Komponen yang menjadi tempat terjadinya penguapan refrigerant adalah

Refrigerasi adalah produksi atau pengusahaan dan pemeliharaan tingkat suhu dari suatu bahan atau ruangan pada tingkat yang lebih rendah dari pada suhu lingkungan atau atmosfir sekitarnya dengan cara penarikan atau penyerapan panas dari bahan atau ruangan tersebut. Refrigrasi dapat dikatakan juga sebagai sebagai proses pemindahan panas dari suatu bahan atau ruangan ke bahan atau ruangan lainnya (Ilyas, 1993), sedangkan menurut Hartanto (1985) pendinginan atau refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas pada suatu benda dimana proses ini terjadi karena proses penguapan bahan pendingin (refrigeran), dan menurut Arismunandar dan Saito (2005) refrigerasi adalah usaha untuk mempertahankan suhu rendah yaitu suatu proses mendinginkan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan kondisi yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu, faktor suhu dan temperatur sangat berperan dalam memelihara dan mempertahankan nilai kesegaran ikan.

Refrigrasi memanfaatkan sifat-sifat panas (thermal) dari bahan refrigerant selagi bahan itu berubah keadaan dari bentuk cairan menjadi bentuk gas atau uap da sebaliknya dari gas kembali menjadi cairan (Ilyas, 1993).

PRINSIP DASAR REFRIGRASI MEKANIK

1. Gambaran Umum Refrigerasi Mekanik

Prinsip dasar dari refrigerasi mekanik adalah proses penyerapan panas dari dalam suatu ruangan berinsulasi tertutup kedap lalu memindahkan serta mengenyahkan panas keluar dari ruangan tersebut. Proses merefrigerasi ruangan tersebut perlu tenaga atau energi. Energi yang paling cocok untuk refrigerasi adalah tenaga listrik yaitu untuk menggerakkan kompresor pada unit refrigerasi (Ilyas, 1993 ).

2. Proses Yang Berlangsung Dalam Sistem Refrigerasi

Dalam suatu sistem refrigrasi mekanik, berlangsung beberapa proses fisik yang sederhana. Jika ditinjau dari segi termodinamika, seluruh proses perubahan itu terlibat tenaga panas, yang dikelompokkan atas panas laten penguapan, panas sensibel, panas laten pengembunan dan lain sebagainya. Menurut Sofyan Ilyas (1993), suatu siklus refrigrasi secara berurutan berawal dari pemampatan, melalui pengembunan (kondensasi), pengaturan pemuaian dan berakhir pada penguapan (evaporasi).

Satu siklus refrigrasi kompresi uap adalah sebagai berikut:

Pemampatan (kompresi). Uap refrigeran lewat panas bersuhu dan tekanan rendah yang berasal dari proses pengupan dimampatkan oleh kompresor menjadi uap bersuhu dan bertekanan tinggi agar kemudian mudah diembunkan, uap kembali menjadi cairan didalam kondensor.
Pengembunan (kondensasi). Proses pengembunan adalah proses pengenyahan atau pemindahan panas dari uap refrigeran bersuhu dan bertekanan tinggi hasil pemampatan kompresor ke medium pengembun di luar kondensor.
Pemuaian. Pemuaian adalah proses pengaturan kesempatan bagi refrigeran cair untuk memuai agar selanjutnya dapat menguap di evaporator.
Penguapan (evaporasi), pada proses ini, refrigeran cair berada dalam pipa logam evaporator mendidih dan menguap pada suhu tetap, walaupun telah menyerap sejumlah besar panas dari lingkungan sekitarnya yang berupa zat alir dan pangan dalam ruangan tertutup berinsulasi. Panas yang diserap dinamakan “panas laten penguapan.

Gambar 1. Siklus Refrigerasi

KOMPONEN SISTEM REFRIGERASI

1. Komponen Utama Sistem Refrigrasi

Komponen pokok adalah komponen yang harus ada / dipasang dalam mesin refrigerasi. Menurut Hartanto (1985) komponen pokok tersebut meliputi : Kompresor, kondensor, tangki penampung (receiver tank), katup ekspansi dan evaporator. Masing-masing komponen dalam sistem kompresi uap mempunyai sifat-sifat yang tersendiri (Stoecker,1989).

a. Kompresor

Kompresor merupakan jantung dari suatu sistem refrigerasi mekanik, berfungsi untuk menggerakkan sistem refrigerasi agar dapat mempertahankan suatu perbedaan tekanan antara sisi tekanan rendah dan sisi tekanan tinggi dari sistem (Ilyas, 1993).

Kompresor refrigerasi yang paling umum adalah kompresor torak (reciprocating compressor), sekrup (screw), sentrifugal, sudu (vane). (Stoecker, 1989).

Menurut Hartanto (1985) berdasarkan cara kerjanya kompresor dapat dibedakan menjadi dua, yaitu kompresor torak dan kompresor rotary.

1) Kompresor torak

Kompresor torak yaitu kompresor yang kerjanya dipengaruhi oleh gerakan torak yang bergerak menghasilkan satu kali langkah hisap dan satu kali langkah tekan yang berlainan waktu. Kompresor torak lebih banyak digunakan pada unit mesin pendingin berkapasitas besar maupun kecil seperti lemari es, cold storage, coll room.

Gambar 2. Kontruksi kompresor torak silinder ganda

2) Kompresor rotary

Kompresor rotary yaitu kompresor yang kerjanya berdasarkan putaran roller pada rumahnya, prinsip kerjanya adalah satu putaran porosnya akan terjadi langkah hisap dan langkah tekan yang bersamaan waktunya, kompresor rotary terdiri dua macam yaitu kompresor rotary dengan pisau / blade tetap.

Gambar 3. Kompresor rotary dengan dua buah blade / pisau

Berdasarkan kontruksinya, kompresor terdiri dari :

1) Kompresor tertutup

Kompresor jenis ini banyak digunakan pada unit mesin refrigerasi yang kecil. Kompresor tertutup dibedakan dua macam yaitu kompresor hermetik dan kompresor semi hermetik

a) Kompresor hermetik

Kompresor yang di bangun dengan tenaga penggeraknya (motor listrik) dalam satu tempat tertutup. Jenis kompresor hermetik yang sering digunakan adalah kompresor hermetik torak pada lemari es dan kompresor hermetik rotary pada air conditioner.

b) Kompresor semi hermetik

Kompresor yang bagian rumah engkolnya dibangun menjadi satu dengan motor listriknya sebagai tenaga penggerak. Pada kompresor ini tidak diperlukan penyekat poros sehingga dapat dicegah terjadinya kebocoran gas refrigeran.

2) Kompresor terbuka

Kompresor yang dibangun terpisah dengan motor penggeraknya. Jenis ini banyak digunakan pada unit refrigerasi yang berkapasitas besar seperti pabrik es, cold strorage. Pada kompresor terbuka salah satu porosnya keluar dari kompresor untuk menerima putaran dari tenaga penggeraknya.

a. Kondensor

Pengembun atau kondensor adalah bagian dari refrigerasi yang menerima uap refrigeran tekanan tinggi yang panas dari kompresor dan mengenyahkan panas pengembunan itu dengan cara mendinginkan uap refrigerant tekanan tinggi yang panas ke titik embunnya dengan cara mengenyahkan panas sensibelnya. Pengenyahan selanjutnya panas laten menyebabkan uap itu mengembun menjadi cairan.(Ilyas,1993)

Jenis- jenis kondensor yang kebanyakan dipakai adalah sebagai berikut:

1) Kondensor pipa ganda (Tube and Tube)

Jenis kondensor ini terdiri dari susunan dua pipa koaksial, dimana refrigeran mengalir melalui saluran yang berbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran refrigeran.

Gambar 4. Kondensor pipa ganda (Tube and Tube Condensor )

Keterangan :

Uap refrigeran masuk e. Tabung luar
Air pendingin keluar f. Sirip bentuk bunga
Air pendingin masuk g. Tabung dalam
Cairan refrigeran keluar

1) Kondensor tabung dan koil ( Shell and Coil )

Kondensor tabung dan koil adalah kondensor yang terdapat koil pipa air pendingin di dalam tabung yang di pasang pada posisi vertikal. Tipe kondensor ini air mengalir dalam koil, endapan dan kerak yang terbantuk dalam pipa harus di bersihkan dangan bahan kimia atau detergen.

2) Kondensor pendingin udara

Kondensor pendingin udara adalah jenis kondensor yang terdiri dari koil pipa pendingin yang bersirip pelat (tembaga atau aluminium). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin, gas refrigeran yang bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur mencair dalam alirannya ke bawah.

3) Kondensor tabung dan pipa horizontal (Shell and Tube)

Kondensor tabung dan pipa horizontal adalah kondensor tabung yang di dalamnya banyak terdapat pipa – pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir dalam pipa – pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa terikat pada pelat pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat untuk membagi aliran air yang melewati pipa – pipa.

Gambar 5. Kondensor selubung dan tabung (Shell and Tube condenser)

Keterangan :

Saluran air pendingin keluar 6. Pengukur muka cairan
Saluran air pendingin masuk 7. Saluran masuk refrigeran
Pelat pipa 8. Tabung keluar refrigeran
Pelat distribusi 9. Tabung
Pipa bersirip

Kondensor yang sering digunakan pada kapal-kapal ikan adalah kondensor jenis shell and tube. Kondensor ini terbuat dari sebuah silinder besar yang di dalamnya terdapat susunan pipa-pipa untuk mengalirkan air pendingin.

a. Tangki penampung (receiver tank)

Tangki penampung (Receiver) adalah tangki yang digunakan untuk menyimpan refrigerant cair yang berasal dari pengeluaran kondensor (Ilyas,1993).

Namun, apabila temperatur air pendingin didalam kondensor relatif rendah, dan temperatur ruang mesin di manatangki penampung cairan dipasang lebih tinggi, kadang – kadang cairan refrigeran yang terjadi di dalam kondensor tidak dapat mengalir dengan mudah. Dalam hal ini, bagian atas kondensor harus dihubungkan dengan bagian atas penerima cairan oleh penyama tekanan (Arismunandar dan Saito, 2005).

Menurut Ilyas (1993), sebagai tempat refrigeran, receiver mempunyai empat fungsi yaitu :

Menyimpan refrigeran cair selama operasi dan untuk maksud servis.
Meningkatkan perubahan dalam muatan refrigeran dan volume cairan, yakni pemuaian dan penyusutan refrigeran karena perubahan suhu.
Sebagai tempat penyimpanan refrigeran bilamana sistem refrigerasi dimatikan untuk tujuan perbaikan dan pemeliharaan serta pada saat sistem akan dimatikan dalam jangka waktu yang lama.

Pada receiver dilengkapi dengan sebuah gelas penduga untuk melihat kapasitas freon dalam sistem dan juga dilengkapi dengan katup keamanan sebagai pengaman untuk mengatasi tekanan yang berlebihan dalam sistem.

Gambar 6. Receiver

a. Katup Ekspansi

Katup ekspansi dipergunakan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah.Pada waktu katup ekspansi membuka saluran sesuai dengan jumlah refrigeran yang diperlukan oleh evaporator, sehingga refrigeran menguap sempurna pada waktu keluar dari evaporator (Arismunandar & Saito, 2005).

Apabila beban pendingin turun, atau apabila katup ekspansi membuka lebih lebar, maka refrigeran didalam evaporator tidak menguap sempurna, sehingga refrigeran yang terhisap masuk kedalam kompresor mengandung cairan. Jika jumlah refrigeran yang mencair berjumlah lebih banyak atau apabila kompresor mengisap cairan, maka akan terjadi pukulan cairan (Liquid hammer) yang dapat merusak kompresor. (Arismunandar & Saito, 2005)

Menurut Hartanto (1985), katup ekspansi berdasarkan cara kerjanya terdiri dari :

1) Katup ekspansi manual / tangan

Berfungsi untuk mengontrol arus refrigerant supaya tepat mengimbangi beban refrigrasi. Alat ini hanya digunakan kalau beban refrigrasi konstan yang menunjukkan bahwa perubahan kecil dan berkembang lambat. Sering dipasang paralel dengan alat kontrol lain sehingga system dapat tetap dioperasikan jika katup yang lain dalam keadaan rusak (Ilyas,1993).

Gambar 7. Katup Ekspansi Manual

2) Katup ekspansi automatik

Katup yang cara kerjanya berdasarkan tekanan dalam evaporator. Cara kerja katup ini adalah pada waktu mesin pendingin tidak bekerja, katup ekspansi tertutup karena tekanan dalam evaporator lebih besar daripada tekanan pegas katup yang telah diatur. Setelah mesin bekerja, uap didalam evaporator akan terhisap oleh kompresor sehingga tekanan didalam evaporator berkurang. Setelah tekanan didalam evaporator lebih rendah daripada tekanan pegas maka pegas akan mengembangkan diafragma dan mendorong katup sehingga membuka.

3) Katup ekspansi thermostatis (thermostatic expantion valve)

Katup ini bertugas mengontrol arus refrigran yang dioperasikan secara mengindera oleh suhu dan tekanan di dalam evaporator dan mensuplai refrigeran sesuai kebutuhan evaporator. Operasi katup ini dikontrol oleh suhu bulb kontrol dan oleh tekanan didalam evaporator (Ilyas,1993).

Gambar 8. Katup Ekpansi Thermostatik

a. Evaporator

Evaporator berguna untuk menguapkan cairan refrigeran, penguapan refrigeran akan menyerap panas dari bahan / ruangan, sehingga ruangan disekitar menjadi dingin.

Menurut Arismunandar dan Saito (2005), penempatan evaporator dibedakan menjadi empat macam sesuai dengan keadaan refrigeran didalamnya, yaitu :

1) Evaporator kering (dry expantion evaporator)

2) Evaporator setengah basah

3) Evaporator basah (flooded evaporator), dan

4) Sistem pompa cairan

Pada evaporator kering, cairan refrigeran yang masuk kedalam evaporator sudah dalam keadaan campuran cair dan uap, sehingga keluar dari evaporator dalam keadaan uap kering, karena sebagian besar dari evaporator terisi uap maka penyerapan kalor tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan evaporator basah. Namun, evaporator kering tidak memerlukan banyak refrigeran, disamping itu jumlah minyak pelumas yang tertinggal didalam evaporator sangat kecil (Arismunandar dan Saito ,2005) .

Gambar 9. Evaporator jenis ekspansi kering

Pada evaporator jenis setengah basah, kondisi refrigeran diantara evaporato jenis ekspansi kering dan evaporator jenis basah.

Pada evaporator basah terdapat sebuah akumulator untuk menampung refrigeran cair dan gas, dari akumulator tersebut bahan pendingin cair mengalir ke evaporator dan menguap didalamnya. Sisa refrigeran yang tidak sempat menguap di evaporator kembali kedalam akumulator, didalam akumulator refrigeran cair berada dibawah tabung sedangkan yang berupa gas berada diatas tabung.

Gambar 10. Evaporator jenis ekspansi basah

Berdasarkan kontruksinya evaporator dibedakan menjadi tiga (Hartanto, 1985) yaitu:

1) Evaporator permukaan datar (evaporator plate)

Evaporator ini merupakan sebuah plat yang diberi saluran bahan pendingin atau pipa yang dililitkan pada plat. Evaporator jenis ini banyak digunakan pada freezer atau contact freezer dan proses pemindahan panas menggunakan sistem konduksi.

2) Evaporator bare

Jenis ini merupakan pipa yang dikontruksi melingkar atau spiral yang diberi rangka penguat dan dipasang pada dinding ruang pendingin. Jenis banyak digunakan pada cold storage, palkah-palkah ikan dikapal, dan rak air garam.

3) Evaporator sirip

Evaporator ini merupakan pipa yang diberi plat logam tipis atau sirip-sirip yang berfungsi untuk memperluas permukaan evaporator sehingga dapat menyerap panas lebih banyak. Sirip-sirip ini harus menempel erat pada evaporator. Proses pemindahan panas dilakukan dengan sistem secara tiupan dan banyak digunakan pada AC (air conditioner),pendingin ruangan (cool room.)

2. Komponen Bantu

Komponen bantu adalah komponen yang dipasang pada instalasi mesin refrigerasi yang gunanya untuk memperlancar aliran refrigeran sehingga mesin refrigerasi dapat bekerja lebih sempurna. Penggunaan alat bantu disesuaikan dengan besar kecilnya kapasitas, jenis refrigeran yang digunakan dan kegunaan mesin refrigerasi tersebut (Hartanto,1985).

a. Oil Separator

Suatu alat yang digunakan untuk memisahkan minyak pelumas yang ikut termampatkan oleh kompresor dengan uap refrigeran. Oli yang ikut bersama refrigeran harus dipisahkan karena jika hal ini terjadi terus-menerus, maka dalam waktu singkat kompresor akan kekurangan minyak pelumas sehingga pelumasan kurang baik, disamping itu minyak pelumas tersebut akan masuk kedalam kondensor dan kemudian ke evaporator sehingga akan mengganggu proses perpindahan kalor (Arismunandar dan Saito, 2005). Oil separator dipasang diantara kompresor dan kondensor.

Gambar 11. Oil separator

b. Filter and drier

Gambar 12. Filter and Dryer

Alat ini digunakan untuk menyaring kotoran dan menyerap kandungan air yang ikut bersama refrigeran pada instalasi mesin refrigerasi. Alat ini merupakan suatu tabung yang didalamnya terdapat bahan pengering (desicant) dansaringan kotoran dan penahan agar bahan pengering tidak terbawa oleh aliran refrigeran yang dipasang pada kedua ujung tabung tersebut (Hartanto, 1985).

c. Indikator (gelas penduga)

Merupakan alat yang digunakan untuk melihat aliran cairan refrigeran pada mesin pendingin. Alat ini dipasang pada saluran cairan refrigerant bertekanan tinggi antara receiver dan katup ekspansi.

d. Alat penukar panas ( heat excahnger)

Heat exchanger merupakan suatu alat penukar panas yang gunanya untuk menambah kapasitas mesin refrigerasi dengan cara menyinggungkan antara saluran cairan refrigeran yang bertekanan tinggi dari receiver tank dengan saluran uap refrigeran bertekanan rendah dari evaporator sehingga terjadinya perpindahan panas dari cairan refrigeran bertekanan tinggi ke uap refrigeran yang akan dihisap oleh kompresor, sehingga cairan refrigeran bertekanan tinggi mengalami penurunan tekanan sebelum mengalir ke katup ekspansi karena penurunan temperatur. (Hartanto, 1985)

e. Kran Selenoid (selenoid valve)

Kran selenoid adalah kran yang digerakkan dengan ada dan tidaknya aliran listrik, kran ini pada umunya dipasang pada saluran cairan bahan pendingin bertekanan tinggi atau sebelum katup ekspansi (Hartanto,1985).

f. Akumulator

Akumulator berfungsi untuk menampung sementara refrigeran berwujud cair yang belum sempat menjadi uap di evaporator. Sebelum masuk ke kompresor refrigeran berbentuk cair dan uap dipisahkan di akumulator, agar kompresor tidak menghisap cairan refrigeran yang dapat menyebabkan kompresor rusak.

Pada mesin refrigerasi sistem evaporator basah peranan akumulator sebagai komponen pokok dan dipasang setelah katup ekspansi, namun pada evaporator sistem kering akumulator sebagai komponen bantu dan dipasang diantara evaporator dan kompresor.

Gambar 13. Akumulator

3. Alat Kontrol dan Pengaman

Sistem refrigrasi memerlukan sejumlah kontrol guna mempertahankan kondisi operasi dan mengatur arus refrigerant agar peralatan bekerja aman da ekonomis (Ilyas,1993).

Menurut Hartanto (1985), berdasarkan kegunaannya komponen kontrol terbagi atas 2 macam alat pengontrol :

a. Alat ukur (non pneumatic)

Alat ini hanya dapat digunakan untuk mengetahui keadaan pengoperasian mesin pendingin, antara lain :

1) Manometer

Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan pada mesin refrigerasi yang pada umumnya dipasang pada : saluran pengeluaran (discharge) kompresor, saluran pengisapan (suction) kompresor, saluran minyak pelumas, kondensor, tangki penampung dan akumulator (pada evaporator basah)

Gambar 14. Manometer

2) Thermometer

Thermometer digunakan untuk mengukur temperatur, pada mesin refrigerasi biasanya digunakan untuk mengukur temperatur ruang pendingin, media pendingin (masuk dan keluar) kondensor, refrigeran pada saluran hisap dan keluar kompresor dan sebagainya.

Gambar 15. Termometer

b. Alat Pengaman

Alat ini digunakan untuk mengamankan mesin pendingin apabila terjadi keadaan pengoperasian yang tidak sesuai dengan yang dinginkan, jenis alat pengaman yang sering digunakan dapat berbentuk saklar dan katup atau keran. Adapun jenisnya antara lain:

1) Saklar tekanan tinggi ( High Pressure Control / HPC)

Adalah saklar listrik yang kerjanya dipengaruhi oleh keadaan refrigerant didalam mesin pendingin yang bertekanan tinggi, alat ini dapat mematikan kompresor secara automatik apabila tekanan pengeluaran kompresor terlalu tinggi (lebih tinggi dari batas tekanan yang telah ditentukan).

2) Saklar tekanan rendah ( low pressure control / LPC)

Pada prinsipnya alat ini merupakan suatu saklar automatik yang bekerja berdasarkan tekanan hisap dari kompresor, apabila tekanan hisap kompresor terlalu rendah (lebih rendah dari tekanan yang telah ditentukan), maka alat ini akan memutuskan aliran listrik ke motor penggerak kompresor sehingga kompresor akan mati. Apabila tekanan penghisapannya naik sesuai dengan yang ditentukan maka secara automatik akan menghidupkan kompresor kembali.

3) Saklar tekanan minyak pelumas (oil pressure control)

Alat kontrol yang dapat mematikan kompresor secara automatik apabila tekanan minyak pelumas pada kompresor terlalu rendah. Pada alat ini terdapat dua buah diafragma yang masing-masing kerjanya dipengaruhi oleh tekanan minyak pelumas dan tekanan penghisapan kompresor, oleh karena itu alat ini selalu dihubungkan dengan saluran pelumasan dan saluran penghisapan kompresor.

4) Saklar temperatur (thermostat)

Alat yang dapat mematikan kompresor secara automatik apabila temperatur ruangan yang didinginkan sudah mencapai pada temperatur yang dikehendaki. Alat ini menggunakan tabung perasa (sensor bulb) yang ditempatkan pada ruang pendingin untuk mendeteksi temperatur ruangan pendingin, apabila suhu diruang pendingin sudah sesuai dengan yang ditentukan maka thermostat akan mematikan kompresor.

Penulis :

Lutfi Jauhari

(Widyaiswara BPPP Tegal)

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W. dan Heizo Saito. 2002. Penyegaran Udara. PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

Dossat, RJ. 1976 Principle of Refrigeration

Handoko, K. 1981. Teknik Lemari Es. PT. Ichtiar Baru, Jakarta.

Hartanto, B. 1982. Teknik Mesin Pendingin. BKPI, Tegal.

Holman, J.P. 1988. Perpindahan Panas (Heat Transfer). Erlangga, Jakarta.

Ilyas, S. 1983 Teknologi Refrigerasi Hasil Perikanan Jilid I, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. CV. Paripurna, Jakarta.

________,1993. Teknologi Refrigerasi Hasil Perikanan Jilid II, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. CV. Paripurna, Jakarta.

Stoecker, W.F. dan Jerold, J.W. 1994. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Edisi kedua. PT. Erlangga, Jakarta.