BAB II DASAR TEORI 2.1 SALJU Salju memiliki definisi butiran uap air berwarna putih bagaikan kapas yang membeku di udara dan jatuh ke bumi akibat temperatur udara di daerah itu berada di bawah titik beku. Butiran uap air, sebenarnya secara tidak sadar udara yang tidak tampak ini adalah uap air, buktinya dalam temperatur udara sering kali ada juga pengukur kelembaban udara. Warna putih adalah pantulan cahaya. Jadi permasalahan utama adalah bagaimana membuat temperatur udara di bawah titik beku. Pada suhu tertentu (disebut titik beku, 0 Celsius, 32 Fahrenheit), salju biasa meleleh dan hilang. Proses saat salju/es berubah secara langsung ke dalam uap air tanpa mencair terlebih dulu disebut menyublim. Proses lawannya disebut pengendapan. Berikut ini adalah bentuk-bentuk dasar dari salju. 1. Prisma Gambar 2.1 Bentuk Kristal Prisma Bentuk prisma ini sangat tipis sehingga sangat sulit untuk dilihat oleh mata. Bentuknya mirip dengan pensil kayu. 5
2. Stellar Plates Gambar 2.2 Bentuk Kristal Stellar Plates Kristal Stellar Plate berbentuk kepingan salju tipis, menyerupai piring dengan luas enam lengannya menyerupai bintang. Biasanya dihiasi dengan tanda-tanda simetris. Terbentuk ketika suhu sudah dekat -2 C (28 F) atau dekat -15 C ( 5F) morfologi kristal salju diagram. 3. Sectored Plates Gambar 2.3 Bentuk Kristal Sectored Plate Bentuk Kristal Sectored Plates mempunyai bentuk seperti pegunungan yang mengarah ke sudut-sudut serta kemiripan dengan bentuk persegi enam yang sama besar. 6
4. Stellar Dendrites Gambar 2.4 Bentuk Kristal Stellar Plates Kristal Sectored Plates berbentuk seperti pohon, dengan pelat kristal salju yang memiliki cabang-cabang. Ukurannya cukup besar, dengan diameter 2-4 mm. Kristal ini mudah dilihat dengan mata telanjang. 5. Fernlike Stellar Dendrites Gambar 2.5 Bentuk Kristal Fernlike Stellar Dendrites Kristal salju Fernlike Stellar Dendrites berbentuk menyerupai pakis. Kristal salju ini adalah kristal salju terbesar dengan ukuran 5 mm atau lebih. 7
6. Hollow Columns Gambar 2.6 Bentuk Kristal Hollow Columns Kristal salju Hollow Columns berbentuk tabung dengan lubang kerucut di dalamnya. Bentuknya kecil sehingga membutuhkan kaca pembesar untuk melihatnya. 7. Needles Gambar 2.7 Bentuk Kristal Needles Kristal Needles terbentuk pada suhu 5 C (23 F). Jika kita lihat dengan mata telanjang akan menyerupai rambut uban yang berukuran kecil. 8
8. Capped Columns Gambar 2.8 Bentuk Kristal Capped Columns Kristal ini perubahan dari kristal-kristal sebelumnya. Sangat sulit ditemukan saat hujan salju. Tetapi, kita bisa menemukannya jika kita memang mencarinya dengan teliti. 9. Double Plates Gambar 2.9 Bentuk Kristal Double Plates Perubahan dari Capped Columns yang tingginya menyusut oleh keadaan suhu. Jarang ditemukan, kecuali kita mencarinya dengan penuh ketelitian. 9
10. Split Plates and Stars Gambar 2.10 Bentuk Kristal Split Plates And Stars Kristal ini perubahan dari Double Plates, bentuknya terlihat seperti 2 kristal es yang mengalami penggabungan. 11. Triangular Crystals Gambar 2.11 Bentuk Kristal Triangular Crystals Kristal es dengan bentuk hampir menyerupai segitiga, tetapi tetap dengan enam sisi. biasa terjadi pada suhu -2 C (28 F). Tetapi pada kenyataannya sangat jarang terjadi. 10
12. Sided Snowflakes Gambar 2.12 Bentuk Kristal Sided Snowflakes Kristal ini berbentuk twinning (kristal kembar). Kristal ini sangat jarang, karena biasanya salju turun hanya membawanya sedikit. 13. Bullet Rosettes Gambar 2.13 Bentuk Kristal Bullet Rosettes Hujan salju yang turun menghasilkan beberapa kristal dan terbentuk secara acak. Kadang-kadang menghasilkan kolom-kolom yang unik. Jika bentuk ini terpotong akan menghasilkan peluru-peluru berbentuk kristal. 11
14. Radiating dendrites Gambar 2.14 Bentuk Kristal Radiating Dendrites Ketika Polykristal terbentuk biasanya juga membentuk kristal salju ini dan memiliki cabang-cabang lebih banyak dari jenis dendrites lainnya. 15. Rimed Crystals Gambar 2.15 Bentuk Kristal Rimed Crystals Bentuk Rimed Crystals yakni bentuk dimana kristal-kristal salju di dalamnya masih terdapat butiran-butiran air. 12
16. Irregular Crystals Gambar 2.16 Bentuk Kristal Irregular Crystals Salju ini sulit diidentifikasi karena bentuknya sudah tidak beraturan lagi. Biasanya mereka saling berkelompok dengan bentuk-bentuk yang tidak sempurna lagi. 2.2 PROSES HUJAN SALJU Proses terjadinya salju berawal dari uap air yang berkumpul di atmosfer Bumi, kumpulan uap air mendingin sampai pada titik kondensasi (yaitu temperatur dimana gas berubah bentuk menjadi cair atau padat), kemudian menggumpal membentuk awan. Pada saat awal pembentukan awan, massanya jauh lebih kecil daripada massa udara sehingga awan tersebut mengapung di udara, persis seperti kayu balok yang mengapung di atas permukaan air. Namun, setelah kumpulan uap terus bertambah dan bergabung ke dalam awan tersebut, massanya juga bertambah sehingga pada suatu saat udara tidak sanggup lagi menahannya. Awan tersebut pecah dan partikel air pun jatuh ke Bumi. Partikel air yang jatuh itu adalah air murni (belum terkotori oleh partikel lain). Air murni tidak langsung membeku pada temperatur 0 C, karena pada suhu tersebut terjadi perubahan fase dari cair ke padat. Untuk membuat air murni beku dibutuhkan temperatur lebih rendah daripada 0 C. Ini juga terjadi saat kita menjerang air, air menguap kalau temperaturnya di atas 100 C karena pada 100 C adalah perubahan fase dari cair ke uap. Untuk mempercepat perubahan fase 13
sebuah zat, biasanya ditambahkan zat-zat khusus, misalnya garam dipakai untuk mempercepat fase pencairan es ke air. Biasanya temperatur udara tepat di bawah awan adalah di bawah 0 Celcius (temperatur udara tergantung pada ketinggiannya di atas permukaan air laut). Tetapi, temperatur yang rendah saja belum cukup untuk menciptakan salju. Saat partikel-partikel air murni tersebut bersentuhan dengan udara, maka air murni tersebut terkotori oleh partikel-partikel lain. Ada partikel-partikel tertentu yang berfungsi mempercepat fase pembekuan, sehingga air murni dengan cepat menjadi kristal-kristal es. Partikel-partikel pengotor yang terlibat dalam proses ini disebut nukleator, selain berfungsi sebagai pemercepat fase pembekuan, juga perekat antar uap air. Sehingga partikel air (yang tidak murni lagi) bergabung bersama dengan partikel air lainnya membentuk kristal lebih besar. Jika temperatur udara tidak sampai melelehkan kristal es tersebut, kristalkristal es jatuh ke tanah. Dan terjadilah salju. Jika tidak, kristal es tersebut meleleh dan sampai ke tanah dalam bentuk hujan air. Pada banyak kasus di dunia ini, proses turunnya hujan selalu dimulai dengan salju beberapa saat dia jatuh dari awan, tetapi kemudian mencair saat melintasi udara yang panas. Kadang kala, jika temperatur sangat rendah, kristal-kristal es itu bisa membentuk bola-bola es kecil dan terjadilah hujan es. Kota Bandung termasuk yang relatif sering mengalami hujan es. Jadi, ini sebabnya kenapa salju sangat susah turun secara alami di daerah tropis yang memiliki temperatur udara relatif tinggi dibanding wilayah yang sedang mengalami musim dingin. 2.3 KOMPONEN SISTEM REFRIGERASI Komponen sistem refrigerasi ada macam-macam yaitu komponen pokok dan komponen pendukung. Komponen pokoknya adalah : 1. kompresor 14
2. kondensor 3. katup ekspansi, dan 4. evaporator untuk komponen pendukung terbagi dalan 3 kelompok, yaitu : 1. komponen pendukung mekanik 2. komponen pendukung listrik 3. komponen pendukung mekanik dan listrik. Komponen Utama 1. Kompresor Alat ini merupakan salah satu komponen utama dari sistem refrigerasi kompresi uap. Kegunaan kompresor pada sistem refrigerasi adalah : 1. Mengisap bahan pendingin dari evaporator dengan tekanan rendah lalu uap tersebut dikompresi sehingga menjadi uap bersuhu dan bertekanan tinggi yang kemudian dialirkan ke kondensor untuk membuang panasnya ke lingkungan. 2. Kondensor Menurut media / zat yang mendinginkannya, kondensor dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu : 1. Air-Cooled Condensor, menggunakan udara sebagai media pendinginnya. 2. Water-Cooled Condensor, menggunakan air sebagai media pendinginnya. 3. Evaporative Condensor, menggunakan campuran air dan udara sebagai media pendinginnya. Faktor penting menentukan kondensor adalah : 1. Luas permukaan yang diinginkan 2. Jumlah udara permenit yang dipakai untuk mendinginkan 15
3. Perbedaan suhu antara bahan pendingin dengan udara luar 3. Evaporator Evaporator merupakan suatu media pemindah panas dimana refrigeran cair yang mudah menguap dalam pipa evaporator. Refrigeran cair diuapkan dengan tujuan untuk mengambil panas dari ruang atau produk yang didinginkan. Evaporator dapat dikelompokan menurut beberapa cara: 1. Menurut jenis kontruksinya. 2. Menurut metoda pemberian cairan refrigeran. 3. Menurut kondisi operasi. 4. Menurut metoda sirkulasi udara/cairan. 5. Menurut jenis kontrol cairan refrigeran. 6. Menurut terapannya. yaitu: Menurut jenis kontruksinya ada tiga macam jenis kontruksi evaporator, Pipa telanjang (bare tube). Permukaan pelat (plate surface). Bersirip (finned). Yang digunakan pada laboratorium refrigerasi ini adalah jenis evaporator bersirip. Evaporator bersirip adalah koil pipa telanjang yang diberi pelat-pelat logam tipis (fin). Sirip-sirip tersebut berfungsi untuk membantu perpindahan panas yang terjadi antara pipa refrigeran dengan udara sekelilingnya, dalam hal ini sirip-sirip tersebut merupakan perluasan permukaan perpindahan panas, sehingga meningkatkan efisiensi pendinginan udara. Agar perpindahan panas terjadi seefektif mungkin, maka sirip harus terhubung ke pipa sedemikian sehingga terdapat kontak termal (konduktif) yang baik antara pipa dan sirip. Ada yang dengan cara solder, ada yang dicelup dalam cairan timah, ada yang disisipkan kedalam pipa, ada yang pipa tersebut diberikan 16
tekanan sehingga pipa mengembang dan membuat sirip lebih kuat/kokoh pegangannya. Ukuran dan jarak sirip bergantung pada jenis terapannya dimana jenis koil dirancang. Ukuran pipa menentukan ukuran sirip, pipa yang kecil membutuhkan sirip yang kecil jika ukuran pipa makin besar maka ukuran sirip juga akan semakin besar. Jarak antara sirip bervariasi antara 40 sampai 500 sirip permeter, terutama tergantung dari temperatur kerja koil. Pembentukan kristal- kristal es pada koil-koil pendingin udara yang bekerja pada temperatur rendah adalah tidak dapat dihindari, dan karena pembentukan/pengumpulan kristal-kristal es pada koil-koil pendingin udara yang bekerja pada temperatur rendah adalah tidak dapat dihindari, dan karena pembentukan/pengumpulan kristal-kristal es pada koil-koil yang bersirip cenderung untuk membatasi aliran udara antar sirip-sirip dan menghambat sirkulasi udara melalui koil, maka evaporator yang dirancang untuk terapan temperatur rendah harus memiliki jarak antar sirip yang lebar (80 sampai 200 sirip permeter) untuk mengurangi bahaya hambatan sirkulasi udara. Sebaliknya, koil yang dirancang untuk tata udara dan instalasi lain dimana temperatur bekerja pada temperatur cukup tinggi (0 sampai 10 o C ) sehingga tidak terdapat kristal-kristal es yang terkumpul pada permukaan koil, maka jarak antara sirip dapat sedekat 1,8 mm. Jika sirkulasi udara pada koil-koil bersirip adalah berdasarkan gravitasi, maka koil sedapat mungkin harus mempunyai tahanan aliran udara sekecil mungkin sehingga secara umum jarak antar sirip harus lebih lebar untuk koil-koil jenis konveksi natural daripada untuk koil-koil yang mempunyai kipas. 4. Katup Ekspansi Katup ekspansi termostatik merupakan alat pengatur aliran refrigeran yang banyak di pakai untuk sistem refrigerasi dan air conditioning. Katup ekspansi tersebut dapat mengatur jumlah refrigeran yang mengalir ke evaporator sesuai dengan beban evaporator dan 17
mempertahankan efisiensi evaporator yang maksimum pada setiap keadaan beban evaporator yang berubah-ubah. Berfungsi menurunkan tekanan di evaporator, sehingga bahan pendingin cair di evaporator dapat menguap pada suhu yang lebih rendah dan menyerap panas lebih banyak dari ruangan dekat evaporator. Pipa kapiler merupakan pipa yang diameternya kecil, dengan diameternya yang kecil ini maka cairan refrigeran yang berasal dari kondensor dimana masih dalam keadaan bersuhu dan bertekanan tinggi akan diturunkan suhu dan tekanannya yang akhirnya akan menghasilkan cairan refrigeran yang bersuhu dan bertekanan rendah, lebih rendah dari suhu dan tekanan lingkungan. 5. Komponen Pendukung Dalam sistem refrigerasi, komponen pendukung ini dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu : 1. Komponen pendukung mekanik 2. Komponen pendukung listrik 3. Komponen pendukung mekanik dan listrik (elektromekanik) Komponen Pendukung Mekanik 1. Liquid receiver Liquid receiver berfungsi sebagai penyimpan cairan refrigeran yang berasal dari kondensor sehingga refrigeran yang mengalir ke liquid line telah dipastikan menjadi cair semua dimana sisi luar (outlet) pipa saluran liquid receiver berada dibagian dasar. Liquid receiver ini ditempatkan sesudah kondensor dan sebelum filter dryer, fungsinya juga sebagai penampung cairan refrigeran pada saat pump down. 18
2. Accumulator Accumulator fungsinya adalah agar fasa cair tidak masuk ke kompresor. Serta mencegah refrigeran cair masuk kompresor yang akan mengakibatkan liquid suction. 3. Heat Exchanger (penukar kalor) Beberapa sistem refrigerasi dilengkapi dengan penukar kalor. Yang letaknya antara saluran suction dengan saluran fasa cair refrigeran (liquid line). Permukaan pipa pada saluran suction ditempelkan dengan permukaan pipa pada saluran liquid line. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa refrigeran yang akan masuk ke kompresor dari saluran suction line dalam keadaan uap seluruhnya. Dan refrigeran yang masuk ke alat expansi dari liquid line akan berfasa cair seluruhnya. 4. Filter Dryer Filter dryer yang asli terdiri atas silica gel yang berfungsi sebagai penyerap uap air dan screen yang terdiri dari kawat kassa yang sangat halus yang befungsi sebagai penyaring kotoran. 5. Sight Glass Alat ini dipasang setelah filter dryer dan berguna untuk melihat apakah refrigeran sudah cukup atau belum, disamping itu alat ini berfungsi untuk mengamati apakah refrigeran yang melewati sight glass benar-benar kering atau basah. 6. High Low Pressure (HLP) Saklar pemutus tekanan berfungsi melindungi sistem refrigerasi dan AC dari tekanan yang terlalu tinggi atau terlalu rendah, yaitu dengan membuka kontak atau terminal listrik sehingga rangkaian listriknya terputus. Setelah sistem tekanannya tidak berbahaya lagi maka kontak 19
saklar pemutus tekanan akan menutup, sehingga sistem akan kembali bekerja jika alat high low pressure yang digunakan auto reset. Saklar pemutus tekanan tinggi dan rendah merupakan gabungan dari kedua pemutus tekanan tinggi dan tekanan rendah yang disatukan dalam satu rumah. Saklar pemutus tekanan tinggi akan melindungi sistem dari tekanan yang terlalu tinggi sedangkan saklar pemutus tekanan rendah akan memutuskan aliran listrik jika tekanan kerja terlalu rendah dari batas yang telah ditentukan. 7. Pressure Gauge Alat ini disebut juga dengan manifold gauge, adalah alat bantu mekanik yang berfungsi sebagai petunjuk tekanan kerja pada sistem namun tekanan yang diukur bukan tekanan absolut melainkan tekanan gauge. Manifold ini terdiri dari dua jenis yaitu : High pressure gauge dan Low pressure gauge. Komponen Pendukung Kelistrikan Komponen pendukung kelistrikan adalah alat yang prinsip kerjanya menggunakan daya listrik sebagai power penggeraknya. 1. Mini Circuit Breaker (MCB) MCB adalah suatu alat yang digunakan untuk pengaman terhadap beban lebih dari satu arus hubung singkat. Jika terjadi arus beban lebih maka MCB ini akan bekerja memutuskan rangkaian dari sumber listrik. 2. Voltmeter pada sistem. Berfungsi untuk mengukur besarnya tegangan listrik yang dipakai 20
3. Wattmeter Adalah alat untuk mengukur besarnya daya yang digunakan untuk menjalankan sistem. 4. Ampere meter pada sistem. Berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik yang mengalir 5. Time Delay Relay (TDR) Adalah suatu alat yang berfungsi untuk menunda arus awal yang besar yang masuk kedalam alat ukur yang mempunyai tahanan dalam rendah, sehingga menghindari rusaknya alat tersebut. 6. Contactor Adalah komponen listrik yang berfungsi untuk melewatkan arus menuju komponen yang dituju dengan menggunakan saklar NO/OFF sebagai prinsip kerjanya. Kerja kontaktor ini didasarkan pada suatu kumparan yang dialiri arus yang mana saklar NO/NC akan membuka atau menutup sesuai dengan ada atau tidaknya arus yang masuk didalamnya. 7. Pilot lamp Digunakan sebagai indikator bahwa sistem atau komponen yang dihubungkan paralel sudah bekerja. (lampu indikator). 8. Termometer Digital Berfungsi untuk mengukur temperatur dengan sebuah alat bantuan yang disebut termokopel. 21
9. Line Up Terminal Pada dasarnya hanya untuk menghubungkan sambungan listrik. Alat ini memudahkan dalam menghubungkan sambungan-sambungan pada sistem kelistrikan. Komponen Pendukung Mekanik Dan listrik Didefinisikan sebagai alat yang bekerja ketika dipengaruhi oleh keadaan mekanik. Selenoid Valve Alat ini berfungsi untuk mencegah aliran refrigeran mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah pada saat sistem mati. Alat ini terdiri dari sebuah kumparan yang pada bagian tengahnya terbuat sebuah inti besi yang sifatnya magnet yang disebut dengan plunger motor. 22