Plat plat tersebut berfungsi sebagai penunjang pipa refrigeran dan mengalirkan cairan yang hendak didinginkan, sehingga dapat mengalir tegak lurus pada pipa dengan kecepatan tinggi.
Dengan demikian laju laju perpindahan kalor semakin baik karena kontak antara cairan yang hendak didinginkan dalam pipa refrigeran dapat dibuat lebih baik. Pada gambar 2.9 dibawah ini ditunjukkan konstruksi evaporator. Gambar 2.9. Konstruksi Evaporator 2.6. Pipa Kapiler (Capillary Tube) Pipa kapiler adalah pengatur bahan pendingin atau refrigeran pada sistem pendinginan yang ditempatkan pada antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Refrigeran cairan yang mengalir melalui pipa kapiler terjadi pressure drop yang berarti tekanan dan suhunya diturunkan sesuai dengan kebutuhan evaporator. Pada gambar 2.10 dibawah ini ditunjukkan konstruksi pipa kapiler. Gambar 2.10. Konstruksi Pipa Kapiler
Penggunaan pipa kapiler pada mesin pendingin akan mempermudah pada waktu start, karena dengan mempergunakan pipa kapiler pada saat sistem tidak bekerja tekanan pada kondensor dan evaporator selalu sama. Hal ini berarti meringankan tugas kompresor pada waktu start. 2.7. Pengering (Dryer) Pengering (dryer) dalam sistem pendinginan digunakan untuk untuk menyerap uap air dan menyaring kotoran yang tidak diperlukan dalam sistem. Didalam pengering diisikan bahan pengering dan kawat saringan. Pengering ditempatkan pada sisi tekanan tinggi dari sistem pendinginan, yaitu pada saluran cairan didekat pipa kapiler. Pengering tersebut sebaiknya dipasang pada posisi kedudukan tegak dengan lubang masuk pada bagian bawah. Umumnya pengering dipasang secara permanen, hanya ditukar apabila bahan pengering telah tidak dapat menyerap uap air lagi. Jika kompresor rusak atau motornya terbakar, maka pengering harus ditukar dengan yang baru karena saringan telah kotor bahan pengering juga tidak dapat menyerap uap air lagi. Pada gambar 2.11 dibawah ini ditunjukkan konstruksi pengering. Gambar 2.11. Konstruksi Pengering (Dryer)
2.8. Katup Ekspansi Otomatik (Automatic Expansion Valve) Katup ekspansi otomatik digunakan untuk mengatur jumlah refrigeran yang masuk pada evaporator dalam batas yang sama dengan kapasitas isap kompresor. Selama sistem sedang bekerja, katup tersebut dapat mempertahankan tekanan evaporator dan tekanan saluran isap tetap konstan, sehingga beban kompresor juga menjadi konstan. Pada gambar 2.12 dibawah ini ditunjukkan bentuk katup ekspansi otomatik. Gambar 2.12. Katup Ekspansi Otomatik Pada dasarnya katup tersebut terdiri dari : jarum dan dudukanya, diafragma, sebuah pegas dengan baut pengatur, sebuah saringan pada bagian masuk. Katup ekspansi otomatik bekerja berdasarkan tekanan yang seimbang pada diafragma, dari dua tekanan yang berlawanan dan saling mengimbangi. Prinsip kerja katup ekspansi otomatik adalah apabila tekanan evaporator P 2 menekan diafragma keatas, membuat lubang saluran refrigeran menutup.
Tekanan pegas yang dapat diatur P 3 menekan diafragma pada arah yang berlawanan, membuat lubang saluran refrigeran membuka. Pada gambar 2.13 dibawah ini ditunjukkan prinsip kerja katup ekspansi otomatik. Gambar 2.13. Prinsip Kerja Katup Ekspansi Otomatik 2.9. Katup Ekspansi Termostatik (Thermostatic Expansion Valve) Katup ekspansi termostatik merupakan alat pengatur refrigeran yang paling banyak dipakai untuk sistem pendinginan. Katup ekspansi tersebut dapat mengatur jumlah refrigeran yang mengalir dalam evaporator sesuai dengan beban evaporator yang maksimum pada setiap keadaan beban evaporator yang berubah-ubah. Katup ekspansi termostatik dapat mempertahankan uap panas lanjut yang konstan. Katup ekspansi tersebut tidak mengatur tekanan dan temperatur dalam evaporator, tetapi mengontrol jumlah refrigeran yang mengalir masuk dalam evaporator. Refrigeran yang mengalir melalui katup ekspansi termostatik lalu pada evaporator, selain dikontrol oleh tekanan rendah dalam evaporator, juga oleh
temperatur dan tekanan pada akhir evaporator. Pada gambar 2.14 dibawah ini ditunjukkan bentuk katup ekspansi termostatik. Gambar 2.14. Katup Ekspansi Termostatik