Top Banner
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran. Siklus refrigerasi yang paling banyak dipakai adalah daur refrigerasi kompresi uap yang melibatkan empat komponen dasar yaitu : kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator. Tujuan dari mesin pendingin adalah untuk menjaga ruangan tetap dingin dengan menyerap panas dari ruang tersebut.Salah satu aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah AC. Sedangkan pompa kalor adalah suatu alat yang dapat mentransfer panas dari media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi yang bertujuan untuk menjaga ruangan tetap bertemperatur tinggi. Proses pemberian panas tersebut disertai dengan menyerap panas dari sumber bertemperatur rendah. Kedua alat penukar kalor tersebut menggunakan siklus kompresi uap. Sehingga pengetahuan tentang prinsip kerja mesin pendingin dan karakteristik yang dimiliki oleh mesin pendingin sangat penting untuk diketahui oleh para mahasiswa karena penerapannya sangatlah luas dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam dunia industri 1.2. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini adalah : 1
43

MAKALAH Mesin Pendingin

Jun 17, 2015

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: MAKALAH Mesin Pendingin

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir

sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran.

Siklus refrigerasi yang paling banyak dipakai adalah daur refrigerasi kompresi

uap yang melibatkan empat komponen dasar yaitu : kompresor, kondensor, katup

ekspansi dan evaporator. Tujuan dari mesin pendingin adalah untuk menjaga

ruangan tetap dingin dengan menyerap panas dari ruang tersebut.Salah satu

aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah AC.

Sedangkan pompa kalor adalah suatu alat yang dapat mentransfer panas dari

media bertemperatur rendah ke media bertemperatur tinggi yang bertujuan untuk

menjaga ruangan tetap bertemperatur tinggi. Proses pemberian panas tersebut

disertai dengan menyerap panas dari sumber bertemperatur rendah. Kedua alat

penukar kalor tersebut menggunakan siklus kompresi uap.

Sehingga pengetahuan tentang prinsip kerja mesin pendingin dan

karakteristik yang dimiliki oleh mesin pendingin sangat penting untuk diketahui

oleh para mahasiswa karena penerapannya sangatlah luas dalam kehidupan sehari-

hari maupun dalam dunia industri

1.2. Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan makalah ini adalah :

1. Untuk mengetahui fungsi mesin pendingin.

2. Untuk mengetahui proses kerja mesin pendingin.

3. Untuk mengetahui jenis mesin pendingin.

4. Untuk mengetahui komponen mesin pendingin.

5. Untuk mengetahui penerapan mesin pendingin.

1

Page 2: MAKALAH Mesin Pendingin

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Fungsi Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan

panas dari dalam ruangan ke luar ruangan untuk menjadikan temperatur

benda/ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya sehingga

menghasilkan suhu/temperatur dingin. Sesuai dengan konsep kekekalan energi,

panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan. Sehingga proses kerja

mesin pendingin selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan

perpindahan panas.

Sebelum menentukan mesin pendingin, terlebih dahulu ditentukan

perhitungan beban pendinginan. Sebelum melakukan perhitungan beban

pendinginan pada suatu ruangan yang akan dikondisikan, data-data pendukung

harus dikumpulkan. Data yang harus dimiliki sebelum melakukan perhitungan

adalah lokasi bangunan dan arahnya, konstruksi dari bangunan, kondisi di luar

gedung, kondisi design di dalam gedung, jadwal penghuni di dalam gedung,

jumlah lampu dan peralatan listrik yang dipasang di dalam gedung, jadwal

masuknya/beroperasinya peralatan-peralatan di dalam gedung, serta kebocoran

udara (infiltrasi) dan penambahan udara (ventilasi). Informasi-informasi ini akan

digunakan sebagai parameter pada perhitungan dan atau untuk mencari parameter-

parameter tambahan yang akan digunakan dalam perhitungan beban pendingin.

2.2. Proses Kerja Mesin Pendingin

Proses kerjanya adalah penguapan dan pengembunan. Untuk mendapatkan

penguapan diperlukan gas (udara) yang mencapai temperatur tertentu (panas).

Setelah udara tersebut panas diubah agar kehilangan panas, sehingga terjadi

penguapan lalu terjadi pengembunan sehingga udara membentuk titik – titik

embun dan akhirnya mencari, maka timbulah suhu di dalam temperatur rendah

(dingin).

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu benda /

ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda/ruangan tersebut lebih rendah

dari temperatur lingkungannya.

2

Page 3: MAKALAH Mesin Pendingin

Proses kerja mesin pendingin memperlihatkan apa yang terjadi atas panas

setelah dikeluarkan dari udara oleh refrigeran di dalam koil (evaporator). Siklus

ini didasari oleh dua prinsip, yaitu saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka

refrigeran cair itu mengambil atau menyerap sejumlah panas dan saat titik didih

suatu cairan dapat diubah dengan jalan mengubah tekanan yang bekerja padanya.

Hal ini sama artinya bahwa temperatur suatu cairan dapat ditingkatkan dengan

jalan menaikan tekanannya, begitu juga sebaliknya.

Proses kerja mesin pendingin secara umum adalah sebagai berikut : kompressor

melepaskan refrigerant berbentuk gas bertemperatur tinggi dan bertekanan tinggi

karena hasil kompresi pada kompressor saat langkah pengeluaran (Discharge

stroke). Refrigerant ini mengalir ke kondensor. Di kondensor, uap

refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi diembunkan, Panas

dilepas ke lingkungan, dan terjadi perubahan fase refrigeran dari

uap ke cair.  Dari kondensor dihasilkan refrigeran cair bertekanan

tinggi dan bersuhu rendah. Tekanan tinggi refrigeran cair

diturunkan dengan menggunakan katup cekik (katup ekspansi)

dan dihasilkan refrigeran cair bertekanan dan bersuhu rendah

dengan bentuk spray (kabut) yang selanjutnya dialirkan ke evaporator.

Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas dari lingkungan

yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap

refrigeran bertekanan rendah.

3

Page 4: MAKALAH Mesin Pendingin

Refrigeration Cycle

2.3. Jenis Mesin Pendingin

Pada dasarnya mesin pendingin dibagi menjadi dua, yaitu mesin pendingin

dengan sistem refrigerasi mekanik dan non mekanik. Sistem refrigerasi mekanik

merupakan sistem refrigerasi yang menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan

alat mekanik lain dalam menjalankan siklusnya, sedangkan sistem refigerasi non

mekanik adalah sistem refigerasi yang tidak memerlukan mesin-mesin penggerak

seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Sistem refrigerasi non mekanik

digolongkan menjadi Siklus Kompresi Uap (SKU), refrigerasi siklus udara,

kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah, dan siklus sterling. Sedangkan

sistem refrigerasi mekanik digolongkan menjadi refrigerasi termoelektrik,

refrigerasi siklus absorbsi, refrigerasi steam jet, refrigerasi magnetik, dan heat pip.

A. Sistem Kompresi Uap (Work Operated)

Dari sekian banyak jenis-jenis mesin pendingin, yang paling umum

digunakan adalah mesin pendingin dengan sistem kompresi uap. Komponen

utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor

dan katup expansi.

1) Proses kompresi (1-2)

4

Page 5: MAKALAH Mesin Pendingin

Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik.

Kondisi awal refrigerant pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap

jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigerant akan

menjadi uap bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara

isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Besarnya

kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan:

WK = h1 – h2 ………..(2.1)

Dimana WK = besarnya kerja kompresor (kJ/kg), h1 = entalpi refrigeran

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

kompresor (kJ/kg).

2) Proses kondensasi (2-3)

Proses ini berlangsung didalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan

tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan

membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti

bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan

lingkungannya (udara), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara

pendingin yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair.

Besar panas per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor

dinyatakan sebagai:

QC = h2 – h3 ……..(2.2)

dimana QC = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg), h2 = entalpi

refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg), dan h3 = entalpi refrigeran saat

keluar kondensor (kJ/kg).

3) Proses expansi (3-4)

Proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak

terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan

temperatur, atau dapat dituliskan dengan:

h3 = h4 …….(2.3)

Proses penurunan tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk

pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran

refrigeran dan menurunkan tekanan.

5

Page 6: MAKALAH Mesin Pendingin

4) Proses evaporasi (4-1)

Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan,

temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari dalam ruangan akan

diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran

berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk

evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap, seperti pada titik 4

dari gambar di atas. Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah:

QE = h1 – h4 ……(2.4)

dimana : QE = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg), h1=

entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg), dan h4 = entalpi refrigeran

saat masuk evaporator (kJ/kg).

Selanjutnya, refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan bersirkulasi

lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. Untuk

menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel sifat-

sifat refrigerant.

Efisiensi refrigerator disebut dengan istilah coefficient of performance

(COP), dinotasikan dengan COPR. Harga dari COPR dapat berharga lebih dari

satu, karena jumlah panas yang diserap dari ruang refrigerasi dapat lebih besar

dari jumlah input kerja. Hal tersebut kontras dengan efisiensi termal yang selalu

kurang dari satu. Salah satu alasan penggunaan istilah-coefficient of performance-

lebih disukai untuk menghindari kerancuan dengan istilah efisiensi , karena COP

dari mesin pendingin lebih besar dari satu

Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigerant yang sering

dipakai di Indonesia, didapat nilai COP (Coefficient of Performance) berikut :

Nilai COP dari Beberapa Jenis Refrigerant

6

Page 7: MAKALAH Mesin Pendingin

Berat refrigent yang disirkulasikan permanen (con of

refrigerant) didapat dari jumlah panas yang diabsorbsi per menit

ton of refrigerant dibagi oleh refrigerant effect. Mreff evaporasi

lebih besar dari Mreff kondensasi.

mreff evaporasi=200

h1−h4

>mref kondensasi=200

h2−h3 ( lb

tonmm )Theoretical piston displacement (TD) :

V=mref (Vg )( ft 3

ton.mm )V= 200

h2−h3

x Vg( ft3

ton.mm (C . ft . m ) )Dimana Vg adalah spesifik V dari ref.

W k=h1−h2

mref=200

h2−h3

lbtonmm

Daya=wk . mref

Daya kompresor=200 ( h2−h3 )

h1−h2

X1

33.000

¿ 200 X 77833.000

X(h2−h3 )(h1−h2) (

hpton )

¿4717 x(h2−h3 )(h1−h2) (

hpton )

Daya kompresor dapat diturunkan dengan persamaan

polytropic kompresor.

wk=n

n−1P2 V 2(P1 x

nn−1

P2

x 1)mref=

200h2−h3

jadi , Daya=wk . mref

¿( nn−1

P2 V 2(P1 xn

n−1P2

x 1))X200

h2−h3

7

Page 8: MAKALAH Mesin Pendingin

¿144 ( 200h2−h3

)( nn−1

P3 V 3(P1 xn

n−1P2

x1))¿0,873 (n X P3 V 3 )( P1 x

nn−1

P2

x1)HP / ton

Besar panas yang diberikan pada cooling water saat

kompresi :

Qcooling=( nn−1 )( P1V 1−P2 V 2 )−( h1−h2 ) BTU /lb

COP=(h2−h3 )(h1−h2)

→heat absorbtion∈evaporationheat equev alent of network

Maka pada diperoleh persamaan :

dP ref=4717

horsepower / ton

Panas yang dikeluarkan melalui kondensor :

Qkond=qcond . mref

Untuk memahami proses – proses yang terjadi pada mesin

pendingin kompresi uap, diperlukan pembahasan siklus

termodinamika yang digunakan. Pembahasan diawali dengan

daur carnot yang merupakan daur ideal hingga daur kompresi

uap nyata.

1) Daur Carnot

Daur carnot adalah daur reversible yang didefinisikan

oleh dua proses isothermal dan dua proses isentropic.

Karena proses reversible dan adiabatik, maka perpindahan

panas hanya terjadi selama proses isothermal. Dari kajian

thermodinamika, daur carnot dikenal dengan sebagai mesin

kalor carnot yang menerima energi kalor pada suhu tinggi,

sebagian diubah menjadi kerja dan sisanya dikeluarkan

sebagai kalor pada suhu rendah.

Apabila daur mesin kalor carnor dibalik, yaitu proses

pengembalian panas dari daerah yang bersuhu rendah ke

8

Page 9: MAKALAH Mesin Pendingin

daerah yang bersuhu tinggi. Skematis peralatan dan

diagram T – S daur refrigerasi carnot :

Keterangan proses :

1 – 2 : kompresi adiabatik

2 – 3 : pelepasan panas

isothermal

3 – 4 : ekspansi adiabatik

4 -1 : pemasukan panas

isothermal

2) Daur Kompresi Uap Ideal

Apabila daur carnot diterapakan pada kompresi uap,

maka seluruh proses akan terjadi dalam fasa campuran.

Untuk itu fluida kerja yang masuk kompresor diusahakan

tidak berupa campuran, yang tujuannya mencegah

kerusakan.

Pada daur carnot ekspansi isentropic terjadi pada turbin,

daya yang dihasilkan digunakan untuk mengerakkan

kompresor. Dalam hal ini mengalami suatu kesulitan teknis,

maka untuk memperbaikinya digunakan katup ekspansi

atau pipa kapiler dengan demikian proses berlangsung pada

entalpi konstan.

9

Page 10: MAKALAH Mesin Pendingin

Gambar daur kompresi uap ideal

Dimana :

1 – 2 : kompresi adiabatik dan reversible, dari uap jenuh

menuju tekanan konstan

2 - 3 : pelepasan kalor reverseibel pada tekanan konstan,

menyebabkan penurunan panas lanjut dan

pengembunan refrigerant.

3 – 4 : ekspansi irreversible pada entalpi konstan,dari

cairan jenuh menuju tekanan evaporator.

4 – 1 : penambahan kalor reversible pada tekanan tetap

yang menyebabkan penguapan menuju uap jenuh.

3) Daur Kompresi Uap Nyata

Daur kompresi uap nyata mengalami pengurangan

efisiensi dibandingkan dengan daur uap standart. Pada daur

kompresi uap nyata proses kompresi berlangsung tidak

isentropic, selam fluida berkerja melewati evaporator dan

kondensor akan mengalami penurunan tekanan. Fluida kerja

mendinginkan kondensor dalam keadaan sub dingin dan

meninggalkan evaporator dalam keadaan panas lanjut.

Penyimpangan daur kompresi uap nyata dari daur uap ideal

dapat diperhatikan gambar dibawah ini :

10

Page 11: MAKALAH Mesin Pendingin

Gambar perbandingan antara siklus kompresi uap

standart dan nyata.

Pada daur kompresi uap nyata preses kompresi

berlangsung tidak isentropic, hal ini disebabakan adanya

kerugian mekanis dan pengaruh suhu lingkungan selama

prose kompresi. Gesekan dan belokan pipa menyebabkan

penurunan tekanan di dalam alat penukar panas sebagai

akibatnya kompresi pada titik 1 menuju titik 2 memerlukan

lebih banyak kerja dibandingkan dengan daur ideal

(standart). Untuk menjamin seluruh refrigerant dalam

keadaan cair dalam sewaktu memasuki alat ekspansi

diusahakan refrigerant meniggalkan kondensor dalam

keadaan sub dingin. Kondisi panas lanjut yang

meninggalkan evaporator disarankan untuk mencegah

kerusakan kompresor akibat terisap cairan.

B. Sistem Absorbsi (Heat Operated)

Pada sistem mesin pendingin mekanik, yang sering digunakan

adalah sistem absorbsi. Sejarah mesin pendingin absorbsi

dimulai pada abad ke-19 mendahului jenis kompresi uap

dan telah mengalami masa kejayaannya sendiri.  Siklus

pendinginan absorbsi mirip dengan siklus pendinginan

kompresi uap.  Perbedaan utama kedua siklus tersebut

11

Page 12: MAKALAH Mesin Pendingin

adalah gaya yang menyebabkan terjadinya perbedaan

tekanan antara tekanan penguapan dan tekanan

kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah

bertekanan rendah ke wilayah bertekanan tinggi.

Pada mesin pendingin kompresi uap digunakan kompresor,

sedangkan pada mesin pendingin absorbsi digunakan absorber dan

generator.  Uap bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan

ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di generator

sehingga absorber dan generator dapat menggantikan fungsi

kompresor secara mutlak. 

Salah satu keunggulan sistem absorbsi adalah

karena menggunakan panas sebagai energi penggerak. 

Panas sering disebut sebagai energi tingkat rendah (low

level energy) karena panas merupakan hasil akhir dari

perubahan energi dan sering kali tidak didaur ulang. 

Pemberian panas dapat dilakukan dengan berbagai cara,

seperti menggunakan kolektor surya, biomassa, limbah,

atau dengan boiler yang menggunakan energi komersial.

Pada gambar ditunjukkan adanya dua tingkat

tekanan yang bekerja pada sistem, yaitu tekanan rendah

yang meliputi proses penguapan (di evaporator) dan

penyerapan (di absorber), dan tekanan tinggi yang meliputi

proses pembentukan uap (di generator) dan pengembunan

(di kondensor). 

Siklus absorbsi juga menggunakan dua jenis zat yang

umumnya berbeda, zat pertama disebut penyerap

sedangkan yang kedua disebut refrigeran.  Selanjutnya,

efek pendinginan yang terjadi merupakan akibat dari

kombinasi proses pengembunan dan penguapan kedua zat

pada kedua tingkat tekanan tersebut.  Proses yang terjadi

di evaporator dan kondensor sama dengan pada siklus

kompresi uap

12

Page 13: MAKALAH Mesin Pendingin

Kerja siklus secara keseluruhan adalah sebagai berikut :

Proses 1-2/1-3 : Larutan encer campuran zat penyerap dengan

refrigeran (konsentrasi zat penyerap rendah)

masuk ke generator pada tekanan tinggi. Di

generator panas dari sumber bersuhu tinggi

ditambahkan untuk menguapkan dan

memisahkan refrigeran dari zat penyerap,

sehingga terdapat uap refrigeran dan larutan

pekat zat penyerap.  Larutan pekat campuran zat

penyerap mengalir ke absorber dan uap

refrigeran mengalir ke kondensor.

Proses 2-7 : Larutan pekat campuran zat penyerap dengan

refrigeran (konsentrasi zat penyerap tinggi)

kembali ke absorber melalui katup cekik. 

Penggunaan katup cekik bertujuan untuk

mempertahankan perbedaan tekanan antara

generator dan absorber.

Proses 3-4 : Di kondensor, uap refrigeran bertekanan dan

bersuhu tinggi diembunkan, panas dilepas ke

lingkungan, dan terjadi perubahan fase refrigeran

dari uap ke cair.  Dari kondensor dihasilkan

13

Page 14: MAKALAH Mesin Pendingin

refrigeran cair bertekanan tinggi dan bersuhu

rendah.

Proses 4-5 : Tekanan tinggi refrigeran cair diturunkan

dengan menggunakan katup cekik (katup

ekspansi) dan dihasilkan refrigeran cair

bertekanan dan bersuhu rendah yang selanjutnya

dialirkan ke evaporator.

Proses 5-6 : Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas

dari lingkungan yang akan didinginkan dan

menguap sehingga terjadi uap refrigeran

bertekanan rendah.

Proses 6-8/7-8 : Uap refrigeran dari evaporator diserap oleh

larutan pekat zat penyerap di absorber dan

membentuk larutan encer zat penyerap.  Jika

proses penyerapan tersebut terjadi secara

adiabatik, terjadi peningkatan suhu campuran

larutan yang pada gilirannya akan menyebabkan

proses penyerapan uap terhenti.  Agar proses

penyerapan berlangsung terus-menerus, absorber

didinginkan dengan air yang mengambil dan

melepaskan panas tersebut ke lingkungan.

Proses 8-1: Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah

dari absorber, meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya

ke generator sehingga proses berulang secara terus menerus

2.4. Komponen Mesin Pendingin

A. Komponen Utama

1) Kompressor

Fungsi kompresor pada sistem pendinginan uap (vapor compression

system) ada dua macam, yaitu untuk mengalirkan uap refrigeran yang

mengandung sejumlah panas dari evaporator, mengkompres, dan

“mendorongnya” ke kondensor serta untuk menaikan temperatur uap

14

Page 15: MAKALAH Mesin Pendingin

refrigeran sampai mencapai titik saturasinya (jenuh), titik tersebut lebih

tinggi daripada temperatur medium pendinginnya.

Kompresor mengambil uap panas pada temperatur rendah di dalam

evaporator dan memompakannya ke tingkat temperatur yang lebih tinggi di

dalam kondensor, oleh karena itu biasa juga kompresor itu disebut heat

pump. Kompressor ini harus menjaga tekanan evaporator tetap rendah agar

refrigerant bisa menguap dan tekanan kondensor tetap. Untuk melakukan

tugas ini kepada kompressor kita berikan energi listrik yang akan diubahnya

menjadi mekanik untuk melakukan kompresi.

2) Kondensor

Kondensor adalah komponen penukar panas yang berfungsi untuk

mengkondensasikan gas refrigeran dari kompresor. Gas refrigeran yang

bertekanan dan bertemperatur tinggi dari kompresor dialirkan ke kondensor

selanjutnya phasa refrigeran berubah dari gas menjadi cair dengan cara

membuang panas yang di bawa oleh refrigeran ke media pendingin

kondensor.

3) Katup Expansi

15

Page 16: MAKALAH Mesin Pendingin

Fungsi dari katup expansi ada dua, yaitu (1) menurunkan refrigeran

dari tekanan kondensor sampai tekanan evaporator dan (2) mengatur jumlah

aliran refrigeran yang mengalir masuk ke evaporator.

Jumlah aliran refrigerant yang melewati expansion valve ditentukan

oleh gerakan turun naik valve. Gerakan valve ini diatur oleh perbedaan

tekanan antara Pf (tekanan di dalam sensing tube) dan jumlah Ps (tekanan

spring) dan Pe (tekanan di dalam evaporator). Pada beban pendinginan

tinggi (suhu ruangan tinggi), tekanan gas keluaran evaporator tinggi,

akibatnya suhu dan tekanan pada sensing tube juga tinggi. Selanjutnya akan

menekan valve ke bawah sehingga valve terbuka lebar, jumlah aliran

refrigerant besar. Sebaliknya saat beban pendinginan rendah, valve akan

membuka sedikit sehingga aliran refrigerant akan kecil.

Pembukaan valve sangat bergantung dari besar kecilnya tekanan Pf

dari Heat sensitizing tube. Bila temperatur lubang keluar (out let) evaporator

dimana alat ini ditempelkan meningkat, maka tekanan Pf > Ps + Pe, maka

refrigerant yang disemprotkan akan lebih banyak. Sebaliknya bila

temperatur lubang keluar (out let) evaporator menurun maka tekanan Pf <

Ps + Pe, maka refrigerant yang disemprotkan akan lebih sedikit.

Pada kondisi pengaturan yang ideal, sangat dipantangkan jika cairan

referigeran dari evaporator sampai masuk ke kompressor. Hal ini bisa saja

terjadi, misalnya, karena beban pendinginan berkurang, refrigeran yang

menguap di evaporator akan berkurang. Jika pasokan refrigeran cair dari

kondensor tetap mengalir maka hal ini akan memaksa cairan refrigeran

masuk ke kompressor. Untuk menghindari hal inilah katup ekspansi

difungsikan. Jika beban berkurang, maka pasokan refrigeran akan

berkurang, sehingga menjamin hanya uap refrigeran yang masuk ke

kompressor.

16

Page 17: MAKALAH Mesin Pendingin

4) Evaporator

Evaporator adalah penukar kalor yang di dalamnya mengalir cairan

refrigeran yang berfungsi sebagai penyerap panas dari produk yang

didinginkannya sambil berubah phasa. Setelah refrigeran turun dari

kondensor melalui katup expansi masuk ke evaporator dan diuapkan, dan

dikirim ke kompressor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan

kondensor, yaitu sama-sama APK yang fungsinya mengubah fasa

refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigerant berubah dari uap

menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap.

Perbedaan berikutnya adalah, sebagai siklus refrigerasi, pada evaporatorlah

sebenarnya tujuan itu ingin dicapai. Artinya, jika kondensor fungsinya

hanya membuang panas ke lingkungan, maka pada evaporator panas harus

diserap untuk menyesuaikan dengan beban pendingin di

ruangan.Temperatur refrigerant di dalam evaporator selalu lebih rendah

daripada temperatur sekelilingnya, sehingga dengan demikian panas dapat

mengalir ke refrigeran.

17

Page 18: MAKALAH Mesin Pendingin

5) Tangki penampung, fungsinya untuk menampung cairan bahan

pendingin bertekanan tinggi dari kondensor.

6) Saringan

Saringan untuk AC dibuat dari pipa tembaga berguna untuk

menyaring kotoran-kotoran di dalam sistem, seperti potongan timah,

lumpur, karat, dan kotoran lainnya agar tidak masuk ke dalam pipa kapiler

atau kran ekspansi. Saringan harus menyaring semua kotoran di dalam

sistem, tetapi tidak boleh menyebabkan penurunan tekanan atau membuat

sistem menjadi buntu.

7) Pipa Kapiler

Pipa kapiler berguna untuk (1) menurunkan tekanan bahan pendingin

cair yang mengalir di dalam pipa tersebut, dan (2) mengontrol atau

mengatur jumlah bahan pendingin cair yang mengalir dari sisi tekanan

tinggi ke sisi tekanan rendah.

8) Refrigeran

Refrigeran adalah bahan pendingin berupa fluida yang digunakan

untuk menyerap panas melalui perubahan phasa cair ke gas (menguap) dan

membuang panas melalui perubahan phasa gas ke cair (mengembun).

Refrigeran yang baik harus memenuhi syarat sebagai berikut :

18

Page 19: MAKALAH Mesin Pendingin

a) Tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau dalam semua keadaan.

b) Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri, juga bila bercampur dengan

udara, minyak pelumas dan sebagainya.

c) Tidak korosif terhadap logam yang banyak dipakai pada sistem

refrigerasi dan air conditiioning.

d) Dapat bercampur dengan minyak pelumas kompresor, tetapi tidak

mempengaruhi atau merusak minyak pelumas tersebut.

e) Mempunyai struktur kimia yang stabil, tidak boleh terurai setiap kali di

mampatkan, diembunkan dan diuapkan.

f) Mempunyai titik didih yang rendah. Harus lebih rendah daripada suhu

evaporator yang direncanakan.

g) Mempunyai tekanan kondensasi yang rendah. Tekanan kondensasi

yang tinggi memerlukan kompresor yang besar dan kuat, juga pipanya

harus kuat dan kemungkinan bocor besar.

h) Mempunyai tekanan penguapan yang sedikit lebih tinggi dari 1

atmosfir. Apabila terjadi kebocoran, udara luar tidak dapat masuk ke

dalam sistem.

i) Mempunyai kalor latyen uap yang besar, agar jumlah panas yang

diambil oleh evaporator dari ruangan jadi besar.

j) Apabila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat-alat yang

sederhana.

k) Harganya murah

Kelebihan amoniak adalah (1) mempunyai sifat termodinamika yang

baik, (2) sangat efisien, (3) tidak korosif terhadap besi dan baja, (3)

harganya murah, (4) dapat digunakan dalam sistem absorbs maupun

kompresi. Sedangkan kerugiannya adalah (1) memerlukan tekanan sistem

(uap panas), (2) korosif terhadap macam logam paduan, (3) efisiensi

kurang karena adanya oferheating (kelebihan panas), (4) sangat berbahaya

(beracun), (5) memiliki efektif terhadap bahan makanan, air, dan

tumbuhan, serta (6) menyebabkan mual-mual bila tercium bau yang

ditimbulkan oleh amoniak.

19

Page 20: MAKALAH Mesin Pendingin

Amoniak (NH3) dalam tabung awalnya bertekanan standar (19 Psi),

tekanan dalam tabung tidak boleh melebihi standar tekanannya karena

akan menyebabkan kompresor cepat rusak.

Amoniak dialirkan ke tangki yang berada pada mesin kompresor,

mengalir ke kondensor untuk diembunkan. Setelah membentuk cairan,

amoniak mengalir ke receiver, sehingga amoniak berubah wujud menjadi

cair di dalam receiver. Amoniak lalu mengalir ke piranti ekspansi,

amoniak mengalami ekspansi dan berubah wujud menjadi uap basah yang

bersuhu dan bertekanan rendah, dan mengalir ke evaporator yang

merupakan pusat terjadinya proses pendinginan. Dari proses yang terjadi

pada evaporator amoniak mengalami perubahan fase yakni dari cair

menjadi uap. Uap yang dihasilkan dalam proses evaporasi kemudian

dihisap oleh kompresor untuk dikompresi lagi menuju kondensor, akan

tetapi tidak semua amoniak di dalam kompresor mengalami ekspansi

karena di dalam kompresor sebagian kecil amoniak akan disalurkan ke

tangki penuangan karena mengalami proses yang tidak sempurna,

sehingga tidak dapat dipakai lagi oleh sistem.

Sedangkan untuk mengganti amoniak yang telah berkurang dalam

refrigerator, perlu dilakukan pengisian awal amoniak ke dalam kompresor,

dan cara pengisiannya sama seperti pada saat awal pengisian amoniak,

hanya saja perlu diperhatikan pada tekanan kompresor.

B. Komponen Bantu

1) Oil Separator

Yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan minyak pelumas

dengan uap bahan pendingin bertekanan tinggi, alat ini ditempatkan pada

saluran uap bahan pendingin bertekanan tinggi atau pada saluran kompresor

sampai kondensor.

20

Page 21: MAKALAH Mesin Pendingin

2) Filter drier

Yaitu alat yang digunakan untuk mengeringkan cairan bahan

pendingin dari kandungan air, alat ini dipasang pada saluran cairan bahan

pendingin bertekanan tinggi atau pada saluran antara tangki penampung

sampai katup ekspansi. Di dalam filter drier terdapat bahan pengering

dissicant, salah satu jenisnya adalah silica gel. Filter drier ini digunakan

khusus untuk mesin pendingin dengan bahan pendingin halogen.

3) Indikator

Yaitu alat yang digunakan untuk melihat ada tidaknya cairan bahan

pendingin bertekanan tinggi yang mengalir ke katup ekspansi. Alat ini

ditempatkan pada saluran cairan bahan pendingin bertekanan tinggi atau

antara tangki penampung sampai katup ekspansi dapat juga pada saluran

setelah filter drier, oleh karena itu alat ini juga dapat untuk mendeteksi

masih baik tidaknya filter drier.

21

Page 22: MAKALAH Mesin Pendingin

4) Kran Selenoid

Yaitu alat yang digerakan dengan ada atau tidaknya aliran listrik.

Kran ini pada umumnya dipasang pada saluran cairan bahan pendingin

bertekanan tinggi atau sebelum katup ekspansi dan selain itu dapat pula

dipasang pada bagian mesin pendingin lainnya seperti saluran by pass,

saluran unload, dll.

5) Akumulator

Yaitu alat yang digunakan untuk memisahkan uap cairan bahan

pendingin bertekanan rendah. Alat ini dipasang pada saluran uap bahan

pendingin bertekanan randah atau pada saluran evaporator sampai

kompresor, terutama pada mesin pendingin sistem evaporator kering.

22

Page 23: MAKALAH Mesin Pendingin

C. Komponen Pengontrol

1) Alat Ukur (manometer tekanan tinggi, manometer tekanan rendah,

manometer tekanan pelumasan, thermometer ruang pendingin,

thermometer media pendingin kondensor)

2) Alat Pengaman

a) Saklar tekanan rendah, merupakan saklar listrik yang kerjanya

dipengaruhi oleh keadaan refrigerant dalam mesin pendingin

bertekanan rendah. Saklar pada alat ini akan terbuka dan

memutuskan aliran arus listrik secara otomatis apabila tekanan

penghisapan kompresor lebih rendah dari batas tekanan yang

telah diatur pada alat tersebut.

b) Saklar tekanan tinggi, merupakan saklar listrik yang kerjanya

dipengaruhi oleh keadaan refrigerant dalam mesin pendingin

bertekanan tinggi. Saklar pada alat ini akan terbuka apabila

tekanan pengeluaran kompresor lebih tinggi dibandingkan

23

Page 24: MAKALAH Mesin Pendingin

dengan tekanan yang telah diatur pada alat tersebut. Saklar ini

difungsikan secara manual dengan hand reset.

c) Saklar tekanan minyak pelumas, merupakan saklar listrik yang

kerjanya dipengaruhi oleh tekanan minyak pelumas kompresor.

d) Saklar temperature, (thermostat), kerjanya dipengaruhi oleh

temperature ruang pendingin. Saklar ini akan terbuka jika

temperature pada ruang pendingin telah mencapai batas

temperature yang telah diatur dan akan tertutup secara otomatis

apabila temperature ruang pendingin naik kembali.

2.5. Penerapan Mesin Pendingin

A. Mesin Pendingin pada Mobil

Pada waktu turun hujan atau udara yang terlalu lembab akan

menimbulkan kondensasi pada kaca-kaca mobil yang menghalangi pandangan.

24

Page 25: MAKALAH Mesin Pendingin

Dengan menghidupkan sistem AC, kondensasi itu segera dapat

dihilangkan,karena udara yang keluar pada sistem AC cukup kering, dan udara

lembab cepat akan dihilangkan.

Udara kotor dari luar juga dibersihkan oleh evaporator, karena sebelum

udara kotor masuk ke dalam ruang terlebih dulu disaring oleh evaporator.

Agar pendinginan lebih merata maka saluran-saluran udara dingin dibuat

lebih banyak dan sirkulasinya diarahkan ke atas, karena sifat udara dingin akan

turun dengan sendirinya. Hal ini akan terbalik kalau menggunakan sistem

pemanas.

Pada bagian samping dekat kaca belakang dibuat ventilasi ke luar udara

dari dalam ruangan, hal ini juga dimaksudkan agar sirkulasi udara terjadi

dengan baik pada bagian ruangan dekat kaca belakang.

Komponen AC Pada Mobil

1. Kompresor

Fungsi kompresor pada sistem AC adalah :

Memberi tekanan pada zat pendingin, agar mengalir (bersirkulasi) dalam sistem.

Secara garis besar kompresor ada dua jenis yaitu :

a. Kompresor torak

b. Kompresor rotari

Untuk menggerakkan kompresor dipakai tenaga motor dari mobil itu sendiri atau

memakai motor penggerak tersendiri

2. Kondensor

25

Page 26: MAKALAH Mesin Pendingin

Fungsi kondensor mendinginkan zat pendingin yang telah diberi tekanan

oleh kompresor.

Zat pendingin yang bertekanan tinggi dari kompresor suhunya panas

melalui kondensor panas itu dihilangkan (diperkecil) dan zat pendingin

berubah bentuk menjadi cair.

3. Filter

Uap air adalah gangguan yang paling utama dalam sistem AC, karena uap air

menyebabkan terjadi pembekuan (es) pada saluran-saluran dalam sistem,

terutama pada katub ekspansi mengakibatkan sistem AC tidak berfungsi dengan

baik.

Untuk menyerap uap air dan kotoran kecil pada sistem digunakan saringan /

filter

4. Katup Ekspansi

Tekanan zat pendingin yang berbentuk cair dari kondensor, saringan harus

diturunkan supaya zat pendingin menguap, dengan demikian penyerapan panas

26

Page 27: MAKALAH Mesin Pendingin

dan perubahan bentuk zat pendingin dari cair menjadi gas akan berlangsung

dengan sempurna sebelum keluar evaporator.

Untuk itulah pada saluran masuk evaporator dipasang katub ekspansi.

Bekerjanya katup ekspansi diatur sedemikian rupa agar membuka dan

menutupnya katup sesuai dengan temperatur evaporatur atau tekanan di dalam

sistem. konstruksi & cara kerja

Kontrol temperatur tetap seperti sebelumnya, tekanan di atas membran

tergantung dari suhu pipa keluar evaporator.

Pada waktu tekanan pipa keluar evaporator turun, tekanan di atas membran

akan mendorong batang dan katup sampai membuka saluran.

Zat pendingin mengalir ke evaporator.

Bila tekanan evaporator naik, Pe juga naik, Pt turun (lihat persamaan), Pp

akan mendorong katup ke atas kembali sampai menutup saluran. Zat

pendingin tidak mengalir ke evaporator ----- Suhu evaporator naik kembali

dan tekanannya akan turun katup akan bekerja seperti semula, demikian

seterusnya.

Kesimpulan : Katub membuka dan menutup sesuai/tergantung dari suhu dan

tekanan pada pipa keluar evaporator.

Apakah akibatnya saluran keluar evaporator tertutup ?

27

Page 28: MAKALAH Mesin Pendingin

Katup akan selalu membuka karena tekanan diatas membran selalu lebih besar

dari tekanan pegas

Pada waktu AC tidak dipakai katup juga akan tetap membuka

5. Evaporator

Evaporator dan Blower terpasang pada kendaraan

Pada evaporator zat pendingin akan mengambil panas dan berubah bentuk

menjadi gas.

Supaya pengambilan panas pada evaporator dapat berlangsung sempurna,

maka evaporator dilengkapi dengan motor blower yang juga berfungsi

untuk menghembuskan udara dingin ke dalam ruang kendaraan.

Evaporator bentuk universal lengkap dengan Blower dan motornya

6. Zat pendingin

- Saat ini zat pendingin yang dipakai pada AC mobil adalah Freon (CF2

Cl2) dengan nomor kode R – 12

R = Refrigerant

28

Page 29: MAKALAH Mesin Pendingin

Refrigerant R-12

Cara Kerja Sistem AC Pada Mobil

a. Zat pendingin bertekanan tinggi dari kompresor berupa gas

b. Zat pendingin yang sudah didinginkan oleh kondensor berubah bentuk dari

gas menjadi cair

c. Zat pendingin yang telah diturunkan tekanannya oleh katup ekspansi, berubah

bentuk menjadi uap

29

Page 30: MAKALAH Mesin Pendingin

d. Zat pendingin telah menyerap panas pada evaporator berubah bentuk menjadi

gas

e. Zat pendingin yang berbentuk gas diberi tekanan oleh kompresor (1) sehingga

beredar dalam sistem AC, karena adanya tekanan maka zat pendingin menjadi

panas.

f. Kondensor (2) akan mendinginkan zat pendingin tersebut (kondensasi),

sementara tekanan zat pendingin masih tetap tinggi dan berubah bentuk

menjadi cair.

g. Saringan / filter (3) akan mengisap uap air dan menyaring kotoran dalam zat

pendingin agar tidak beredar pada sistem.

h. Tekanan zat pendingin pada sistem akan diturunkan oleh katup ekspansi (4)

berubah bentuk dari cair menjadi uap.

i. Evaporator akan mengambil panas di sekelilingnya, menyebabkan zat

pendingin menguap menjadi gas dan kembali ke kompresor.

j. Proses ini berlanjut seperti semula.

Kesimpulan : - Penurunan tekanan akan mempercepat proses penguapan

- Penguapan akan menyebabkan penyerapan panas

B. Mesin Pendingin untuk Makanan (Freezer)

C. Air Conditioner

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

30

Page 31: MAKALAH Mesin Pendingin

Mesin Pendingin merupakan sebuah alat siklus yang prinsip

kerjanya hampir sama dengan pompa kalor yang menggunakan fluida

kerja berupa refrigeran.

Daur refrigerasi yang dipakai dalam siklus adalah tipe kompresi uap

yang menggunakan freon 22 (R22) sebagai refrigeran. Dan komponen

utamanya adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler dan evaporator.

Siklus kompresi uap dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:

entalpi, kapasitas kompresor, laju aliran masa refrigeran dan laju kalor

pendingin.

Laju aliran massa refrigeran ditentukan oleh daya listrik, dimana

daya listrik tersebut besarnya sama dengan kapasitas kompresor. Semakin

besar daya listrik semakin besar pula laju aliran massa refrigerannya.

Kapasitas kondensor dan kapasitas laju lairan kalor pendingin

(kapasitas evaporator) ditentukan oleh laju aliran massa refrigeran.

Semakin besar laju aliran massa refrigeran maka semakin besar pula

kapasitas kondensor dan evaporator.

COP merupakan hasil bagi antara perubahan entalpi di evaporator

dengan perubahan entalpi di kompresor. COP akan semakin besar jika

perubahan entalpi di evaporator semakin besar.

DAFTAR RUJUKAN

31

Page 32: MAKALAH Mesin Pendingin

Berman, E.T. 2013. Modul PLPG : Teknik Pendingin. Jakarta : Konsorsium Sertifikasi Guru.

Dirja. 2004. Dasar-Dasar Mesin Pendingin. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan.

Martiningsih, A. 2013. Mesin Konversi Energi I. Malang : Universitas Negeri Malang.

Youtube. 2014. Sistem Kerja AC. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014.

Youtube. 2014. Sistem Kerja Kulkas. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014

Youtube. 2014. Siklus Refrigerator. (www.youtube.com). Diakses 17 Maret 2014

32