sistem refrigerasi

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Pada jaman modern ini manusia berusaha supaya segala sesuatu dapat dilakukan dengan mudah dan cepat tanpa hambatan. Oleh karena itu, penemuan-penemuan baru dibidang teknologi yang dapat mempermudah kehidupan manusia yang sekarang banyak diminati.

Sekarang ini banyak peralatan atau mesin yang memiliki kemampuan sangat baik, dari segi operasionalnya sangatlah efisiensi sehingga tidak banyak memakan waktu dan tempat.

Teknologi dibidang refrigerasi dan air conditioning merupakan teknologi yang tidak dapat terpisahkan dari kehidupan manusia pada masa sekarang. Oleh karena itu teknologi Refrigerasi adalah pilihan yang paling tepat karena Refrigerasi mempunyai fungsi utama yaitu kenyamanan dan perlindungan.

Refrigerasi adalah suatu sistem yang memungkinkan untuk mengatur suhu sampai mencapai suhu dibawah suhu lingkungan. Penggunaan refrigerasi sangat dikenal pada sistem pendingin udara pada bangunan, transportasi, dan pengawetan suatu bahan makanan dan minuman. Penggunaan refrigerasi juga dapat ditemukan pada pabrik skala besar, contohnya, proses dehidrasi gas, aplikasi pada industri petroleum seperti pemurnian minyak pelumas, reaksi suhu rendah, dan proses pemisahan hidrokarbon yang mudah menguap.

Refrigersi juga merupakan metode pengkondisian temperatur ruangan agar tetap berada dibawah temperatur lingkungan. Karena temperatur ruangan yang terkondisi tersebut selalu berada dibawah temperatur lingkungan, maka ruangan akan menjadi dingin, sehingga refrigerasi dapat juga disebut dengan metode pendinginan.

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan panas/kalor dari suatu benda/ruangan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dipindahkan ke suatu bahan/benda lain yang akan menyerap kalor. Jadi refrigerasi akan selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan proses-proses perpindahan panas. Untuk mempelajari refrigerasi dengan baik, dibutuhkan pengetahuan tentang bahan dan energi, temperatur, tekanan, panas dan akibat-akibatnya serta subyek-subyek yang lain yang berhubungan dengan fungsi dari suatu sistem refrigersi, terutama termodinamika dan perpindahan panas.

B.     Tujuan Praktikum

Ø  Mengidentifikasi komponen dan peralatan sistem refrigerasi kompresi uap dan menjelaskan masing-masing fungsinya.

Ø  Menyebutkan komponen utama pada sistem refrigerasi kompresi uap.

C.    Manfaat Praktikum

Operasi refrigerasi mempunyai manfaat yang banyak, antara lain:

1)        Pengkondisian udara pada ruangan dalam bangunan/rumah, sehingga temperatur didalam bangunan/rumah lebih dingin dibanding di luar rumah.

2)        Pengolahan/transportasi/penyediaan bahan-bahan makanan/minuman menjadi legis terhadap aktivitas mikro organisme.

3)        Pembuatan batu es dan dehidrasi gas dalam skala besar.

4)        Pemurnian minyak pelumas pada industri minyak bumi.

5)        Melangsungkan reaksi-reaksi kimia pada temperatur rendah.

6)        Pemisahan terhadap komponen-komponen hidrokarbon yang mudah menguap.

7)        Pencairan gas untuk mendapatkan gas murni (O2 dan N2).

D.    Pembahasan Masalah

Masalah yang muncul dan harus ditangani oleh penyusunan laporan adalah bagaimana merancang atau membuat sistem refrigerasi kompresi uap sehingga bisa mencapai temperatur yang ideal untuk kenyamanan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari, menjelaskan kelebihan dan kekurangan sistem tersebut.

E.     Sistematika Laporan

Agar dalam penulisan atau menguraikan masalah memiliki acuan yang terarah, maka penulis yang akan menerangkan secara garis besar tentang pokok yang akan dijelaskan diantaranya :

Ø  BAB I PENDAHULUAN

Menerangkan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, pembahasan, masalah, dan sistematika laporan.

Ø  BAB II DASAR TEORI

Menjelaskan teori penunjang yang akan di pakai untuk merealisasikan pembuatan sistem refrigasi kompresi uap.

Ø  BAB III ALAT DAN BAHAN

Menjelaskan berbagai macam alat dan bahan yang di gunakan untuk pembuatan sistem refrigasi kompresi uap.

Ø  BAB IV DATA DAN ANALISA

Menjelaskan data dan analisa percobaan yang di ambil dan analisa yang kami lakukan agar mencapai sistem yang ideal.

Ø  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Menjelaskan rangkuman dari laporan ini dan saran dari penulis.

BAB II

DASAR TEORI

A.    Pengantar Sistem Refrigerasi

Salah satu aspek yang paling penting dari rekayasa lingkungan termal adalah refrigerasi. Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan panas/ kalor dari suatu benda/ ruangan sehingga temperatur tenda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dipindahkan ke suatu bahan/benda lain yang akan menyerap kalor. Jadi refrigerasi akan selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan proses-proses  perpindahan panas.

Untuk mempelajari refrigerasi dengan baik, dibutuhkan pengetahuan tentang bahan dan energi, temperatur, tekanan, panas dan akibat-akibatnya serta subyek-subyek yang lain yang berhubungan dengan fungsi dari suatu sistem refrigerasi, terutama termodinamika dan perpinadahan panas.

Sistem refrigerasi pada dasarnya dibagi menjadi dua bagian yaitu:

1.    Sistem refrigerasi mekanik: dimana akan ditemui adanya mesin-mesin penggerak/dan alat mekanik lain, berikut yang termasuk dalam sistem refrigerasi mekanik adalah:

a)         Refrigerasi sistem kompresi uap.

b)        Refrigerasi siklus udara.

c)         Refrigerasi temperatur ultra rendah/ Kriogenik.

d)        Refrigerasi siklus sterling.

2.    Sistem refrigerasi non mekanik, dimana tanpa menggunakan mesin-mesin penggerak/dan alat mekanik lain. Berikut yang termasuk sistem refrigerasi non mekanik adalah sebagai berikut:

a)         Refrigerasi thermoelektrik.

b)        Refrigerasi absorbsi.

c)         Refrigerasi steam jet.

d)        Refrigerasi magnetic.

e)         Heat pipe.

Penerapan-penerapan refrigerasi pada dasarnya hampir meliputih seluruh aspek kehidupan kita sehari-hari. Industri refrigerasi dan tata udara berkembang pesat dan bervariasi. Salah satu penggunaan dasar dari refrigerasi adalah pembuatan es. Saat ini refrigerasi sangat penting artinya dalam bidang produksi, pengolahan dan distribusi makanan,  juga untuk mencapai kegiatan industri yang efesien baik alat dan hasil yang produksi maupum para sumber  daya manusianya yang bekerja lebih efektif.

Pada dasarnya, penerapan refrigerasi dibagi dalam 5 kelompok bidang yaitu:

1)        Refrigerasi Domestik.

Refrigerasi domestik memiliki ruang lingkup yang lebih sempit dari yang lain, dimana yang utama akan dipelajari tentang penggunaan lemari es dan freezer di rumah tangga. Tetapi bagaimanapun juga karena unit-unit pelayanannya sangat luas, refrigerasi domestik mewakili suatu bagian dari industri refrigerasi. Unit domestik biasanya berbentuk kecil, yang mempunyai daya antara 35 W sampai 375 W dan dari jenis kompresor hermetic, walaupun pada saat ini sudah mulai dikembangkan dengan menggunakan system lain selai kompresi uap.

2)        Refrigerasi Industri/Komersial.

Refrigerasi industri sering dikacaukan dengan Refrigerasi komersil karena pembagian antara ke dua bidang tersebut tidak jelas. Tetapi sebagai gambaran umum, biasanya Refrigerasi industri lebih besar dari pada Refrigerasi komersil dan membutuhkan seorang atau lebih yang benar-benar ahli untuk dapat mengoperasikannya, sebagai contoh misalnya pabrik es, pabrik pengepakan makanan   yang besar (daging,ikan,ayam,makanan beku dll), pabrik susu, pabrik bir, pabrik anggur, pabrik minyak, dan berbagai industry lain seperti industry penyulingan  minyak, industry kimia, industry semen,pabrik karet, bahkan industry kontruksi sipil/bangunan, industry tekstil, pabrik kertas, industry logam dan lain-lain.

3)        Refrigerasi Transportasi.

Sesuai dengan namanya, system ini mempelajari Refrigerasi yang digunakan pada bidang transportasi seperti kapal, truk, kereta api, pesawat terbang baik untuk jarak jauh maupun untuk pengiriman local dan lain-lain.

4)        Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana.

Sistem kompresi uap merupakan dasar system refrigerasi yang terbanyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, kondensor, alat ekspansi (“Throttling Device”),  dan evaporator.

B.     Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

Aplikasi sistem refrigerasi kompresi uap paling banyak digunakan pada peralatan industri maupun peralatan rumah tangga seperti sistem tata udara atau AC, kulkas, freezer, ice maker, dispenser, dsb. Sistem ini memiliki nilai performansi yang tinggi, komponennya tidak banyak, sederhana, serta mudah dalam perawatannya.

1.Kompresi

Merupakan proses yang terjadi pada kompresor yang menekan refrigeran atau freon secara reversibel dan isentropik. Kerja atau usaha yang diberikan pada refrigeran akan menyebabkan kenaikan pada tekanan sehingga temperatur refrigeran akan lebih besar dari temperatur lingkungan atau refrigeran mengalami fasa superheat.

2.Kondensasi

Merupakan proses pelepasan kalor refrigeran superheat ke lingkungan sehingga fasanya berubah dari uap menjadi cair jenuh tetapi tekanan dan temperaturnya masih tetap tinggi. Media pengembun refrigeran pada kondensor bisa berupa udara (air cooled condenser), air (water-cooled condenser) atau campuran udara dan air (evaporative condenser).

3.Ekspansi

Merupakan proses penurunan secara adiabatis pada tekanan dan temperatur sehingga nilainya lebih rendah dari temperatur lingkungan. Beberapa alat ekspansi diantaranya pipa kapiler, katup ekspansi manual, Thermostatic Expansion Valve (TXV), Automatic Expansion Valve (AXV), Electronic Expansion Valve (EXP), dan lain sebagainya.

4.Evaporasi

Setelah refrigeran diekspansikan secara irreversibel adiabatik menjadi cairan jenuh, refrigeran akan memiliki tekanan dan temperatur rendah sehingga akan menerima sejumlah kalor dari lingkungan yang didinginkan dan refrigeran berubah seluruhnya menjadi uap jenuh yang kemudian masuk ke kompresor untuk disirkulasikan kembali. Pembagian evaporator berdasarkan bentuk koilnya yaitu pipa telanjang (bare tube), permukaan pelat (Plate Surface), dan bersirip (finned). Berdasarkan konstruksinya dibedakan menjadi shell & tube, Shell & coil, dan Bondelot. Sedangkan pembagian evaporator berdasarkan ekspansi langsung yaitu Tipe ekspansi kering (dry expansion type) dan tipe banjir (flooded type).

Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan.

1.        Sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan.

2.        Sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya.

C.    Komponen Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

Komponen yang ada di sistem refrigerasi kompresi uap terdapat dua jenis komponen, taitu komponen utama dan komponen pendukung. Dalam komponen utama hanya ada empat komponen yang tidak bisa dihilangkan salah satunya.

a)        Komponen Utama Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

1.1.        Kompresor

Fungsi dan cara kerja kompresor torak

Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Pada saat yang sama komrpesor menghisap uap refrigeran yang bertekanan rendah dari evaporator dan mengkompresinya menjadi uap bertekanan tinggi sehingga uap akan tersirkulasi.

Kebanyakan kompresor-kompresor yang dipakai saat ini adalah dari jenis torak. Jika torak bergerak turun dalam silinder, katup hisap terbuka dan uap refrigeran masuk dari saluran hisap ke dalam silinder. Pada saat torak bergerak ke atas, tekanan uap di dalam silinder meningkat dan katup hisap menutup, sedangkan katup tekan akan terbuka, sehingga uap refrigean akan ke luar dari silinder melalui saluran tekan menuju ke kondensor.

Kebocoran katup kompresor dan terbakarnya motor kompresor

Beberapa masalah pada kompresor adalah bocornya katup terkabarnya motor kompresor. Jika katup tekan bocor  torak menghisap uap dari saluran hisap, sebagian uap yang masih tertinggal disaluran tekan akan terhisap kembali ke dalam silinder, sehingga mengakibatkan efisiensinya berkurang. Hal yang sama juga dapat terjadi bila katup hisap bocor  torak menekan uap ke saluran tekan, sebagian uap di alam silinder akan tertekan kembali ke saluran hisap.

Untuk mencegah kebocoran torak terhadap dinding silinder, biasanya dipasang cincin torak. Jika cincin ini aus atau pecah, refrigeran dapat bocor sehingga “tekanan tekan” akan lebih rendah dan menyebabkan kekurangan efisiensi. Jika motor kompresor terbakar, terutama untuk jenis hermetik dan semi hermetik, dan jika rifrigeran yang dipakai adalah CFC dan HCFC, maka akan timbul asam yang bersifat korosif.

Pengecekan kompresor

Beberapa tes sederhana dapat dilakukan untuk mengetahui jika ada kebocoran yang nyata dalam kompresor. Pertama jika saluran hisap disumbat, maka saluran hisap kompresor akan vakum/hampa udara. Jika katup hisap atau katup tekan atau torak bocor, refrigeran yang akan dipompa oleh kompresor tak akan sebesar yang dikehendaki. Tes kebocoran yang lain diperlihatkan jika kompresor dapat mempertahankan vakum yang dapat dicapai.

Jika kompresor dimatikan, tekanan hisap diamati apakah turun dengan nyata. Jika katup hisap atau katup tekan torak bocor, tekanan bisap akan turun. Tes yang sama dapat dilakukan dengan mengamati “tekanan tekan”. Jika saluran tekan disumbat, kompresor akan mempertahankan tekanan tersebut. Jika katup tekan bocor tekanan tekan akan turun.

Gambar 1. Kompresor

1.2.        Kondensor

Kondensor gambar 5 juga merupakan salah satu komponen utama dari sebuah mesin pendingin. Pada kondensor terjadi perubahan wujud refrigeran dari uap super-heated (panas lanjut) bertekanan tinggi ke cairan sub-cooled (dingin lanjut) bertekanan tinggi. Agar terjadi perubahan wujud refrigeran (dalam hal ini adalah pengembunan/ condensing), maka kalor harus dibuang dari uap refrigeran.

Kalor/panas yang akan dibuang dari refrigeran tersebut berasal dari :

1. Panas yang diserap dari evaporator, yaitu dari ruang yang didinginkan

2. Panas yang ditimbulkan oleh kompresor selama bekerja

Jelas kiranya , bahwa fungsi kondensor adalah untuk merubah refrigeran gas menjadi cair dengan jalan membuang kalor yang dikandung refrigeran tersebut ke udara sekitarnya atau air sebagai medium pendingin/condensing.

Gas dalam kompresor yang bertekanan rendah dimampatkan/dikompresikan menjadi uap bertekanan tinggi sedemikian rupa, sehingga temperatur jenuh pengembunan (condensing saturation temperature) lebih tinggi dari temperatur medium pengemburan (condensing medium temperature). Akibatnya kalor dari uap bertekanan tinggi akan mengalir ker medium pengembunan, sehingga uap refrigean akan terkondensasi.

Gambar 2. Kondensor

1.3.        Katup Ekspansi

Setelah refrigeran terkondensasi di kondensor, refrigeran cair tersebut mausk ke katup ekspansi yang mengontrol jumlah refregean yang masuk ke evaporator. Ada banyak jenis katup ekspansi, tiga diantaranya adalah pipa kapiler, katup ekspansi otomatis, dan katup ekspansi termostatik.

1.3.1.      Pipa Kapiler (capillary tube)

Katup ekspansi yang umum digunakan untuk sistem refrigerasi rumah tangga adalah pipa kapiler. Pipa kapiler adalah pipa tembaga dengan diameter lubang kecil dan panjang tertentu. Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pada ukuran diameter lubang dan panjang pipa kapiler. Pipa kapiler diantara kondensor dan evaporator

Refrigeran yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigeran mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler. Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa kapiler dipasang saringan yang disebut strainer.

Ukuran diameter dan panjang pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigeran cair harus menguap pada akhir evaporator. Jumlah refrigeran yang berada dalam sistem juga menentukan sejauh mana refrigeran di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisian refrigeran harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator.

Bila pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigeran cair akan masuk ke kompresor yang akan mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.

Gambar 3. Pipa Kapiler

1.3.2.      Katup Ekspansi Otomatis (Automatic Expansion Valve “AXV”)

Sistem pipa kapiler sesuai digunakan pada sistem-sistem dengan beban tetap (konstan) seperti pada lemari es atau freezer, tetapi dalam beberapa keadaan, untuk beban yang berubah- ubah dengan cepat harus digunakan katup ekspansi jenis lainnya.

Beberapa katup ekspansi yang peka terhadap perubahan beban, antara lain adalah katup ekspansi otomatis (AXV) yang menjaga agar tekanan hisap atau tekanan evaporator besarnya tetap konstan.

Bila beban evaporator bertambah maka temperatur evaporator menjadi naik karena banyak cairan refrigeran yang menguap sehingga tekanan di dalam saluran hisap (di evaporator) akan menjadi naik pula.

Akibatnya “bellow” akan bertekan ke atas hingga lubang aliran refrigeran akan menyempit dan ciran refrigeran yang masuk ke evaporator menjadi berkurang. Keadaan ini menyebabkan tekanan evaporator akan berkurang dan “bellow” akan tertekanan ke bawah sehingga katup membuka lebar dan cairan refrigeran akan masuk ke evaporator lebih banyak. Demikian seterusnya.

Gambar 4. Automatic Expansion Valve

1.3.3.      Katup Ekspansi Termostatik (Thermostatic Expansion Valve “TXV”)

Jika AXV bekerja untuk mempertahankan tekanan konstan di evaporator, maka katup ekspansi termostatik (TXV) adalah satu katup ekspansi yang mempertahankan besarnya panas lanjut pada uap refrigeran di akhir evaporator tetap konstan, apapun kondisi beban di evaporator.

Cara kerja TXV adalah sebagai berikut :

Jika beban bertambah, maka cairan refrigran di evaporator akan lebih banyak menguap, sehingga besarnya suhu panas lanjut dievaporator akan meningkat. Pada akhir evaporator diletakkan tabung sensor suhu (sensing bulb) dari TXV tersebut. Peningkatan suhu dari evaporator akan menyebabkan uap atau cairan yang terdapat ditabung sensor suhu tersebut akan menguap (terjadi pemuaian) sehingga tekanannya meningkat. Peningkatan tekanan tersebut akan menekan diafragma ke bawah dan membuka katup lebih lebar.

Hal ini menyebabkan cairan refrigeran yang berasal dari kondensor akan lebih banyak masuk ke evaporator. Akibatnya suhu panas lanjut di evaporator kembali pada keadaan normal, dengan kata lain suhu panas lanjut di evaporator di jaga tetap konstan pada segala keadaan beban.

Gamba 5. Thermostatic Expansion Valve

1.4.        Evaporator

Pada evaporator, refrigeran menyerap kalor dari ruangan yang didinginkan. Penyerapan kalor ini menyebabkan refrigeran mendidih dan berubah wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten). Panas yang dipindahkan berupa :

1. Panas sensibel (perubahan tempertaur)

Temperatur refrigeran yang memasuki evaporator dari katup ekspansi harus demikian sampai temperatur jenuh penguapan (evaporator saturation temparature). Setelah terjadi penguapan, temperatur uap yang meninggalkan evaporator harus pupa dinaikkan untuk mendapatkan kondisi uap panas lanjut (super-heated vapor)

2. Panas laten (perubahan wujud)

Perpindahan panas terjadi penguapan refrigeran. Untuk terjadinya perubahan wujud, diperlukan panas laten. Dalam hal ini perubahan wujud tersebut adalah dari cair menjadi uap atau mengupa (evaporasi). Refrigeran akan menyerap panas dari ruang sekelilingnya.

Adanya proses perpindahan panas pada evaporator dapat menyebabkan perubahan wujud dari cair menjadi uap. Kapasitas evaporator adalah kemampuan evaporator untuk menyerap panas dalam periode waktu tertentu dan sangat ditentukan oleh perbedaan temperatur evaporator (evaporator temperature difference).

Perbedaan tempertur evaporator adalah perbedaan antara temperatur jenus evaporator (evaporator saturation temperature) dengan temperatur substansi/benda yang didinginkan. Kemampuan memindahkan panas dan konstruksi evaporator (ketebalan, panjang dan sirip) akan sangat mempengaruhi kapaistas evaporator.

Gambar 6. Evaporator

b)       Komponen Pendukung Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

2.1.        Filter Dryer

Filter dryer berfungsi untuk menyaring refrigeran dari kotoran dan mengeringkan refrigeran dengan cara menyerap uap air yang terkandung dalam refrigeran. Filter dryer dipasang pada liquid line atau sebelum TXV dan sight glass.

Gambar 7. Filter Dryer

2.2.        Acumulator

Akumulator upaya untuk melindungi kompresor dari refrigeran cair pada baris hisap. Hal ini dicapai dengan menggunakan perangkap terbalik. Namun pada saat yang sama dapat jebakan minyak entrained dalam refrigeran. Hal ini akhirnya bisa menahan muatan seluruh minyak yang akan menyebabkan kegagalan kompresor. Untuk mengatasi masalah ini lubang kecil ini terletak di bagian bawah perangkap terbalik. Sebuah Efek Venturi terjadi dan setiap minyak yang terjebak tersedot melalui lubang dan terbawa oleh hisap uap dikembalikan ke kompresor bah tempatnya.

Gambar 8. Accumulator

2.3.        Sight Glass

Sight glass berfungsi untuk melihat fasa refrigeran apakah yang melewati sight glass benar-benar cair dan untuk melihat cukup atau tidaknya refrigeran yang mengalir didalam sistem.

Gambar 9. Sight Glass

2.4.        Selenoid Valve

Selenoid valve berfungsi untuk menghentikan atau meneruskan cairan refrigeran dalam sistem refrigerasi dengan menggunakan prinsip elektromagnetik. Jika dipasang pada liquid line, akan menjaga refrigeran terperangkap disisi tekanan tinggi dan menurunkan kerja kompresor saat awal dijalankan.

Gambar10. Selenoid Valve

2.5.        Hand Valve

Hand valve berfungsi sebagai buka tutup aliran yang dilakukan secara manual. Selain itu hand valve berfungsi sebagai alat ekspansi untuk menurunkan tekanan aliran fluida yang digunakan.

Gambar 11. Hand Valve

2.6.        High Low Pressure Gauge

High Low Pressure Gauge adalah alat untuk mengukur tekanan dan temperatur yang menggunakan jarum dan sensor aliran Refrigeran.

2.6.1.      Low Pressure gauge

Adalah alat pengukur tekanan rendah di pasang pada suction line yang mana keluaran dari evap menuju kompressor.

Gambar 12. Low Pressure Gauge

2.6.2.      High Pressure gauge

Alat pengukur tekanan dan temperatur tinggi yang mana mengukur tekanan dan laju aliran pada suatu dalam sistem tersebut. Di pasa pada discharge line super heat.

Gambar 13. Low Pressure Gauge

2.7.        High Low Pressure Control

2.7.1.      Low Pressure Control

            Low Pressure Control digunakan sebagai pengontrol temperatur sekaligus pula sebagai alat pengaman. Bila digunakan sebagai pengaman, LPC ini akan memutuskan rangkaian dan menghentikan kompresor pada saat tekanan hisap (suction pressure) menjadi terlalu rendah. Hal ini bisa disebabkan unit pendingin kekurangan refrigerant, bocor terjadinya bunga es yang tebal di evaporator. Bila tekanan dari saluran hisap ini kembali normal, LPC akan menutup rangkaian dan kompresor akan bekerja kembali. Beberapa LPC dilengkapi dengan reset manual untuk menjaga adanya short cycling karena gangguan pada sistem.

            Low Pressure Control dapat pula digunakan sebagai alat pengontrol kompresor pada saat tekanan refrigerant meningkat atau menghentikan kompresor pada saat tekanan hisap meningkat. Jenis ini disebut : Reverse Acting Low Pressure Control, jenis ini biasa digunakan sebagai alat pengaman pada unit dengan suhu yang rendah yang menggunakan electric depost, untuk memutuskan elemen pemanas (electric heater) setelah pencairan bunga es (depost) selesai. Jenis ini dapat juga digunakan sebagai alat kontrol Forced Draft Cooled Fan pada "Cool Rooms", on dan off pada saat temperatur "Cool Rooms" terlalu tinggi.

Gambar 14. Low Pressure Control

2.7.2.      High Pressure Control

            HPC biasanya digunakan sebagai alat pengaman kompresor pada saat terjadi gangguan tekanan yang berlebihan. HPC akan menghentikan kompresor pada saat tekanan pada saluran tekan terlalu tinggi. Hal ini dilakukan untuk melindungi katup-katup kompresor dan juga untuk melindungi motor dari beban yang berlebihan.

Bila tekanan saluran tekan (discharge) meningkat melebihi tekanan yang diizinkan, HPC akan terbuka dan memutuskan rangkaian sehingga kompresor berhenti. Bila tekanan turun kembali ke harga normal, HPC tertutup dan kompresor bekerja kembali.

Beberapa jenis HPC dilengkapi dengan tombol reset manual sehingga kompresor tidak dapat bekerja kembali sebelum tombol reset ditekan. Hal ini digunakan sebagai pengaman. Jadi Anda jangan melakukan reset sebelum mengetahui penyebab terjadinya tekanan lebih pada saluran tekan.

            HPC biasa digunakan pada sistem komersial dan juga industri. Karena suhu kondensing dan tekanan kondensing untuk bermacam-macam refrigerant berlainan, maka cut in dan cut out pressure tergantung dari refrigerant yang digunakan, jenis kondensor dan ambient temperatur dari sistem. Disamping untuk mengontrol kompresor, HPC dapat juga digunakan sebagai pengontrol Fan Condensor, pompa air condensor dan selenoid valve. Reverse acting HPC akan menutup kontaknya pada saat tekanan meningkat. Sedangkan HPC akan membuka kontaknya pada saat tekanan meningkat. Reverse acting HPC digunakan untuk menjaga suhu condensing yang minimum. Sistem pengontrolan ini biasanya diterapkan pada area dimana ambient temperatur di bawah condensing temperatur.

Gambar 15. High Pressure Control

c)        Komponen Kelistrikan

3.1.        MCB

MCB bekerja dengan cara pemutusan hubungan yang disebabkan oleh aliran listrik lebih dengan menggunakan electromagnet/bimetal. cara kerja dari MCB ini adalah memanfaatkan pemuaian dari bimetal yang panas akibat arus yang mengalir untuk memutuskan arus listrik. Kapasitas MCB menggunakan satuan Ampere (A), Kapasitas MCB mulai dari 1A, 2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A dll.  MCB yang digunakan harus memiliki logo SNI pada MCB tersebut.

Cara mengetahui daya maximum dari MCB adalah dengan mengalikan kapasitas dari MCB tersebut dengan 220v ( tegangan umum di Indonesia ). Contoh Untuk MCB 6A mempunyai kapasitas menahan daya listrik sebesar : 6A x 220v = 1.200 Watt

Beberapa kegunaan MCB :

1. Membatasi Penggunaan Listrik
2. Mematikan listrik apabila terjadi hubungan singkat ( Korslet )
3. Mengamankan Instalasi Listrik
4. Membagi rumah menjadi beberapa bagian listrik, sehingga lebih mudah untuk mendeteksi kerusakan instalasi listrik

Cara menentukan penyebab MCB turun cara menyentuh bagian putih dari MCB, apakah panas atau tidak.

1. Apabila tidak panas,

kemungkinan ada bagian instalasi yang korslet, biasanya bila instalasi yang korslet tersebut telah di perbaiki, MCB langsung dapat dinyalakan. Jika sesudah beberapa menit MCB tersebut tetap tidak bisa dinyalakan kembali, artinya MCB tersebut sudah rusak

2.      Apabila panas

Itu menandakan MCB mengalami kelebihan beban dalam waktu yang cukup lama, tunggu beberapa menit baru menyalakan MCB tersebut, biasanya apabila langsung di nyalakan, MCB akan langsung turun kembali, hal ini disebabkan oleh BiMetal yang memuai dan membutuhkan waktu untuk kembali ke bentuk semula. Bila sesudah beberapa menit, MCB tersebut tetap tidak bisa dinyalakan, artinya MCB tersebut sudah rusak

Gambar 16. MCB

3.2.        TDR

Kontaktor timer adalah kontaktor yang digunakan sebagai relai penunda waktu yang fungsinya untuk memindahkan kerja dari rangkaian pengontrol kerangkaian tertentu yang bekerja secara otomatis. Misal dari star ke delta secara otomatis. Prinsipnya sama saja dengan kontaktor, hanya saja memiliki waktu tunda operasi. Kontaktor timer ini memiliki kontak NO dan juga kontak NC, seperti pada magnetik kontaktor, hanya bekerjanya berdasarkan delay waktu yang telah ditentukan. Biasanya kontaktor timer ini disebut timer/TDR.

Gambar 17. Timer Delay relay

TDR dengan Waktu Tunda Hidup (On Delay)

Timer ini bekerja dari normalnya dengan tunda waktu sesuai dengan setting yang diberikan.

Untuk NO, setelah koil dari kontaktor diberi daya, kontak NO masih tetap terbuka hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari terbuka (off) menjadi tertutup (on) dan akan tetap tertutup selama kontaktor mendapat catu daya. Jika catu daya diputus, maka kontaktor akan kembali terbuka.

Untuk NC, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NC masih tetap tertutup hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari tertutup (off) menjadi terbuka (on) dan akan tetap terbuka selama relay mendapat catu daya. Jika catu daya diputus, maka relay akan kembali tertutup.

TDR dengan Waktu Tunda Mati (Off Delay)

Timer ini bekerjanya berkebalikan dengan timer On Delay, saat kontaktor magnit mendapat tegangan dan aktif, maka kontak akan langsung aktif juga, namun setelah tegangan hilang dan kontaktor magnit tidak aktif, maka kontak yang aktif tadi akan menjadi tidak aktif setelah waktu yang ditentukan.

Untuk NO, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NO akan berubah status menjadi tertutup dan akan tetap tertutup selama koil diberi catu. Saat catu daya diputus, kontak akan tetap tertutup hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari tertutup menjadi terbuka.

Untuk NC, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NC akan berubah status menjadi terbuka dan akan tetap terbuka selama koil diberi catu. Saat catu daya diputus, kontak akan tetap terbuka hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari terbuka menjadi tertutup.

3.3.        CONTACTOR

Magnetic Contactor (MC) adalah sebuah komponen yang berfungsi sebagai penghubung/kontak dengan kapasitas yang besar dengan menggunakan daya minimal. Dapat dibayangkan MC adalah relay dengan kapasitas yang besat. Umumnya MC terdiri dari 3 pole kontak utama dan kontak bantu (aux. contact). Untuk menghubungkan kontak utama hanya dengan cara memberikan tegangan pada koil MC sesuai spesifikasinya.

Komponen utama sebuah MC adalah koil dan kontak utama. Koil dipergunakan untuk menghasilkan medan magnet yang akan menarik kontak utama sehingga terhubung pada masing masing pole.

Untuk aplikasi yang lebih, MC mempunyai beberapa accessories. Dan yang paling banyak dipergunakan adalah kontak bantu. Jika kontak bantu yang telah tersedia kurang bisa dilakukan penambahan di samping atau depan. Pneumatic Timer juga sering dipakai dalam wiring sebuah system, misalnya pada Star Delta Starter.

Gambar 18. Magnetic Contactor

3.4.        AMPERE METER

Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik yang ada dalam rangkaian tertutup. Amperemeter biasanya dipasang berderet dengan elemen listrik. Cara menggunakannya adalah dengan menyisipkan amperemeter secara langsung ke rangkaian.

Gambar 19. Amperemeter

3.5.        VOLT METER

Volt Meter merupakan alat/perkakas untuk mengukur besar tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Voltmeter disusun secara paralel terhadap letak komponen yang diukur dalam rangkaian. Alat ini terdiri dari tiga buah lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam sebuah tabung kaca atau plastik. Lempengan luar berperan sebagai anode sedangkan yang di tengah sebagai katode. Umumnya tabung tersebut berukuran 15 x 10cm (tinggi x diameter).

Gambar 20. Voltmeter

3.6.        TERMOSTAT

Thermostat berfungsi untuk mempertahankan temperatur di dalam media yang didinginkan agar tetap konstan dengan menjalankan dan menghentikan kompresor secara otomatis. Pada thermostat ini dilengkapi dengan bulb yang berfungsi sebagai sensor perubahan temperatur, jika temperatur yang diinginkan telah tercapai maka bulb terisi dengan fluida tersebut mengirimkan sinyal untuk memutuskan arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.

      

Gambar 21. Termostat

D.    Siklus Refrigerasi Kompresi Uap

Siklus refrigerasi komp[resi uap ditunjukkan dalam Gambar 1 dan 2 dan dapat dibagi menjadi tahapan-tahapan berikut :

1 – 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas.

2 – 3. Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran.

3 – 4. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi (3-3a) menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan (3a-3b). Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan (3b - 4), sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi.

4 – 1. Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju evaporator.

Gambar 22. Gambaran skematis siklus refrigerasi kompresi uap

Gambar 23. Gambaran skematis siklus refrigerasi termasuk perubahan tekanannya

E.     Refrigeran

Refrigeran adalah zat kerja utama yang digunakan untuk menyerap dan mengalirkan kalor dalam sistem refrigerasi. Semua refrigeran menyerap kalor pada temperatur dan tekanan rendah selama evaporasi dan melepaskan kalor pada temperatur dan tekanan tinggi selama proses kondensasi. Fluida kerja yang disirkulasi di dalam siklus refrigerasi disebut refrigeran primer, dan fluida kerja yang disirkulasi di luar siklus refrigerasi disebut refrigeran sekunder.

Syarat-syarat refrigeran antara lain tekanan penguapan harus cukup tinggi, tekanan pengembunan yang tidak terlalu tinggi, mempunyai titik didih dan titik beku yang rendah,kalor/panas laten penguapan yang tinggi, volume spesifik lebih kecil, koefisien kinerja tinggi, konduktivitas termal yang tinggi viskositas yang rendah, konstanta dielektrik yang kecil, nilai tahanan listriknya besar, tidak korosif terhadap logam, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau, tidak mudah terbakar atau meledak, dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor, mempunyai struktur kimia yang stabil, mudah dideteksi jika terjadi kebocoran, harganya murah, dan ramah lingkungan.

Refrigeran Halokarbon dan Dampaknya Terhadap Lingkungan

Refrigeran yang termasuk dalam kelompok halokarbon mempunyai satu atau lebih atom dari tiga atom halogen, klorin, fluorin dan bromin.

Chlorofluorocarbon (CFC)

Refrigeran halokarbon yang paling banyak dipakai adalah refrigeran CFC terutama CFC–12 yang diperkenalkan pada tahun 1931, telah digunakan secara luas pada sistem refrigerasi mulai dari water chiller sampai refrigerator, AC mobil serta perlatan pengkondisi udara pada alat-alat transportasi dan penyimpanan produk. Senyawa CFC termasuk dalam kelompok zat yang merusak ozon karena mempunyai nilai ODP yang tinggi. Ozone Depleting Potential (ODP) adalah potensi suatu zat untuk merusak lapisan ozon.

Hydrochlorofluorocarbon (HCFC)

Refrigeran HCFC mulai diperkenalkan sebagai refrigeran transisi pengganti CFC Hal ini disebabkan karena refrigeran HCFC ini masih dapat menyebabkan kerusakan ozon, tetapi nilai ODP-nya lebih kecil dibandingkan CFC serta masih mengandung gas-gas rumah kaca yang dapat menyebabkan pemanasan global. Jenis refrigerant ini adalah HCFC-22 (R-22) yang mempunyai temperatur buang yang tinggi dan keterbatasan untuk larut dalam pelumas mineral yang digunakan pada sistem refrigerasi CFC–12 sehingga membutuhkan penggantian kompresor.

Hydroflurocarbon (HFC)

Refrigeran alternatif baru yang dikembangkan selanjutnya adalah refrigeran HFC. Refrigeran HFC (seperti HFC 134a) ini mempunyai sifat termodinamika yang hampir sama dengan CFC–12. Refrigeran ini mempunyai nilai ODP nol sehingga tidak merusak ozon, tetapi masih mengandung gas gas rumah kaca yang dapat meningkatkan pemanasan global. Dari segi penggunaan refrigeran HFC ini membutuhkan minyak pelumas yang berbeda dengan minyak pelumas yang dipakai pada sistem refrigerasi CFC. Jadi refrigeran ini tidak dapat langsung diterapkan pada sistem refrigerasi CFC karena membutuhkan penggantian kompresor.

Refrigeran Hidrokarbon sebagai Refrigeran Pengganti yang Ramah Lingkungan

Penggunaan refrigeran yang ramah lingkungan mutlak diperlukan untuk menjaga kelangsungan alam, sehingga benar-benar ramah lingkungan. Salah satu refrigeran alami yang sedang dikembangkan adalah refrigeran hidrokarbon yang menjadi topik pembahasan pada penelitian ini. Dalam pemilihan hidrokarbon sebagai alternatif pengganti CFC dan HCFC hal-hal yang harus diperhatikan adalah titik didih pada tekanan normal (Normal Boiling Point), kapasitas volumetrik refrigerasi dan efisiensi energi.

Titik didih ini harus diperhatikan untuk menjamin tekanan operasi yang hampir sama dengan CFC dan HCFC untuk menghindari keperluan peralatan tekanan tinggi seperti kompresor. Semakin tinggi titik didih normalnya, kapasitas refrigerasi volumetrik harus dipertimbangkan untuk menentukan jenis dan ukuran kompresor yang digunakan. Efisiensi energi ditentukan pemakaian daya listrik kompressor.

Kelebihan dan Kekurangan

Refrigeran Hidrokarbon Kelebihan refrigeran HC antara lain:

a. Tidak diperlukan perubahan peralatan utama yang sudah ada atau pembelian peralatan baru.

b. Hidrokarbon biasa dipakai dengan pelumas mineral maupun sintetis.

c. Hidrokarbon tidak menyebabkan kerusakan ozon dan pemanasan global karena ODP yang dimiliki nol dan GWPnya kecil.

d. Hidrokarbon tersedia diseluruh dunia tanpa hak paten, sehingga diproduksi secara bebas di negara manapun termasuk Indonesia, tidak seperti refrigeran sintetis yang hanya diproduksi oleh perusahaan tertentu.

e. Kebutuhan hidrokarbon kurang dari separuh dibandingkan CFC. Adapun kelemahan hidrokarbon adalah mudah terbakar, sehingga diperlukan adanya aturan penggunaan yang harus dipenuhi dan prosedur penggantian yang aman.

a)        Jenis-Jenis Refrigeran

            Dari jenisnya refrigeran dibedakan menjadi dua macam, yaitu :

1.1.        Refrigeran alami

Refrigeran yang dapat ditemukan dialam, namun demikian masih deperlukan pabrik untuk penambangannya dan pemurniannya.contoh refrigeran alami :

§  Hidrocarbon (HC) ;

§  Carbondioksida (CO₂) ;

§  Amonia (NH3) ;

Jenis refrigeran ini tidak mengandung chlor oleh sebab itu refriigeran ini tidak merusak lapisan ozon (ODP=0).

            Beberapa jenis refrigeran alami, sebagai berikut :

REFRIGERANT	ODP
R-11	1
R-12	1
R-22	0,056
R-134a	0
HC, CO2, NH3	0

Tabel 1. Data Refrigeran dengan nilai ODPnya

1.2.        Refrigeran sintetik

Refrigeran sintetik tidak terdapat dialam, namun dibuat oleh manusia dari unsur-unsur kimia. Yang termasuk kedalam kelompok refrigeran sintetik adalah :

1.    Refrigeran CFC ( Chol-Fluor-Carbon )

2.    Refrigeran HCFC ( Hydro-Chol-Fluor-Carbon)

1.3.        Persyaratan Refrigeran

1.      Tekanan penguapannya harus cukup tinggi

2.      Tekanan pengembunan yang tidak terlampau batas

3.      Kalor laten penguapan harus tinggi

4.      Volume spesifik (fasa gas) yang cukup kecil

5.      Koefisien prestasi harus cukup tinggi

6.      Konduktifitas thermal yang tinggi

7.      Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun gas

8.      Konstanta dielekra harus kecil

9.      Stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai

10.  Tidak beracun dan berbau

11.  Harus mudah terdeteksi

12.  Mudah diperoleh dan harganya terjangkau

13.  Ramah lingkungan

1.4.        Pengisian Refrigeran

Pengisian refrigeran ke dalam sistem harus dilakukan dengan baik dan jumlah refrigeran yang diisikan sesuai/ tepat dengan takaran. Kelebihan refrigeran dalam sistem dapat menyebabkan temperatur evaporasi yang tinggi akibat dari refrigeran tekanan yang tinggi.

Selain itu dapat menyebabkan kompresor rusak akibat kerja kompresor yang terlalu berat, dan adanya kemungkinan liquid suction. Sebaliknya bila jumlah refrigeran yang diisikan sedikit, dengan kata lain kurang dari yang ditentukan, maka sistem akan mengalami\ kekurangan pendinginan.sebaik mungkin dan karena Proses pengisian refrigeran ke dalam sistem ada beberapa cara, diantaranya yaitu :

1.         Mengisi sistem berdasarkan berat refrigeran.

2.         Mengisi sistem berdasarkan banyaknya bunga es yang terjadi di evaporator.

3.         Mengisi sistem berdasarkan temperatur dan tekanan.

Perhatikan gambar  dan  tentang pemasangan manifold gauge untuk pengisian

Gambar 24. Pengisian Refrigeran

BAB III

ALAT DAN BAHAN

A.    Alat

No	Nama Alat	Jumlah
1	Obeng (+/-)	1
2	Kunci kombinasi (10)	1
3	Tang kombinasi	1
4	Palu karet	1
5	Kunci inggris (6 in/8 in)	1
6	Gergaji besi	1
7	Bor duduk	1 set
8	Bor tangan	1 set
9	shelltipe	Secukupnya
10	Box tempat alat	1
11	Pemotong pipa	1
12	Penggaris (30 cm/60 cm)	1
13	Alat banding	1 set
14	Alat flaring and swagging	1 set
15	Kikir pipa tembaga	1
16	Multi meter	1
17	Solder	1
18	Timah	Secukupnya
19	Las Achetylin	1 set

Tabel 2. Data Alat – alat yang digunakan

B.     Bahan

No	Nama Bahan	Jumlah
1	Kompresor	1 unit
2	Kondensor	1 unit
3	Katup ekspansi	1 unit
4	Evaporator	1 unit
5	Selenoid valve	1 unit
6	Filter dryer	1 unit
7	Accumulator	1 unit
8	Hand valve	3 buah
9	Sight glass	3 buah
10	Pipa tembaga	secukupnya
11	Low pressure switch	1 unit
12	High pressure switch	1 unit
13	thermostate	1 unit
14	Ampere meter	1 unit
15	Volt meter	1 unit
16	Low pressure gauge	1 unit
17	High pressure gauge	1 unit
18	MCB	1 unit
19	MC	1 unit
20	Fan (kondensor&evaporator)	1 unit
21	TDR	1 unit
22	Nat	secukupnya
23	Kabel	secukupnya
24	Refrigerant R-134a	secukupnya

Tabel 3. Data Bahan – bahan  yang digunakan

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

A.    Data Praktikum

A	V	Kompresor		Kondensor		Exspansi		Evaporator		P	P
		Suction	Discharge	In	Out	In	Out	In	Out	Suction	Discharge
0	218	37	30	30	30	30	30	30	32	10	150
1,2	218	36	46	46	33	33	4	4	30	10	148
1,2	218	36	50	50	32	32	3,5	3,5	30	10	148
1,2	218	36	52	52	32	32	3	3	30	10	148
1,2	218	36	52	52	32	32	3	3	30	12	150

Tabel 4. Data – data praktikum

Keterangan           :

·         Satuan Temperatur             : ^oC

·         Satuan Tekanan                  : Psi

DIAGRAM KELISTRIKAN

Gambar 26. Rangkaian Kelistrikan Trainer

B.     Perhitungan Data

Data percobaan yang diambil sebagai contoh adalah dari data menit ke-3, dimana yang diketahui adalah :

*        Temp. Evaporator      : 3,5 ^oC

*        Temp. Kondensor       : 50 ^oC

a)      Efek Pendinginan (q_e)

Diketahui :   h₁ = 398 kJ/kg

h₄ = 270 kJ/kg

Ditanyakan = Efek Pendinginan (q_e) ?

Jawab :         q_e = h₁ - h₄

                                        = 398 kJ/kg – 270 kJ/kg

                                        = 128 kJ/kg

Jadi Efek pendinginan pada sistem tersebut adalah 128 kJ/kg

b)      Efek Pemanasan (q_c)

Diketahui :   h₂ = 424 kJ/kg

h₃ = 270 kJ/kg

Ditanyakan = Efek Pemanasan (q_c) ?

Jawab :         q_c = h₂ - h₃

                                        = 424 kJ/kg – 270 kJ/kg

    = 154 kJ/kg

Jadi Efek pemanasan pada sistem tersebut adalah 154 kJ/kg

c)      Kerja Kompresi (q_w)

Diketahui :   h₂ = 424 kJ/kg

h₁ = 398 kJ/kg

Ditanyakan = Kerja Kompresi (q_w) ?

Jawab :         q_w = h₁ – h₂

     = 398 kJ/kg – 424 kJ/kg

     = -26 kJ/kg

Jadi Kerja kompresi pada sistem tersebut adalah -26 kJ/kg

d)     Daya Kompressor (Wkomp)

Diketahui :   V = 223V

I  = 1,3A

µ = 0,6

cosf = 1

Ditanyakan = Daya Kompresor (Wkomp) ?

Jawab :         Wkomp = V . I . µ . cosf

  = 223V . 1,3A . 0,6 . 1

              = 173,94 kWatt

Jadi Daya Kompressor yang di butuhkan sistem tersebut 173,94 kWatt

e)      Laju Aliran Massa Refrigeran (m)

Diketahui :   Wkomp    = 173,94 kWatt

q_w = 26 kJ/kg

Ditanyakan = Laju Aliran Massa Refrigeran (m) ?

Jawab :         m = Wkomp / q_w

     = 173,94 kWatt / 26 kJ/kg

     = 6,69 kg/s

Jadi Laju Aliran Massa Refrigeran pada sistem tersebut adalah 6,69 kJ/kg

f)       Kapasitas Pendinginan (Q_e)

Diketahui :   m  = 6,69 kg/s

q_e   = 128 kJ/kg

Ditanyakan = Laju Aliran Massa Refrigeran (m^o) ?

Jawab :         Q_e = m . q_e

     = 6,69 kg/s . 128 kJ/kg

     = 856,32 kJ/s

                          = 856,32 kWatt

Jadi Kapasitas Pendinginan (Q_e)  sistem tersebut adalah 856,32 kWatt

g)      Coefisien Of Performance (COP)

Diketahui :   q_e  = 128 kJ/kg

q_w = 26 kJ/kg

Ditanyakan = COP ?

Jawab :         COP = q_e / q_w

        = 128 kJ/kg / 26 kJ/kg

        = 4,9

Jadi Coefisien Of Performance (COP) pada sistem tersebut adalah 4,9

C.    Analisis Data Praktikum

Hentikan pengisian bila tekanan suction sudah mencapai 3-5 Bar, tapi kanyataan yang kita lakukan pada pengisian refrigeran kedalam sistem  hanya sampai 2 Bar pada tekanan suction,  dikarenakan panjang pipa dari keseluruhan sistem refrigerasi yang terinstalasi lebih pendek dari panjang pipa pada sistem refrigerasi yang ideal.

Disamping itu karena pengaruh akibat terlalu banyak gulungan pada pipa kapiler yang dibuat pada instalasi sistem refrigerasi kami, dari pada sistem refrigerasi yang ideal  adalah terjadinya over temperatur pada evaporator sampai mencapai -8^oC.

Pemasangan pipa pada keluaran kompressor juga harus lebih kecil dari pada pipa masukan kompressor untuk bisa mencapai sistem yang ideal, jika tidak dilakukan maka akan menyebabkan over temperatur pada kondensor.

Akibat pengaruh dari itu semua, Coefisien Of Performance (COP) yang dihasilkan hanya 3.1, padahal untuk sistem yang ideal Coefisien Of Performance (COP) adalah 4-6.

Oleh karena itu untuk menghasilkan sistem refrigerasi yang ideal, maka harus di perhatikan pemilihan pipa yang akan digunakan pada sistem refrigerasi tersebut, baik dari segi ukuran maupun dari panjang pipa tersebut.

Untuk aplikasi refrigerasi ukuran kefektifan kerja dari sistem adalah berdasarkan dari tujuan kerja sistem. Pada sistem refrigerasi ke luaran yang diharapkan adalah jumlah panas yang harus dipindahkan ke luar lingkungan yang lebih panas sehingga dari perumusan hukum termodinamika II perbandingannya sering dinamakan dengan coefesien of performance COP.

COP adalah Perbandingan antara efek pendinginan dibagi kerja kompresi, dapat di tulis dengan rumus sebagai berikut :

COP = qe/qw

 

Pengerjaan sistem pemipaan meliputi pembengkokan pipa (bending), swaging dan flaring, pengelasan (welding), serta penginstalasiannya.

Step-step atau langkah-langkah di dalam pengerjaan pipa untuk sistem antara lain : Pemotongan (cutting), Peluasan(Reaming) , Pembengkokan (Bending), Flaring dan Swaging serta Welding.

Pengelasan pada dasarnya adalah proses penyambungan dua logam pada suhu mendekati suhu titik lebur logam itu. Kedua logam ini pada situasi itu akan melunak dan mudah bergabung. Sering kali proses ini dibantu dengan pemberian sejumlah bahan tambah yang sama dengan jenis logam yang dilas. Setelah proses, pengelasan diberi pendinginan mendadak hingga struktur logam akan kembali permanen dan mengeras

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A.    Kesimpulan

Salah satu aspek yang paling penting dari rekayasa lingkungan termal adalah refrigerasi.  Refrigerasi  merupakan  suatu  proses  penarikan  panas/kalor  dari  suatu benda/ruangan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan, tetapi  dapat  dipindahkan  ke  suatu  bahan/benda lain  yang akan menyerap kalor.

 Jadi refrigerasi akan selalu berhubungan dengan   proses-proses aliran panas dan proses-proses perpindahan panas. Untuk mempelajari refrigerasi dengan baik, dibutuhkan pengetahuan tentang bahan dan energi, temperatur, tekanan, panas dan akibat-akibatnya serta subyeksubyek yang lain yang berhubungan dengan fungsi dari suatu sistem refrigerasi, terutama termodinamika dan perpindahan panas.

Sistem refrigerasi pada dasarnya dibagi menjadi dua bagian yaitu :

1)      Sistem  refrigerasi  mekanik;  dimana  akan  ditemui adanya  mesin-mesin penggerak/dan alat mekanik lain, berikut yang termasuk dalam sistem refrigerasi mekanik adalah :

a)      Refrigerasi sistem kompresi uap.

b)      Refrigerasi siklus udara.

c)      Kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah.

d)     Refrigerasi siklus sterling.

2)      Sistem  refrigerasi  non  mekanik,  dimana  tanpa  menggunakan  mesin-mesin penggerak/dan alat mekanik lain. Berikut yang termasuk sistem refrigerasi non mekanik adalah sebagai berikut :

a.       Refrigerasi thermoelektrik

b.      Refrigerasi absorbsi

c.       Refrigerasi steam jet

d.      Refrigerasi magnetic

e.       Heat pipe.

Pada dasarnya, penerapan refrigerasi dibagi dalam 5 kelompok bidang yaitu:

1)      Refrigerasi Domestik.

2)      Refrigerasi Industri/komersial

3)      Refrigerasi Transportasi

4)      Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana

Sistem refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi.

Sistem refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya.

Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, alat ekspansi  (“Throttling Device”), dan kondensor.

Komponen Pokok Refrigerasi Kompresi Uap

1)      Kompressor

a)      Kompresor Open Unit (Open Type Cmpressor)

b)      Kompresor Sentrifugal

c)      Kompresor Scroll

d)     Kompresor Sekrup

e)      Kompresor Semi Hermetik

2)      Kondensor

a)      Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)

b)      Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)

3)      Akumulator

4)      Evaporator

5)      Pipa Kapiler (Capillary Tube)

6)      Pengering (Dryer)

7)      Katup Ekspansi Otomatik (Automatic Expansion Valve)

8)      Katup Ekspansi Termostatik (Thermostatic Expansion Valve)

Pada diagram P-h, siklus refrigerasi kompresi uap dapat digambarkan sebagai berikut:

Proses Kompresi 1-2 : Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran. Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah dikompresi refrigeran mejadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena proses ini dianggap isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat.

Proses Kondensasi 2-3 : Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan. Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan, sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi. Proses ini berlangsung di kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluaran dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.

Proses Expansi 3-4 : Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju evaporator. Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi  pada  katup  ekspansi  yang  berbentuk  pipa  kapiler  atau  orifice  yang  berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.  

Proses Evaporasi 4-1 : Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang didinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.  Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan gas, Selanjutnya, refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersikulasi lagi, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.

Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistim kompresi uap. Suhu refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFCs, disebut juga Freons): R-11, R-12, R-21, R-22 dan R-502.

Penentunan ukuran keefektifan kerja (efisiensi) sistem mesin konversi energi secara umum biasanya adalah membandingkan antara ke luar ( kerja berguna ) dengan masukan ( energi masuk), berikut berbagai perhitungan pada sistem refrigerasi kompresi uap :

1)      Dampak refrigerasi atau “efek pendinginan”

qe = h1 – h4

Dampak refrigerasi adalah kemampuan dari sistem untuk melakukan penyerapan panas dari lingkungan, proses ini terjadi pada evaporator, dampak refrigerasi dapat dihitung dengan persamaan :

Dimana :    q_{e =} Efek Pendinginan (kJ/kg)

                        h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

                        h4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

2)      Dampak Kondensasi atau “efek pemanasan”

qc = h2 – h3

Besar panas per satuan massa refrigeran yang dilepaskan dikondensor dinyatakan sebagai:

Dimana :    qc = besarnya dilepas di kondensor  (kJ/kg) 

h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

                        h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

3)      Kerja Kompresi

qw = h2 - h1

Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa dihitung dengan rumus:

           

Dimana :    qw = besarnya kerja kompresi yang dilakukan (kJ/kg)

                        h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

4)      Daya kompresor

Daya kompresor adalah daya yang diberikan ke fluida kerja “refrigeran” dengan proses pemampatan. Daya tersebut dipakai refrigeran untuk proses siklus aliran. Daya kompresor dapat dihitung dengan persamaan

Wcomp = V.I.µ.cosƟ

 

Dimana :    Wcomp = Daya Kompresor  (kWatt) 

V = Teganga/Volt (V)

I = Arus/Ampere (A)

µ = Efesiensi (nilainya sekitar 0,6 - 0,7)

5)      Kapasitas Pendinginan

            Nilai kapasitas pendinginan dapat dirumuskan sebagai berikut :

Qe = m0.qe

 

            Dimana :          Qe = Kapasitas Pendinginan  (kWatt) 

m^o = Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

                                    qe = Efek Refrigerasi (kJ/kg)

6)      Laju Aliran Massa Refrigeran

            Adalah perbandingan antara Daya kompressor dibagi kerja kompresi, dapat ditulis dengan rumus sebagai berikut :

mo = Wcomp / qw

 

Dimana :          m^o = Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

Wcomp = Daya Kompresor  (kWatt)

                                    qw = besarnya kerja kompresi yang dilakukan (kJ/kg)

7)      COP (Coefisien Of  Performance)

Untuk aplikasi refrigerasi ukuran kefektifan kerja dari sistem adalah berdasarkan dari tujuan kerja sistem. Pada sistem refrigerasi ke luaran yang diharapkan adalah jumlah panas yang harus dipindahkan ke luar lingkungan yang lebih panas sehingga dari perumusan hukum termodinamika II perbandingannya sering dinamakan dengan coefesien of performance COP.

COP adalah Perbandingan antara efek pendinginan dibagi kerja kompresi, dapat di tulis dengan rumus sebagai berikut :

COP = qe/qw

 

Pengerjaan sistem pemipaan meliputi pembengkokan pipa (bending), swaging dan flaring, pengelasan (welding), serta penginstalasiannya.

Step-step atau langkah-langkah di dalam pengerjaan pipa untuk sistem antara lain : Pemotongan (cutting), Peluasan(Reaming) , Pembengkokan (Bending), Flaring dan Swaging serta Welding.

Pengelasan pada dasarnya adalah proses penyambungan dua logam pada suhu mendekati suhu titik lebur logam itu. Kedua logam ini pada situasi itu akan melunak dan mudah bergabung. Sering kali proses ini dibantu dengan pemberian sejumlah bahan tambah yang sama dengan jenis logam yang dilas. Setelah proses, pengelasan diberi pendinginan mendadak hingga struktur logam akan kembali permanen dan mengeras.

Peralatan lengkap untuk pengelasan ini antara lain :

a)      Gas oksigen dan gas Asetilena

b)      Regulator tekanan gas

c)      Selang dan kepala las

d)     Nozzle las yang disesuaikan dengan tekanan gas

e)      Pematik api

f)       Peralatan pengaman dan air pendingin

Manifold  gauge  adalah  suatu  alat  yang  digunkan  untuk  membantu  saat pemvakuman ataupun pengisian. Berikut adalah gambar suatu manifold gauge.

Katup pada manifold gauge berfungsi untuk membuka dan menutup aliran refrigeran/gas.

Komponen lain yang biasa ditemukan dalam sistem refrigerasi adalah katup servis. Katup ini berfungsi untuk menyambungkan komponen dan melakukan pengisian atau pemvakuman refrigeran. Biasa terdapat di saliran suction kompresor atau di saluran pipa cair  (liquid line), menyatu dengan liquid receiver

Evacuating   atau   Dehydrating   adalah   cara   untuk   mengosongkan   atau menghampakan sistem dari udara dan gas-gas lain.

Sistem refrigerasi pada trainer harus divakum untuk menurunkan tekanan pada sistem hingga di bawah tekanan atmosfer. Pada kondisi ini gas-gas tak terkondensasi dalam sistem akan dibuang, demikian pula dengan uap air yang terkandung. Semua ini harus dibuang karena dapat mengganggu kinerja sistem, selain itu juga “menyita tempat” dalam sistem. Gas-gas lain selain refrigeran di dalam sistem akan menyebabkan kerja komresi lebih besar dari yang diperlukan, karena kompresor harus juga mengeluarkan energi untuk mensirkulasikan dan menaikan tekanan gas-gas tersebut. Kondisi ini akan berpengaruh saat sistem dijalankan sehingga sistem tidak dapat bekerja dengan optimal.

Pekerjaan   pemvakuman  ini  merupakan  suatu  keharusan  dalam  setiap  proses penginstalasian terhadap sisem refrigerasi. Sisa udara pada sistem yang tidak divakum akan mengakibatkan udara tersebut tidak dapat diembunkan pada temperatur dan tekanan pengembunan  dari  refrigeran  juga  udara  dapat  menaikkan  temperatur  dan  tekanan kondensasi  serta  saluran  discharge  kompresor.  Membuat  vakum  pada  sistem  dapat dilakukan dalam dua cara, yaitu :

Ø  Memakai kompresor dari sistem itu sendiri.

Ø  Memakai pompa vakum yang khusus untuk memvakum sistem.

Pengecekan kebocoran dengan busa sabun dilakukan bila kita yakin tekanan dalam sistem  benar-benar di atas tekanan atmosfir. Untuk meyakinkan hal tersebut, lihatlah pressure gauge yang terpasang. bila tekanan dalam sistem vakum (jarum menunjukkan tekanan negatif pada skala terbaca), maka pemeriksaan kebocoran dengan air sabun tidak boleh dilakukan.

Untuk  mengetahui  kebocoran  dalam  sistem atau  komponen  dapat  digunakan beberapa cara antara lain :

Ø  Mencari kebocoran dengan air sabun (soap bubbles)

Ø  Diberi tekanan lalu direndam dalam cairan/air (untuk memeriksa kebocoran dalam komponen; misalnya evaporator saja)

Ø  Alat pencari kebocoran dengan nyala api (Halida Torch)

Ø  Detektor kebocoran elektronik (Electronic leak detector)

Ø  Mencari kebocoran dengan zat pewarna (colored tracing agent)

Pengisian refrigeran ke dalam sistem harus dilakukan dengan baik dan jumlah refrigeran yang diisikan sesuai/ tepat dengan takaran. Kelebihan refrigeran dalam sistem dapat menyebabkan temperatur evaporasi yang tinggi akibat dari refrigeran tekanan yang tinggi. Selain itu dapat menyebabkan kompresor  rusak akibat kerja kompresor yang terlalu berat, dan adanya kemungkinan liquid suction. Sebaliknya bila jumlah refrigeran yang diisikan  sedikit,  dengan  kata  lain  kurang  dari  yang  ditentukan,  maka  sistem  akan mengalami  kekurangan  pendinginan.sebaik  mungkin  dan  karena  Proses  pengisian refrigerant ke dalam sistem ada beberapa cara, diantaranya yaitu :

a)      Mengisi sistem berdasarkan berat refrigeran.

b)      Mengisi sistem berdasarkan banyaknya bunga es yang terjadi di evaporator.

c)      Mengisi sistem berdasarkan temperatur dan tekanan.

Tahap pengerjaan instalasi sistem kelistrikan dan kontrol meliputi :

Ø  Penempatan komponen-komponen sistem kelistrikan dan kontrol.

Ø  Menyambungkan  semua  komponen  kelistrikan  sesuai  dengan  diagram kelistrikan pada sistem.

Ø  Pengetesan sistem kelistrikan.

Rangkaian  daya juga merupakan  rangkaian  pokok  dari  suatu  sistem  kelistrikan. Komponen yang digunakan juga merupakan komponen yang terkendali. Dalam rangkaian daya ini terdapat satu buah motor kompresor yang dihubungkan dengan kontaktor yang teraliri arus pada rangkaian kontrol. Selain motor kompresor, terdapat beberapa komponen lain seperti termometer digital, pilot lamp untuk sumber arus pada sistem, ampere meter, voltmeter, dan wattmeter pada saluran rangkaian daya yang dilengkapi dengan switch MC sebagai saklar on/off arus pada sistem.

Rangkaian kontrol juga merupakan bagian yang mengontrol sistem kelistrikan, dalam pengoperasiannya dilakukan secara otomatis dan komponennya terpasang terpisah dengan rangkaian daya.

B.     Saran

Dan penyusunan laporan ini terutama dalam perancangan refrigerasi kompresi uap, penyusun menemui beberapa kendala. Sehingga hasil perancangan yang penyusun buat masih belum sempurna dan masih perlu ada perbaikan-perbaikan supaya dapat berfungsi lebih baik dan lebih mudah untuk dipahami oleh banyak kalangan terutama oleh mahasiswa/mahasiswi yang mempelajari bidang refrigerasi dan tata udara khususnya dan masyarakat luas pada umumnya.

Saran yang ingin penulis sampaikan adalah :

1.      Lengkapi peralatan-peralatan praktikum.

2.      Dosen pempimbing diharap stanby diwaktu jam praktikum.

DAFTAR PUSTAKA

1.      Pen Bett, Rowluism [dan] Saville. Thermodynamics for chemical engineers. London : The Artlone Press, [s.a]

2.      Daubert. Chemical engineering thermodynamics.Singapore : Mc.Graw Hill, [s.a]

3. Smith [dan] Van Ness. Introduction to chemical engineering thermodynamics. Singapore : Mc. Graw Hill, [s,a]
4. Politeknik Negeri Bandung, Panduan Praktikum Instalasi Sistem Refrrigerasi, 2009 : Bandung
5. http//:www.google.com
6. http//:www.4shared.com
7. sumber : http://globalindoprima.blogspot.com

8.      http://almarwah.sch.id/accumulator/

LAMPIRAN